Neue Energiewirtschaft

Testen von EV-Batterien
EV-Batteriezellen-, Modul- und Packlösungen

Während sich die globale Automobilindustrie in Richtung Elektrifizierung bewegt, stehen Batteriehersteller unter einem beispiellosen Druck, innovativ zu sein und sich weiterzuentwickeln. Die Ingenieure von ITM-LAB arbeiten eng mit Branchenführern zusammen, um der wachsenden Nachfrage nach kleineren, leichteren und leistungsstärkeren Batterien gerecht zu werden. Zu den aktuellen Herausforderungen gehören die Entwicklung von Testmethoden und -vorrichtungen, die auf Batterietestanwendungen zugeschnitten sind, sowie die Verbesserung des Durchsatzes und der Effizienz in QC-Laboren. Als weltweit führendes Unternehmen in der Materialprüfungsbranche ist ITM-LAB einzigartig positioniert, um die Anforderungen von Batterieprüflaboren auf der ganzen Welt zu erfüllen, indem es lokalen Support bietet, der reaktionsschnell und in der Landessprache ist, und bietet eine breite Palette von Dienstleistungen an, einschließlich Installation, Kalibrierung, Schulung, Maschinen-Upgrades vor Ort und alle Serviceanforderungen im Prozess, um Ausfallzeiten zu minimieren.

Material- und Bauteilprüfung
Batterien bestehen aus einer Vielzahl von Materialien, Klebstoffen, Schweißnähten und Bauteilstrukturen, die einer umfassenden Prüfung bedürfen. Zusätzlich zu unserem breiten Sortiment an Standardspannzeugen und -vorrichtungen für die Batterieprüfung entwickelt ITM-LAB kundenspezifische Vorrichtungen, die speziell entwickelt wurden, um die Effizienz und Wiederholbarkeit bei der Prüfung von Batteriematerialien und -komponenten zu verbessern. Unsere Engineering Solutions-Gruppe ist in der Lage, das Design von Batterieleuchten schnell abzuschließen, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.

Prüfung von Separatoren
Separatoren sind ein wesentlicher Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien sowie anderen Flüssigelektrolytbatterien. Die in diesen Separatoren verwendeten Polymere müssen stark genug sein, um dem Wickelvorgang während der Montage und der ungleichmäßigen Beschichtung der Anode mit Lithium aufgrund starker Beanspruchung standzuhalten. Sicherere, stärkere Separatormaterialien können den Kontakt zwischen Anode und Kathode effektiver verhindern, während dünnere Materialien dazu beitragen, das Gewicht jeder Zelle zu reduzieren und die Energiedichte zu erhöhen.

Pannenprüfung
Separator-Durchstichtests sind entscheidend, um die Sicherheit und Langlebigkeit jeder Zelle während des gesamten Batterielebenszyklus zu gewährleisten. Der Separator muss stark genug sein, um Einstichen durch Dendriten standzuhalten, die sich durch starke Beanspruchung gebildet haben. Die Sicherstellung der richtigen Probenspannung und Ausrichtung der oberen Sonde ist für diese Anwendung von entscheidender Bedeutung. Die Prüfung ist ähnlich wie bei EN 14477 und ASTM F1306.
Es sind sowohl manuelle als auch pneumatische Pannengriffe erhältlich, um Normen wie EN 14477, ASTM F1306 usw. zu erfüllen. Pneumatische Spannzeuge sorgen für eine wiederholbare Spannkraft und einen höheren Durchsatz. Die Integration in bestehende Systeme ist so einfach wie der Einbau von pneumatischen Spannzeugen.

Zugversuch
Zugversuche werden verwendet, um sicherzustellen, dass der Separator allen mechanischen Manipulationen während der Herstellung und während der gesamten Lebensdauer der Batterie standhält. Die Sicherstellung der korrekten Ausrichtung, des korrekten Einführens und Klemmens der Probe ist entscheidend, um eine optimale Wiederholbarkeit und einen optimalen Durchsatz zu erreichen und eine Beschädigung der Probe vor der Prüfung zu vermeiden. Wir empfehlen die Verwendung eines Präzisionsprobenladers, um die Variabilität der Testergebnisse zu reduzieren und gleichzeitig die Ergonomie und Sicherheit zu verbessern. Die Tests sind ähnlich wie bei ASTM D882 und ISO 527-3.

Prüfung des Reibungskoeffizienten
Eine enge Wicklung führt zu einer mechanischen Belastung zwischen dem Separator und der Elektrodenbeschichtung, daher ist es wichtig, den Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Oberflächen zu verstehen. Ein besseres Verständnis des Reibungskoeffizienten sorgt für den richtigen Wickelprozess in der Produktion. ISO 8295 und ASTM D1894-14 werden häufig als Leitfaden für diese Tests verwendet.

Prüfung der Durchstoßfestigkeit gegen Aufprallereignisse
Die Auswahl der Separatormaterialien ist entscheidend für die Integrität der Batterie, da mechanische Leistungsprobleme die Wahrscheinlichkeit von internen Kurzschlüssen erhöhen können, die zu einem thermischen Durchgehen führen. Die Prüfung der Durchstoßfestigkeit gegen Aufprallereignisse ist entscheidend für die Auswahl des leistungsstärksten Materials bei gleichzeitiger Reduzierung von Dicke und Gewicht.

Automatisiertes Testen
Die automatisierten Systeme von ITM-LAB heben die Batterieprüfung auf ein neues Produktivitätsniveau. Da die Batterieproduktion weiter zunimmt, sind Durchsatz und Effizienz entscheidend, um die Nachfrage zu decken. Der Einsatz automatisierter Systeme und empfohlener Geräte für jede Anwendung kann die Bediener entlasten und die Produktion maximieren, während optimale Ergebnisse erzielt werden.

Elektroden-Prüfung

Eine der häufigsten Fehlerarten für Batterien ist das Reißen oder Ablösen der Elektrodenmaterialbeschichtung vom Stromabnehmer. Diese Rissbildung oder Ablösung wird oft durch das ständige Laden und Entladen der Batterie und die mechanischen Belastungen der Nutzung verursacht. Das Verständnis der Haftfestigkeit und Langlebigkeit der Elektrode ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Batterie nicht vor dem Ende ihrer erwarteten Lebensdauer ausfällt.

180 Grad Schältest

Der 180°-Schältest ist eine häufig verwendete Methode, um die Festigkeit der Verbindung zwischen Elektrode und Stromabnehmer zu bestimmen. Aufgrund der mechanischen Vorteile und der einfachen Ausrichtung der Schälvorrichtung kann dieser Test mit Kraftschellen und Wägezellen durchgeführt werden. Es ist am besten, die Verwendung von pneumatischen Spannzeugen und Metallsubstraten in Betracht zu ziehen, um einen hohen Durchsatz und ein korrektes 180°-Schälen für jeden Test zu gewährleisten.

90-Grad-Schältest
Der 90°-Schältest ist eine weitere gängige Methode zur Prüfung der Batterieelektrodenhaftung. Der 90°-Schältest hat in der Regel eine etwas höhere Belastung als der 180°-Schältest und kann schneller eingerichtet werden, da er in der Regel kein Substrat benötigt. Die gebräuchlichsten Lösungen von ITM-LAB für diesen Test sind entweder eine standardmäßige 90°-Schälvorrichtung oder eine pneumatische Schälvorrichtung, die speziell für die Prüfung der Elektrodenhaftung entwickelt wurde. Pneumatische 90°-Schälvorrichtungen bieten eine bessere Wiederholbarkeit und einen besseren Durchsatz und helfen dem Bediener gleichzeitig, Proben konsistent in einem Winkel von 90° zu positionieren und auszurichten. Für die obere Vorrichtung optimieren pneumatische Spannzeuge den Durchsatz und die Wiederholgenauigkeit und werden für die Prüfung empfindlicher Materialien empfohlen.

Prüfung der Adhäsion
Forscher befürworten den Einsatz von Adhäsionsprüfungen als eine weitere Methode zur Prüfung der Adhäsion von Elektrode und Stromabnehmer in Batterien. Anstatt die Elektrode langsam vom Stromabnehmer abzulösen, konzentriert sich die Adhäsionsprüfung auf die Adhäsionsstärke über einen vorgegebenen Elektrodenbereich. Die extrem schnelle Datenerfassungsrate in Kombination mit den Haftfestigkeitsprüfvorrichtungen von ITM-LAB sorgt für optimale Ergebnisse und Durchsatz.

Prüfung von Folien
Aluminium- und Kupferfolien werden als Stromabnehmer in Batterien verwendet und werden traditionell in großen Mengen verwendet. Da die Industrie bestrebt ist, so wenig Material wie möglich zu verwenden, um die beste Energiedichte in jeder Batterie zu erreichen, ist das Verständnis der mechanischen Eigenschaften jeder Folie entscheidend, um die Sicherheit und Langlebigkeit der Batterie zu gewährleisten. Da Folien immer länger, dünner und breiter werden, ist eine verbesserte Technologie erforderlich, um die daraus resultierenden Falten und Risse zu beheben. Die Überprüfung und Aufrechterhaltung der mechanischen Eigenschaften dieses Materials ist entscheidend für die Optimierung der Batterieproduktion.

Zugversuch
Der Standard-Zugversuch ist die am besten geeignete Methode zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Aluminium- und Kupferfolienproben. Pneumatische Seitengriffe bieten einen konstanten Druck und einen schnellen Durchsatz für diese Materialien mit hohem Volumen, und die richtige Probenausrichtung ist entscheidend für die Wiederholbarkeit und den Schutz der Probe vor der Prüfung, da dünne Folien durch leichte Fehlausrichtungen in den Spannzeugen beeinträchtigt werden können. Wir empfehlen die Verwendung eines Präzisionsprobenladers, um die Varianz der Testergebnisse zu reduzieren und gleichzeitig die Ergonomie und Sicherheit zu verbessern. ASTM E345-16 wird oft als Leitfaden für diesen Test verwendet.

Automatisiertes Testen
Da die Batterieproduktion weiter zunimmt, werden die Materialien dünner, und Durchsatz und Effizienz sind entscheidend, um die Nachfrage zu decken. Durch den Einsatz automatisierter Systeme und empfohlener Geräte kann die Nachfrage nach dünneren, breiteren und längeren Folienproben erfüllt werden, während der Bediener entlastet und der Durchsatz maximiert wird, während optimale Ergebnisse erzielt werden.

Inspektion von Schweißnähten
Lithium-Ionen-Batterien und andere Flüssigelektrolytbatterien erfordern unzählige Schweißnähte zwischen Elektroden, Laschen, Gehäusen und Zellen. Das Verständnis der häufigsten Fehlerarten und Stärken jeder Schweißnaht ist entscheidend für die Bestimmung der Lebensdauer der Batterie. Jede Schweißnaht muss den mechanischen Belastungen standhalten, die in einem Fahrzeug oder Gerät zu finden sind und die Schweißnaht mit der Zeit verschleißen können. Zum Beispiel sind Elektrofahrzeuge ständig in Bewegung und vibrieren, was in Bezug auf Schweißnahtdesign und -qualität berücksichtigt werden muss.

Prüfung der zylindrischen Batterieschweißnaht
Zylindrische Batterien erfordern mehrere Schweißnähte während der Montage, einschließlich des Schweißens der Kathodenlasche mit der Batterieabdeckung, des Schweißens der Anodenlasche mit dem Dosenboden und sogar einzelner Laschen-zu-Laschen-Schweißnähte. All dies erfordert die richtigen Ausrichtungs- und Greiflösungen für einen hohen Durchsatz und wiederholbare Ergebnisse.

Inspektion von prismatischen Batterieschweißungen
Die meisten Schweißnähte in prismatischen Zellen befinden sich zwischen den Kathoden-/Anodenlaschen und jedem Stromabnehmer sowie innerhalb der Sammelschiene oder des Batteriebehälters selbst. Fehler können an allen Standorten auftreten und müssen auf Konsistenz und Dauerhaftigkeit überprüft werden.

Prüfung der Schweißnaht von Pouch-Zellen
Bei Pouch-Zellen sind die Anoden- oder Kathodenlaschen miteinander verschweißt und die Laschen mit den Batterieklemmen verschweißt. Darüber hinaus verfügen Pouch-Zellen über Sammelschienenschweißnähte, die getestet werden müssen. Die richtige Ausrichtung der Vorrichtung und der Probe sowie vielseitige Lösungen für unterschiedliche Größen sind wichtig.

Zusätzliche Tests
Da immer mehr Komponenten und Materialien in die Batterieindustrie eingeführt werden, gibt es unzählige andere Merkmale, die getestet werden müssen, um die Qualität, Festigkeit, Sicherheit und Langlebigkeit jedes Designs zu gewährleisten.

Prüfung von Quellungen
Die Ausdehnung der Batterie während des Ladens und Entladens ist ein wichtiges Merkmal, das getestet werden muss. Es ist bekannt, dass sich manche Akkus beim Radfahren nur minimal ausdehnen und zusammenziehen. Prismatische und Pouch-Zellen können jedoch eine signifikante Ausdehnung und Kontraktion aufweisen, die charakterisiert werden muss, um die ordnungsgemäße Verwendung und Sicherheit jeder Batterie zu gewährleisten.

Testen der Stack-Komprimierung
Stack-Kompressionstests können verwendet werden, um die realen Kräfte und den mechanischen Missbrauch während der Lebensdauer einer Batterie bestmöglich zu replizieren

Prüfung der Schaumkompression
Die breite Palette an Druckplatten von ITM-LAB, kombiniert mit Standard- oder hochpräzisen Wegsensoren, kann verwendet werden, um das Verhalten von Schaumstoffen unter Belastung vollständig zu charakterisieren. Benutzer können einen Satz Kompressionsplatten (in einer Vielzahl von Größen und Formen erhältlich) verwenden, um statische oder zyklische Kompressionstests durchzuführen und gleichzeitig Last- und lokale Verschiebungsdaten zu erfassen, um Schäume und Gele zu testen, die in EV-Batteriezellen- und -packbaugruppen verwendet werden. Darüber hinaus kann dem unteren Amboss eine beheizte Platte hinzugefügt werden, um die Temperatur der Druckfläche zu steuern, und ein Closed-Loop-Regler kann verwendet werden, um die Temperatur der beheizten Platte zu regeln und den tatsächlichen Temperaturmesswert an die Prüfsoftware auszugeben.

Überlappungsscherprüfung
ITM-LAB-Anwender können zwischen manuellen oder pneumatischen Spannzeugen wählen, um den wichtigen Überlappungsschertest durchzuführen, mit dem die Haftfestigkeit von Klebstoffen und Schweißnähten charakterisiert wird, die in Batteriepack- und Modulbaugruppen verwendet werden. Es stehen auch spezielle automatisierte Lösungen zur Verfügung, um die Spannzeuge auf der Grundlage von Überlappungsscherprobeninformationen aus Barcodes oder gemessenen Abmessungen seitlich auszurichten.

Umweltprüfung
Materialien, Zellen, Module und Packs verhalten sich unter wechselnden Umgebungsbedingungen unterschiedlich. Die in das ITM-LAB-Testframework integrierte Prüfkammer ermöglicht es dem Anwender, seine Proben unter Last zu testen und gleichzeitig die Prüfraumumgebung zu überwachen und zu steuern.