Schweißnähte sind bei Hochleistungsbatterien für Elektrofahrzeuge sicherheitsrelevante Bereiche. Deshalb werden diese zu 100 % überprüft. Optische Prüfsysteme sorgen für stabile Prozesse und helfen außerdem, die Produktionskosten zu senken.
Die Eignung einer Hochleistungsbatterie wie der Lithium-Ionen Batterie für den Einsatz in Elektrofahrzeugen hängt von einer Vielzahl technischer, ökonomischer sowie ökologischer Kriterien ab. Das Thema Sicherheit übernimmt dabei eine zentrale Rolle: Ein durch Entzündung der Batterie ausgehender Autobrand würde eine besondere Gefahr für den Menschen bedeuten. Auch Materialschaden sowie Imageverlust für den Automobilhersteller wären erheblich.
Das Thema Sicherheit spielt zudem eine wesentliche Rolle bei der Kaufentscheidung für ein Auto. Lithium-Ionen Batterien, die in Elektroautos verbaut werden, müssen einen Unfall überstehen können. Eine zuverlässige Qualitätsprüfung in der Fertigung von Hochleistungsbatterien ist daher unabdingbar, um einen sicheren Betrieb der E-Fahrzeuge zu gewährleisten. Neben dem Thema Sicherheit spricht auch ein starker Kostenaspekt für verlässliche Inline-Kontrollen. Batteriehersteller wünschen sich Inline-Kontrollen nach jedem Fertigungsschritt, weil spät erkannter Ausschuss hier angesichts exorbitanter Materialkosten besonders schmerzt.
Zwar gehört die Qualitätsinspektion mit menschlichem Auge nach wie vor zur Praxis. Bei hohen Stückzahlen wie in der Serienfertigung von Batteriezellen werden jedoch meist nur Stichproben durchgeführt. Die industrielle Bildverarbeitung bietet Lösungen, mit denen die hohen Qualitätsanforderungen der Batteriefertigung zuverlässig und zu 100 % geprüft werden können.
Für eine sichere und effiziente Herstellung von Hochleistungsbatterien ist das optische Prüfen von sicherheitsrelevanten Schweißnähten an Hochleistungszellen ein wichtiger Baustein. Durch eine Inline-Qualitätskontrolle mit kamerabasierter Prüftechnik können Fehler an einzelnen Zellen schon vor der Weiterverarbeitung zu Packs oder Modulen identifiziert werden. Dies sorgt für eine deutlich geringere Ausschussrate, was letztendlich hilft, die Produktionskosten zu senken.
Während der Batterieherstellung gibt es mehrere Schweißprozesse. Auf der Ebene der einzelnen Zellen werden die Kontaktfahnen innerhalb einer und mehrerer Zellen miteinander verschweißt und die Zellen miteinander elektrisch zu Modulen verbunden. Bei der Verschaltung werden oft Aluminium und Kupfer miteinander verschweißt. Dieser Schweißprozess ist technologisch anspruchsvoll.
Weiter werden die Zellgehäuse wie auch die kompletten Module durch Schweißen hermetisch verschlossen. Nur so können Gehäuse bei einem Defekt in der Zelle einem Innendruck von 40 bar standhalten, und eine Beschädigung umliegender Zellen verhindert werden.. Alle Nähte müssen einwandfrei und homogen sein, um eine hermetische Abdichtung ohne Löcher und Risse zu gewährleisten. Laser-, Lichtbogen-, Reibschweißen und Löten stellen unterschiedliche Herausforderungen an die optische Prüfung. Kamerabasierte Prüfverfahren lassen sich inline im Produktionstakt problemlos integrieren und führen deutlich schneller zum Prüfergebnis. Vor allem Fehler an den sehr feinen Lasernähten einer Batteriezelle lassen sich durch die automatisierte Inspektion schnell und zuverlässig erkennen. Dabei sind Mikrofehler wie Risse oder Poren im 1/100 mm-Bereich relevant. Denn schon kleinste Abweichungen können die Lebensdauer der Batterie beeinflussen und einen Einfluss auf die Sicherheit haben.
Die Bildverarbeitung stellt außerdem sicher, dass keine fehlerhaften Komponenten weiter verarbeitet werden. Für die stetige Prozessverbesserung sind Detail- und statistische Auswertungen hilfreich, die zur Prozess- und Anlagenoptimierung herangezogen werden können.
Das auf dem Lichtschnittverfahren basierende Schweißnahtprüfsystem Viro WSI von Vitronic erfüllt alle diese Anforderungen. Es arbeitet mit hohen Scangeschwindigkeiten ohne Einfluss auf den Linientakt zu haben. Einen zusätzlichen Nutzen bringt die neue anwenderfreundliche Software. Mit intuitiver Bedienoberfläche ermöglicht sie schnelles Einrichten und eine schnelle Anpassung von Prüfparametern. Durch die datenbankgestützte Auswertesoftware und die visualisierten Statistikfunktionen werden Prozessabweichungen frühzeitig erkannt. Sämtliche Informationen fließen unmittelbar in ein Live-Protokoll und werden für spätere Nachverfolgungen, Auswertungen und Statistiken in einer integrierten Datenbank naht- und bauteilbezogen abgespeichert. Die detaillierten Prüfergebnisse und Parameter sind somit lückenlos dokumentiert. Die Lösung liefert für Autobauer einen wichtigen Beitrag, damit diese ihre Dokumentations- und Archivierungsanforderungen erfüllen können. ■
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