Warum sind die Preise für Lithium-Batterien so unterschiedlich?

"Ihre Lithium-Batterie ist zu teuer! Ich habe hier ein günstigeres Angebot!" Nachdem wir dem Kunden ein Angebot unterbreitet haben, hören wir häufig solche Kommentare. Viele Kunden – insbesondere Einzelkäufer – verfügen über kein fundiertes Verständnis von Batterien. Daher konzentrieren sie sich in erster Linie auf Leistung und Preis der Lithium-Batterie sowie auf die im Datenblatt angegebene Anzahl der Ladezyklen. Heute führen wir Sie durch den gesamten Produktionsprozess einer Lithium-Batterie, damit Sie Batterien besser beurteilen und auswählen können.

Prüfung der Batteriezellen

Nach jedem lithiumbatterie sobald die Zelle das Werk erreicht, erfolgt als erster Schritt eine umfassende Prüfung. Neben der Überprüfung auf Kratzer oder Wölbungen an der Oberfläche messen wir auch die Leerlaufspannung und den Innenwiderstand. Diese Daten werden automatisch in das System eingetragen. Nur Zellen mit sehr konsistenten Parametern dürfen in dasselbe Lithium-Batteriemodul integriert werden.

Dieser Schritt ist sehr wichtig. Sobald ein Fehler auftritt, ergeben sich Probleme im anschließenden Prozess. Daher ist die Vor-Ort-Inspektion besonders streng.

Laserreinigung – effektiver als Abwischen mit Alkohol

Der nächste Schritt ist die Laserreinigung. An den vor Ort angebrachten Schildern ist ersichtlich, dass wir die Laserreinigung als kritischen Punkt der Prozesssteuerung festgelegt haben (Nummer R-T-34-3) und den Reinigungseffekt streng kontrollieren.

Sie fragen sich vielleicht: Die Elektrodenstifte der Lithium-Batteriezellen sind bereits sehr sauber – warum müssen wir sie dann noch reinigen?

Dies liegt daran, dass die Oberfläche der Kontaktpunkte eine sehr dünne Oxidschicht sowie winzige Ölflecken aufweist. Bei Verwendung des herkömmlichen Abwischens mit Alkohol ist dieser Vorgang nicht nur äußerst ineffizient, sondern das Abwischen mit Alkohol entfernt zudem die Verunreinigungen nicht vollständig. Nur durch Laserreinigung können die Oberflächenverunreinigungen augenblicklich verdampft und vollständig entfernt werden, wodurch die frische Metallbasis freigelegt wird. Auf diese Weise können während des anschließenden Schweißprozesses die Lötstellen fest verbunden und der Widerstand gesenkt werden. Die Reinigungswirkung wird in der Fabrik quantitativ gesteuert – statt sich lediglich auf das Abwischen mit Alkohol oder auf eine rein visuelle Beurteilung der Sauberkeit mit bloßem Auge zu verlassen.

Laserschweißen – Verbinden der Zellen

Nach der Reinigung folgt der entscheidende nächste Schritt: Mithilfe eines Lasers werden die Stromschienen (Kupfer- oder Aluminiumstreifen) an den positiven und negativen Elektroden der Zellen verschweißt und fixiert, wodurch Dutzende oder sogar Hunderte von Zellen in Serie oder parallel miteinander verbunden werden.

Am Produktionsort sahen wir neben diesem Prozess ein Management-Board, auf dem es klar heißt:

Schweißtiefe: 0,8 – 1,5 mm

Schweißbreite: 1,5 – 3,0 mm

Diese beiden Parameter bestimmen unmittelbar die Schweißfestigkeit und Leitfähigkeit. Ist die Eindringtiefe zu gering, kann dies leicht zu einem Schweißversagen führen; ist sie zu groß, besteht die Gefahr, dass die internen Komponenten der Lithium-Akku-Zellen beschädigt werden; reicht die Breite nicht aus, ist die Stromtragfähigkeit unzureichend.

Darüber hinaus führt das Werk regelmäßig Profilinspektionen der Schweißnähte durch, um sicherzustellen, dass jede Schweißnaht innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Am Schweißplatz sprühen überall Funken, doch die nahegelegene CCD-Visuellinspektion macht in Echtzeit Fotos. Bei Poren oder Blasen erteilt das System sofort einen Alarm, um eine strenge Kontrolle dieses Prozesses zu gewährleisten.

Modul-EOL-Prüfung – In einem einzigen Test feststellen, ob die Schweißung gut ist oder nicht

Nachdem das Modul geschweißt wurde, wird es nicht sofort verpackt, sondern zunächst in den Prüfschrank für die EOL-Prüfung (Offline-Prüfung) gestellt: Isolationswiderstand, Durchschlagfestigkeit, Gesamtspannung des Moduls, Kapazität usw. Alle Daten werden automatisch hochgeladen, wodurch sichergestellt wird, dass jedes Modul rückverfolgbar ist.

Dieser Schritt ermöglicht eine wirksame Aussortierung von Lithium-Batteriemodulen mit schlechter Schweißqualität oder unzureichender Zellkonsistenz und stellt sicher, dass keine nicht konformen Produkte an den nächsten Prozessschritt weitergegeben werden.

Montage des Lithium-Batteriepacks – BMS und Thermomanagementsystem

Nach Abschluss des oben genannten Prozesses werden die zugelassenen Batteriemodule in das Gehäuse des Batteriepacks eingebracht, anschließend werden das Batteriemanagementsystem und das Thermomanagementsystem installiert.

Die lithiumbatterie das Managementsystem, auch als BMS (Battery Management System) bezeichnet, überwacht in Echtzeit Spannung, Strom und Temperatur der Zellen und steuert Lade- und Entladevorgänge.

Das Thermomanagementsystem ist üblicherweise eine Flüssigkeitskühlplatte oder ein Lüfter für die Luftkühlung. Seine Hauptfunktion besteht darin, sicherzustellen, dass die Batterie im Winter beheizt werden kann und im Sommer nicht überhitzt, wodurch ein langfristiger Einsatz gewährleistet wird. In dieser Phase sind zahlreiche Proben-Kabelbäume und Kühlleitungen zu sehen.

Prüfung vor dem Versiegeln – Isolationsprüfspannung und Dichtheit

Vor dem Schließen der oberen Abdeckung des Batteriepacks müssen zwei „Lebens-und-Tod-Prüfungen“ durchgeführt werden:

Isolationsprüfspannungsprüfung: Es wird mehrfach die Betriebsspannung zwischen dem Gehäuse des Batteriepacks und der internen Hochspannungsleitung angelegt, um festzustellen, ob es zu einem Stromleck kommt.

Dichtheitsprüfung: Bei dieser Prüfung wird der versiegelte Lithium-Batteriepack mit Druckluft gefüllt, um den Druckabfall zu messen. Um die IP67-Schutzart zu erfüllen, muss das Gerät eine halbe Stunde lang wasserdicht sein, d. h., es darf bei einer Tauchtiefe von bis zu 1 m nicht nass werden.

Falls diese beiden Tests fehlschlagen, werden die betreffenden Teile unmittelbar zur Reparatur zurückgegeben oder entsorgt; eine Verhandlung ist nicht möglich.

Offline- und digitale Rückverfolgbarkeit

Endlich durchläuft jedes lithiumbatterie paket einen vollständigen End-of-Line-Test (EOL-Test), der Laden und Entladen, die Kommunikationsfunktion (BMS und externe CAN-Kommunikation), Isolations- und Spannungsfestigkeitsprüfungen sowie weitere umfassende Leistungstests umfasst. Alle diese Tests müssen erfolgreich bestanden werden, bevor die Produkte für den Verkauf freigegeben werden können.

An dieser Stelle sei erwähnt: Ich sah zahlreiche Computerbildschirme in der Werkstatt (die Fotos mit dem wiederholt erscheinenden „Computer-Startbildschirm“). Zunächst war ich verwirrt, verstand jedoch später, dass es sich dabei tatsächlich um Bedienterminals des automatisierten Prüfsystems, des MES-Daten-Rückverfolgbarkeitssystems und des Schweißparameter-Überwachungssystems handelte. Jeder Prozess, jeder Parameter und jedes Prüfergebnis wird in Echtzeit in die Cloud hochgeladen.

Letztendlich erhält jeder Lithium-Akkupack einen einzigartigen QR-Code als „Geburtszertifikat“, und durch das Einscannen können alle wichtigen Daten des Akkus auf der Produktionslinie eingesehen werden.

Zusammenfassung

Durch diesen Artikel sollte jeder ein gewisses Verständnis für den Produktionsprozess von Lithium-Akkus vor dem Versand erlangt haben. Von der Auswahl der Akkuzellen bis hin zu den Prüfphasen während des Montageprozesses wird bei jedem Schritt eine Datenerfassung und -überwachung durchgeführt. Dies vermittelt unseren Kunden ein hohes Maß an Sicherheit.