Universelle Arbeitszelle für Fertigung und Re-Manufacturing von Batteriemodulen

Aus den übrigen Zellen könnten dagegen neue Module zusammengestellt werden. Das scheitert meist aber daran, dass die Zellen nicht ohne Beschädigung aus dem Modul­verband herausgetrennt werden können, weil die Kontaktierung nicht zerstö­rungsfrei gelöst werden kann, jedenfalls für die am weitesten verbreiteten Widerstands- oder Laserschweißverbindungen.

Die Lösung dieses Problems sind Drahtbondverbindungen, wie sie in vielen Batterien für E-Fahrzeuge eingesetzt werden: sie sind stoffschlüssig, also robust und langlebig, kommen aber gleichzeitig ohne Schmelzphase und damit ohne Gefügeänderungen aus. Daher ist es problemlos möglich, eine Batteriezelle ein zweites Mal per Drahtbond zu kontaktieren.

Unsere Universal-Fertigungseinheit SERIES 86 vereint erstmals mehrere Funktionen zum Re-Manufacturing von Batteriemodulen in einer Maschine. Als Drahtbonder kontaktiert sie die Module in der Erstherstellung in konventioneller Weise.
Beim Re-Manu­facturing deckt sie weitere Fertigungsschritte ab:

1. Zunächst werden die alten Drahtbonds schonend entfernt. Dazu dient ein Shear-Test­kopf, der eigentlich für die Qualitätskontrolle von Dickdrahtbonds gedacht ist. Dabei wird der Drahtbond von einem Shear-Tool seitlich weggeschoben und die dazu erforderliche Kraft gemessen; diese ist ein Maß für die Qualität des Bonds.

Derselbe Vorgang lässt sich aber perfekt dazu nutzen, den Bond schonend zu lösen (Abb. 1), denn sowohl der Angriffspunkt am Bond wie auch die Höhe über dem Substrat werden vom Shear-Testkopf genau ermittelt und mit einem Bilderkennungs­system nachjustiert, sodass der Bond tat­säch­lich ohne Beschädigung des Unter­grunds entfernt werden kann. Der ganze Vorgang läuft vollautomatisch und somit hochproduktiv ab, denn die Drahtbonds eines ganzen Moduls werden ohne Bedie­ner­unter­stützung gelöst.

Zusätzlich kann dabei, falls gewünscht, die Shear-Testfunktion genutzt werden, um noch die Qualität der entfernten Bonds zu messen, z.B. um den Alterungszustand des Batteriemoduls hinsichtlich der Verbindungen zu erfassen.

2. Im zweiten Schritt kann der Zustand jeder einzelnen Zelle ermittelt werden. Dazu dient ein wechselbarer Messkopf auf der Maschine, der wieder automatisch und programmierbar jede Zelle mit einem Messfühler (mit programmierbarer Aufsetz­kraft und anderen einstellbaren Parametern) kontaktiert und die gewünschten elektrischen Messungen durchführt. Es gibt dazu bereits Vergleichstabellen mit Erfahrungs­werten von Batteriezellen verschiedener Hersteller, um die Qualität der vorliegenden Zellen einordnen zu können. Das erlaubt nicht nur eine Gut/Schlecht-Beurteilung, sondern auch eine feinere Sortierung der Zellen in unter­schiedliche Qualitätsklassen für die Weiterverwendung.

3. Im dritten Schritt, der außerhalb der Maschine stattfindet, werden die Zellen aus dem Verbund entnommen und ggf. nach Qualitätsklassen sortiert. Anschließend können die Zellen zu neuen Modulen zusammengesetzt werden.

4. Den vierten und ggf. fünften Schritt erledigt wieder die Fertigungseinheit: die Zellen werden wieder mit dem Drahtbondkopf zu einem Modul verschaltet.

5. Falls sich durch visuelle Inspektion oder auch durch die Messung der Verbindungs­qualität in Schritt 1 gezeigt hat, dass die Oberflächenqualität der Bondflächen nicht mehr gut oder gleichmäßig genug ist, kann am Bondkopf zusätzlich eine Reinigungs­düse installiert werden (Abb. 2), die mit CO2-Trockenschnee die Oberflächen reinigt und aktiviert, bevor sie mit dem Draht­bonder kontaktiert werden. Auch dieser Schritt erfolgt vollautomatisch und pro­grammiert.

Die Universal-Fertigungseinheit hat einen großen Arbeitsbereich, in dem Batteriemodule bis zur Größe von 51 x 72 cm Platz finden, oder auch mehrere kleine Module nebeneinander. Sie kann auch mit automatisiertem Bauteilwechsel ausgestattet werden, wenn die Stück­zahlen das erfordern. Wir sehen den Anwendungsbereich aber vor allem für Batteriemodule in kleineren Stückzahlen bei hoher Variantenvielfalt, etwa bei Neueinsteigern in die Industrie. Gerade hier ist der Wunsch nach Re-Manufacturing von gebrauchten Modulen besonders ausgeprägt.

Deshalb haben wir eine kostengünstige Maschine entwickelt, die auch für Neu­einsteiger attraktiv ist, und die trotz ihrer Funktionsvielfalt einfach zu bedienen ist. Das liegt vor allem an der extrem flexiblen Software, die neue und zusätzliche Funktio­nali­täten ohne großen Aufwand einbinden kann. So kann die Ferti­gungszelle auch zukünftig hard- und softwareseitig erwei­tert werden, z.B. mit einer weiter verfeinerten optischen Inspektion oder auch einer Dispens­funktion für Kleber oder Dichtungen.

Interesse geweckt? Melden Sie sich bei uns via E-Mail info@fsbondtec.at  oder per Telefon unter +43 7722 67052-8270 für weitere Informationen.