Saubere Sache? Diese Rolle spielen Qualität und Sauberkeit bei der Produktion von Elektrofahrzeugen
Umgangssprachlich kennt man das Elektroauto als die saubere Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Um diesem Ruf mehr und mehr zu entsprechen, werden die verbauten Fahrzeugkomponenten kontinuierlich weiterentwickelt. Und auch in den Produktionsstätten spielt Sauberkeit eine zentrale Rolle – dort allerdings im wortwörtlichen Sinn. Denn erst durch eine saubere Arbeitsumgebung und konsequente Qualitätssicherung wird die Herstellung leistungsfähiger, langlebiger Elektrofahrzeuge möglich. Warum das so ist, welches Bauteil dabei eine besondere Rolle spielt und was es braucht, um den hohen Anforderungen der Branche gerecht zu werden – das alles möchten wir heute genauer erklären.
Logistik unter Automotive Bedingungen: Das verlangt E-Mobilität der eingesetzten Lager- und Fördertechnik ab
Weniger Bauteile, geringere Komplexität, reduzierter Lagerbedarf – was erst einmal nach viel Potenzial klingt, stellt die bei der Fertigung von Elektroautos eingesetzte Anlagentechnik gleichzeitig vor eine Vielzahl neuer Herausforderungen. Einen besonders kritischen Bereich markiert dabei die Herstellung und Weiterverarbeitung von Batteriezellen. Werden diese im Fahrzeug verbaut, haben sie oft bereits einen Weg von mehreren tausend Kilometern zurückgelegt – nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht stellt das einen erheblichen Nachteil dar.
Lithium-Ionen-Batterien sind gemäß des Europäischen Übereinkommens über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR) als Gefahrgut eingestuft – und das aus gutem Grund. Denn im Rohzustand reagiert der brennbare Elektrolyt einer Batterie höchst empfindlich auf Stöße, Feuchtigkeit und elektrische Ladung. Für die Verpackung, Handhabung und Beförderung der Zellen gelten daher strenge Gefahrgutvorschriften, die ganz und gar nicht mit dem herstellerseitigen Bedürfnis eines möglichst schnellen Transports harmonieren.
Wie die Zukunft der Elektromobilität aussieht, hängt in entscheidendem Maß davon ab, inwieweit Hersteller Konflikte wie diese lösen können. Was es zur Bewältigung dieser konkreten Aufgabenstellung braucht, sind leistungsfähige Logistiknetzwerke und Förderanlagen, die einen sicheren, effizienten Transport von Batteriezellen möglich machen.
Eine möglichst lokale Produktion rückt aufgrund der Empfindlichkeit und des Gefahrenpotenzials von Batteriezellen mehr und mehr in den Fokus. Aber selbst, wenn die Batterie in unmittelbarer Nähe zum Werk gefertigt wird, bleibt sie ein kompliziertes Bauteil mit hohen Ansprüchen an ihre Umgebung.
Die Batterie, das Sorgenkind der Elektromobilität
Ein bitterer Pilz verdirbt die gesamte Pfanne – ganz ähnlich verhält es sich in der Batteriefertigung. Denn eine einzige minderwertige oder beschädigte Zelle genügt, um nicht nur ihr Modul, sondern den gesamten Batteriepack negativ zu beeinflussen. Je später die Qualität der Zellen im Prozess der Batterieproduktion kontrolliert wird, desto gravierender sind die damit verbundenen Konsequenzen. Weil die Batterie ca. ein Drittel des Gesamtwerts eines Elektroautos ausmacht und hoher Ausschuss daher unbedingt zu vermeiden ist, muss eine lückenlose Qualitätssicherung schon aus wirtschaftlicher Sicht obligatorisch sein.
Die Batterie als erfolgskritisches Bauteil
Eine Traktionsbatterie verfügt nach 10.000 Ladezyklen im besten Fall noch über 80 % ihrer Kapazität – vorausgesetzt, sie hält absolut dicht. Denn gelangt der Elektrolyt nach außen (oder etwas in die Zellen hinein), hat das spürbare Konsequenzen für die Qualität der Batterie. Um die Dichtheit der Batterie im Fertigungsprozess sicherzustellen, braucht es daher eine höchst saubere Produktionsumgebung – ähnlich der in der Elektronikfertigung.
Die Batterie als empfindliches und potenziell gefährliches Bauteil
Die Batterie des Elektrofahrzeugs ist ein echtes Sensibelchen. Denn vor und während ihrer Verarbeitung reagiert sie auf zahlreiche Faktoren ausgesprochen empfindlich. Stöße oder Feuchtigkeit in der Umgebungsluft beeinflussen nicht nur die Qualität der Lithiumzellen, sie können auch zur plötzlichen Flammbildung oder zum Ausstoß giftiger bzw. entzündlicher Gase führen.
Die hohe elektrische Spannung von Batterien (300 bis 400 V, Tendenz steigend) birgt ebenfalls erhebliche Risiken für die Produktion, weil die Zellen in der Regel vorgeladen verarbeitet werden. Dadurch entsteht die Gefahr kritischer Kurzschlüsse. Weil die Spannung der Zellen dabei oft unterschiedlich ist, muss zusätzlich auf eine chargenreine Montage geachtet werden.
Eine weitere Herausforderung für die Produktionstechnik: Im Brandfall müssen die Hochvolt-Komponenten der Batterien umgehend außer Betrieb genommen werden – andernfalls droht Stromschlag- und damit Lebensgefahr.
Diese Schlüsse müssen bei der Qualitätssicherung und Gestaltung der Produktionsumgebung gezogen werden
Schon ein kurzer Exkurs in die Welt der Batteriefertigung macht deutlich: Die Lithium-Ionen-Batterie schreibt das Drehbuch im Prozess der Fahrzeugfertigung völlig neu. Ihre Produktion beinhaltet komplexe chemische Verfahren, die eine saubere Arbeitsumgebung und lückenlose Qualitätskontrolle zur Pflicht machen. Die wohl wichtigste Basis hierfür ist eine lückenlose Rückverfolgbarkeit aller produktions- und herkunftsbezogenen Daten. Denn wird an einer einzelnen Zelle ein Mangel identifiziert, erleichtert eine umfassende Sicherung der Produktionsdaten die Suche nach weiteren Zellen dieser Charge. Aus diesem Grund enthält jedes Batteriemodul ein entsprechendes Datenmanagementsystem. Dieses dient nicht nur der Nachverfolgbarkeit, es ermöglicht auch eine Überwachung wichtiger Parameter wie Spannung und Temperatur.
Die kontinuierliche Dichtheitsprüfung, die Überwachung der elektrischen Eigenschaften sowie die Prüfung auf Rüttelfestigkeit müssen ebenfalls in den Produktionsablauf integriert werden, um Havarien zu vermeiden und die Lebensdauer der gefertigten Batterien zu erhöhen.
Um das Gefahrenpotenzial der Batteriezellen zusätzlich minimieren und eine gleichbleibend hohe Qualität sicherzustellen, hat der gesamte Produktionsprozess in einer sauberen und trockenen Umgebung mit maximal 2 % relativer Luftfeuchtigkeit zu erfolgen. Die an der Produktion beteiligten Personen sind zum Tragen antistatischer Arbeitskleidung verpflichtet – und auch die entsprechenden Anlagenkomponenten müssen ESD-fähig sein.
Die besondere Leistung der in der Batteriefertigung eingesetzten Fördersysteme besteht darin, das sensible und im Rohzustand mechanisch instabile Material mit größter Vorsicht zu transportieren – aufgrund der geringen Taktzeiten in einer möglichst hohen Geschwindigkeit.
Sauber gelöst: Automatisierte Fördertechnik von ALTRATEC
Unser Team ist jeden Tag an der Entwicklung einer Produktionsumgebung beteiligt, die sich den besonderen Bedürfnissen der Lithium-Ionen-Batterie präzise anpasst. Mit leistungsstarken Fördersystemen sorgen wir für saubere, sichere und wirtschaftliche Produktionsabläufe – und leisten so unseren Beitrag für die Zukunftsfähigkeit der Elektromobilität.