Elektrofahrzeuge (EVs) haben sich zu einem zentralen Entwicklungsschritt in der Automobilindustrie entwickelt. Da EVs für ihren Antrieb auf Batterien angewiesen sind, spielt die Batteriehalterung eine entscheidende Rolle für den ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb des Batteriesystems. Aktuell gibt es drei gängige Arten von Batteriehalterungen: Batteriehalterungen aus Stahl, aus Aluminiumdruckguss und aus stranggepresstem Aluminium. Batteriehalterungen aus stranggepresstem Aluminium genießen dabei das höchste Ansehen.
Im Vergleich zu Stahlträgern bietet Aluminium zahlreiche Vorteile, wie beispielsweise eine geringere Dichte und ein niedrigeres Gewicht bei gleichem Volumen, was zur Energieeinsparung beiträgt. Aluminium zeichnet sich zudem durch hervorragende Korrosions- und Witterungsbeständigkeit aus und hält somit auch rauen Umgebungsbedingungen stand. Darüber hinaus reduzieren seine gute Bearbeitbarkeit und Formbarkeit die Produktionskosten effektiv. Stranggepresste Aluminiumträger sind im Vergleich zu Aluminium-Druckgussträgern flexibler und lassen sich leichter modifizieren oder verfeinern. Die Vielfalt an Abmessungen und die breite Palette an Anwendungsmöglichkeiten von stranggepressten Aluminiumträgern sind von Druckgussalternativen unerreicht. Daher finden stranggepresste Aluminium-Batterieträger in verschiedensten Bereichen breite Anwendung.
Übersicht über Kfz-Batteriehalterungen
Der Akku ist die zentrale Energiequelle eines Elektrofahrzeugs und liefert die Antriebsenergie für das gesamte Fahrzeug. Als Träger für die Batteriemodule ist die Akkuwanne für deren Sicherheit und Schutz unerlässlich. Eine Akkuwanne für Elektrofahrzeuge besteht im Wesentlichen aus einer unteren Wanne und einem Deckel. Die untere Wanne ist typischerweise reibgeschweißt (FSW) und aus Aluminiumlegierungsprofilen gefertigt. Zu ihren Hauptkomponenten gehören die Bodenplatte, der Rahmen und die Montagehalterungen, wobei das Schweißen die primäre Verbindungsmethode darstellt. Die Wanne muss nicht nur eine ausgezeichnete Vibrations-, Stoß- und Druckfestigkeit aufweisen, um den Akku vor Beschädigungen durch äußere Einwirkungen oder Kompression zu schützen, sondern auch die Schutzart IP67 (gemäß GB/T 4208-2017) sowie die Anforderungen von Salzsprühnebel- und Hoch-/Tieftemperatur-Schocktests erfüllen.
Material für Kfz-Batteriehalterungen
Die Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EVs) ist ein effektiver Weg, um Umweltverschmutzung und Energieprobleme anzugehen. Bei einem reinen Elektrofahrzeug macht der Akku etwa 30 % des Leergewichts aus, während die untere Akkuwanne etwa 20 % bis 30 % des Gewichts des Akkus ausmacht. Daher können eine leichte und kostengünstige Konstruktion und Fertigung der unteren Wanne die Kosten von Elektrofahrzeugen effektiv senken und die Reichweite erhöhen.
Aluminiumlegierungen der 6XXX-Serie eignen sich ideal für Aluminium-Batterieträger, da sie nicht anfällig für Spannungsrisskorrosion sind und sich hervorragend schweißen lassen. Durch eine durchdachte Profilgestaltung kann der Materialverbrauch reduziert werden, ohne die strukturelle Steifigkeit und Festigkeit zu beeinträchtigen. In Kombination mit CAE-Simulationen (Computer-Aided Engineering) lassen sich Hohlraumstruktur und Wandstärke optimieren. Dies ermöglicht die Überprüfung der Sicherheitsleistung – einschließlich Vibrationsfestigkeit, Stoßfestigkeit und Seitendruckfestigkeit – und somit eine Gewichtsreduzierung ohne Kompromisse bei der Sicherheit.
Aufbau von Aluminium-Batterieträgern
Die Batterieträger aus Aluminium bestehen aus stranggepressten Aluminiumprofilen, die durch Schweißen zu einer kompletten, integrierten Rahmenkonstruktion verbunden werden. Blech Sie dienen in bestimmten Bereichen als Dichtungsplatten für die Profilhohlräume. Zu den Befestigungsmitteln gehören Sechskantnietmuttern, Pressbolzen und Gewindeeinsätze M12×1D oder M8×1.25D.
Die Hauptkomponenten einer Aluminium-Batteriehalterung umfassen die Bodenplatte, die linken und rechten Seitenträger, die vorderen und hinteren Seitenträger sowie die Modulhalterungen. Die vier Seitenträger weisen drei verschiedene L-förmige Profilquerschnitte auf, die sich besonders gut mit der Bodenplatte verschweißen lassen. Zwei Modulhalterungen befinden sich oberhalb der Schweißnähte zwischen Bodenplatte und vorderen/hinteren Seitenträgern und dienen als Auflageflächen und Verbindungspunkte für die Batteriemodule. Mehrere Sechskantnietmuttern sind entlang des oberen Flansches der Halterung angebracht, um den Deckel zu befestigen und einen abgedichteten Raum zu bilden. Eine Halterung für einen Feuerlöscher, bestehend aus einer Halterung und Pressbolzen, ist an der Innenseite des vorderen Seitenträgers angeschweißt. Sechs M12×1D-Gewindeeinsätze sind gleichmäßig auf der Außenseite der Unterseite der Halterung verteilt, um diese am Fahrzeug zu befestigen. Zusätzlich sind an jedem der beiden Modulhalterungen sechs M8×1.25D-Gewindeeinsätze angebracht, um drei nebeneinanderliegende Batteriemodule zu verbinden.
Batteriefachprozess und -produktion
Aluminium-Batterieträger werden größtenteils durch Verschweißen von bearbeiteten Aluminiumprofilen hergestellt. Die Konstruktion besteht aus einer Bodenplatte und einem Rahmen. Die Bodenplatte wird üblicherweise durch das Verbinden von zwei bis vier Aluminiumprofilen mittels Rührreibschweißen (FSW) geformt. Der Rahmen setzt sich typischerweise aus vier bis sechs Aluminiumprofilen zusammen, die mit Verfahren wie MIG (Metall-Inertgas-Schweißen), WIG (Wolfram-Inertgas-Schweißen) oder CMT (Kaltes Metall-Transfer-Schweißen) verschweißt werden. Bodenplatte und Rahmen werden anschließend mittels FSW, MIG, WIG oder CMT zum Batterieträger verbunden. Die Querschnittsgestaltung der Profile muss die Ergebnisse von CAE-Simulationen, die Machbarkeit des Extrusionsverfahrens und die gewählten Verbindungsmethoden berücksichtigen.
Um Schweißverformungen zu minimieren, wird im Vorfeld Schweißsimulationstechnologie eingesetzt, um Ergebnisse vorherzusagen und Schweißabläufe sowie -parameter zu optimieren. Spezielle Schweißvorrichtungen gewährleisten Maßgenauigkeit und Montagepräzision, wodurch Produktionskosten gesenkt, Durchlaufzeiten verkürzt und die Effizienz gesteigert werden.
Die Qualität der Wanne wird durch ein strenges Prüfverfahren sichergestellt: Prüfung der Schweißnahtqualität, Maßgenauigkeit mittels Koordinatenmessmaschinen (KMM), Dichtheitsprüfung mittels Luftdichtheitsprüfgeräten, Korrosionsbeständigkeitsprüfung in Klimakammern sowie Steifigkeits- und Festigkeitsprüfung mittels Vibrations-, Stoß- und Druckprüfständen. Nur durch die erfolgreiche Durchführung dieser Prüfungen können die Leistungsfähigkeit und Qualität der Wanne garantiert werden.
Verfahren für Kfz-Batterieträger
Rohe Aluminiumprofile werden entweder auf die gewünschte Länge der Einzelteile gesägt oder direkt in Form gesägt. Nach der Bearbeitung und dem Schleifen sind die Einzelteile fertiggestellt. Die gesamte Bearbeitung eines Aluminium-Batterieträgers umfasst Sägen, Laserschneiden, Bearbeiten, Schleifen, Montage, Schweißen, Dichtheitsprüfung, Pressnieten, Blindnieten und Kleben.
Einzelteilbearbeitung
Alle Einzelteile müssen einer Prüfung unterzogen werden. CNC-Bearbeitung Um die Maßtoleranzen einzuhalten, werden Bleche per Laserschneiden bearbeitet. Dieses Verfahren bietet hohe Effizienz und erfüllt die Anforderungen für die Montage mit geringerer Präzision. Profile werden per CNC-Sägen gefertigt, was effizient, kostengünstig und für die meisten Anwendungen ausreichend genau ist. Für komplexe Merkmale oder hochpräzise Bereiche kommen 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentren zum Einsatz. Die Qualität der Einzelteile beeinflusst direkt die Montagegenauigkeit, die Maßtoleranzen, die Ebenheit und die Oberflächengüte des fertigen Batterieträgers.
Montage
Die Passgenauigkeit der Bauteile beeinflusst maßgeblich die nachfolgende Schweißqualität und ist ein Schlüsselfaktor für die Einhaltung der Dichtheitsanforderungen des Aluminium-Batterieträgers. Insbesondere die Passung der Wasseranschlüsse der Bodenplatte an die Dichtungsblöcke ist entscheidend für das Verschweißen der Kühlkanäle. Die Luftdichtheit des Trägers hängt von der Montage und dem Verschweißen der vorderen, hinteren und seitlichen Träger ab. Zu große Spaltmaße können das Schweißen unmöglich machen, während eine unzureichende Fixierung schwacher Bereiche zu starker thermischer Verformung und damit zu Maßabweichungen führen kann. Bei der Montage werden die Bauteile flach auf einer Multifunktionsplattform ausgelegt, mit Vorrichtungen fixiert, auf ihre Ausgangsmaße geprüft und punktgeschweißt, um sie für das endgültige Schweißen vorzubereiten.
Schweiß-
Nachdem die Abmessungen der Baugruppe überprüft wurden, werden an wichtigen Belastungspunkten Heftschweißungen durchgeführt, um die Teile zu fixieren und Verformungen während des abschließenden Schweißprozesses zu minimieren. Dieser letzte Schritt, das „Verschließen“, gewährleistet die Dichtheit der Aluminium-Batteriehalterung. Jegliche Schweißfehler können dazu führen, dass die Dichtheitsprüfung nicht erfolgreich ist.
Luftdichtheitsprüfung
Die Dichtheitsprüfung gliedert sich in zwei Teile: die Prüfung der Wasserkanäle und die Prüfung des Wannenkörpers. Bei der Prüfung der Wasserkanäle werden Schnellkupplungen verwendet, um die Kanäle mit ca. 400 kPa unter Druck zu setzen. Die Wanne wird für 3 Minuten vollständig in ein Wasserbecken eingetaucht. Das Auftreten von kontinuierlichen Blasen deutet auf ein Versagen hin, während das Ausbleiben von Blasen ein Bestehen der Prüfung bedeutet. Bei der Prüfung des Wannenkörpers wird ein Lecksuchgerät eingesetzt, um den Innenraum mit 3,500 ± 500 Pa unter Druck zu setzen. Nach der Stabilisierungsphase wird ein 60-sekündiger Test durchgeführt; ein Druckabfall von maximal 38 Pa gilt als Bestehen der Prüfung.
Integrale Bearbeitung
Merkmale, die hohe geometrische Toleranzen erfordern, wie beispielsweise die Ebenheit der Modulmontagefläche von 0.3 mm, die Position der oberen Sechskantbohrung von 0.5 mm und die Ebenheit der Unterseite von 0.5 mm, können nicht gewährleistet werden, wenn die Merkmale vor dem Schweißen an einzelnen Teilen bearbeitet werden. Dies liegt an den sich summierenden Fehlern, Montageabweichungen und Schweißverformungen. Um diese Präzisionsanforderungen zu erfüllen, wird daher eine integrale Bearbeitung nach dem Schweißen eingesetzt.
Nieten
Das Nieten umfasst Blindnieten und Pressnieten. Beim Blindnieten werden mit einer Nietpistole Sechskantnietmuttern auf den oberen Flansch des Aluminium-Batterieträgers aufgebracht, die anschließend bei der Endmontage mit dem Deckel verschraubt werden. Beim Pressnieten nutzt eine Presse die Formbarkeit des Aluminiumprofils, um Stahl-Pressbolzen mit Aluminiumwinkeln zu verbinden. Diese Winkel eignen sich zur Befestigung kleiner Bauteile am Hauptträger.
Maßkontrolle
Die Prüfung erfolgt durch manuelle Messung und Koordinatenmessmaschine (KMM). Lineare Abmessungen werden von Qualitätsprüfern mit Messschieber und Maßband kontrolliert, während geometrische Toleranzen wie Position und Ebenheit mittels KMM verifiziert werden.
Abdichtung des Wasseranschlusses der Bodenplatte
Da die Bodenplatte als Kühlmittelkreislauf dient, sind ihre Qualität und Dichtigkeit entscheidend für die Verarbeitung des Aluminium-Batterieträgers. Die Bodenplatte wird durch das Zusammenfügen und Verschweißen von Dichtungsblöcken mit dem Profilsockel geformt. Die zahlreichen Hohlräume in den extrudierten Profilen dienen als Kühlkanäle. Ein Ende des Profils verbindet den nicht miteinander verbundenen Ein- und Auslass, während das andere Ende die Anschlüsse abdichtet und so die Verbindung zwischen den Hohlräumen ermöglicht. Dadurch entsteht ein Kreislauf, in dem das Kühlmittel vom Einlass durch die Hohlräume zum Auslass strömt – und die Batterie effektiv kühlt.
Wie Getzshape helfen kann
Getzshape bietet hochwertige, kundenspezifische CNC-Bearbeitung, Blechbearbeitung, Funkenerosion, Druckguss und vieles mehr. Dank modernster Anlagen und strenger Qualitätskontrollen garantieren wir Präzision und termingerechte Lieferung – von Prototypen bis hin zu Großserien. Als Ihr Komplettanbieter für die Fertigung optimieren wir Beschaffung, Bearbeitung, Nachbearbeitung und Logistik.
