Batteriekomponenten vor der Montage mit Ultraschall reinigen

Dieser Beitrag behandelt die Fertigung von Batterieteilen: die Metall- und Kunststoffkomponenten, die tiefgezogen, gestanzt, bearbeitet oder gelötet werden, bevor eine Zelle oder ein Pack entsteht. Er handelt nicht von der Reinigung von Batterien.

Geladene Zellen, Module und Packs kommen nie in ein Flüssigkeitsbad. Nicht zur Reinigung, nicht nach einem Auslaufen, nicht „nur kurz“. Flüssigkeit zwischen den Polen oder in einem beschädigten Gehäuse verursacht Kurzschlüsse und Korrosion, und eine kurzgeschlossene Lithiumzelle kann thermisch durchgehen. Eine verschmutzte Zelle oder ein verschmutzter Pack wird nach dem Verfahren des Batterieherstellers behandelt, nicht mit einem Ultraschallreiniger.

Welche Teile, welche Verschmutzung

Teil	Typischer Werkstoff	Verschmutzung	Was danach kommt
Zellbecher	Tiefgezogener vernickelter Stahl oder Aluminium	Ziehöl, Partikel	Zellmontage, oft im Trockenraum
Deckel und Deckelbaugruppen	Aluminium, Stahl, gestanzt	Stanzöl, Gratflitter	Laserschweißen an den Becher
Ableiter (Tabs)	Aluminium, Nickel, vernickeltes Kupfer	Stanzöl, Partikel, Fingerabdrücke	Ultraschall- oder Laserschweißen
Stromschienen	Kupfer, Aluminium, oft beschichtet	Stanz- oder Bearbeitungsöl, Grate, Oxid	Schweißen oder Verschrauben an den Zellpolen
Modul- und Packgehäuse	Druckguss- oder Strangpressaluminium, Stahl	Kühlschmierstoff, Späne, Trennmittel	Abdichten, Kleben, Montage
Kühlplatten	Gelötetes oder geschweißtes Aluminium mit innenliegenden Kanälen	Umformöl, Partikel in den Kanälen	Dichtheitsprüfung, Kleben des Wärmeleitmaterials

Warum die Reinigung zählt

Schweißen. Öl auf einem Ableiter, einem Deckel oder einer Stromschiene verbrennt im Laser oder Lichtbogen und verursacht Poren, Spritzer und ungleichmäßige Einschweißtiefe. Eine Schweißnaht, die wiederholbar sein sollte, wird zum Qualitätsproblem, das erst bei der elektrischen Prüfung oder später auffällt.

Kleben und Abdichten. Klebstoffe, Wärmeleitmaterialien und Dichtungen brauchen eine Oberfläche ohne Öl und Trennmittel. Der Wasserbenetzungstest und die Testtinten aus Teile vor dem Beschichten reinigen gelten hier genauso.

Partikel. Ein Metallpartikel, das in eine Zelle gelangt, kann den Separator durchstoßen und einen inneren Kurzschluss verursachen. Ein Partikel in einem Modul kann den Spalt zwischen zwei Leitern unterschiedlicher Spannung überbrücken. Die Partikelsauberkeit wird für Batterieteile deshalb ebenso vorgegeben wie für Hydraulik- und Kraftstoffsystemteile, meist mit den Prüfverfahren nach VDA 19.1 und ISO 16232: Extraktion, Filtration, dann Zählen und Vermessen der Partikel auf einer Membran. Die Grenzwerte, besonders für metallische Partikel, kommen aus der Spezifikation des Zell- oder Packherstellers.

Feuchte. Die Montage von Lithium-Ionen-Zellen läuft in Trockenräumen, weil Feuchte mit dem Elektrolyten reagiert. Teile, die nach der Reinigung in einen Trockenraum gehen, müssen vollständig trocken sein, und die Feuchteanforderung kommt vom Zellhersteller.

Die Reinigungsfolge

Station	Zweck	Typische Einstellung
Ultraschallwäsche	Öl, Partikel, Gratflitter	Mild alkalischer Reiniger, für den Werkstoff freigegeben (Leichtmetallreiniger für Aluminium), 50 bis 60 °C, 28 oder 40 kHz, 5 bis 10 min, Filtration ein
Ultraschallspülung	Reiniger und gelöste Partikel	Sauberes Wasser, 40 kHz, 2 bis 3 min
Schlussspülung	Salze, fleckenfreie Oberfläche	VE-Wasser, Leitfähigkeit überwacht
Trocknen	Kein Wasser in Falzen, Kanälen oder Nähten	Heißluft, 60 bis 80 °C je nach Werkstoff und Dichtungen

Aluminium wird in starker Lauge angeätzt, und Kupfer läuft an; die Chemie wird deshalb nach Werkstoff gewählt, mit kurzem Zyklus; siehe Reinigungsmittel. Vermeiden Sie Spülzusätze, die einen Film hinterlassen, wenn das Teil als Nächstes geschweißt oder geklebt wird: Ein Korrosionsschutz, der Stahlteile im Lager schützt, kann eine Schweißnaht oder einen Klebstoff stören. Stimmen Sie die Schlussspülung mit den Verantwortlichen für Schweiß- und Klebeprozess ab.

Filtration ist Pflicht, wenn die Vorgabe ein Partikelgrenzwert ist. Das Bad sammelt jeden Gratflitter, den die Teile mitbringen, und legt ihn auf der nächsten Charge wieder ab, wenn es nicht gefiltert wird; siehe Filtration und Badstandzeit.

Beladen

Zellbecher: offenes Ende nach unten oder liegend, damit sie ablaufen und keine Luft einschließen; nie ineinander gesteckt.
Ableiter und kleine Stanzteile: eine Lage in einem feinmaschigen Korb oder auf zwei Körbe verteilt, damit die Teile nicht stapeln und sich gegenseitig abschatten.
Stromschienen: hochkant oder auf einem Gestell, nicht flach aufeinander.
Kühlplatten: schräg, damit die Kanäle entlüften und ablaufen; ein Hubsystem, das die Platte auf und ab bewegt, pumpt Flüssigkeit durch die Kanäle. Siehe wann sich ein Hubsystem lohnt.
Gehäuse: Öffnungen nach unten, wie bei anderen bearbeiteten Teilen vor der Montage.

Nach der Reinigung

Saubere Teile werden mit Handschuhen angefasst und in geschlossene, saubere Behälter verpackt. Sie werden nicht neben Bearbeitung oder Schleiferei gelagert. Teile für einen Trockenraum gehen in der Verpackung durch dessen Schleuse, in die sie nach der Reinigung verpackt wurden. Ein Teil, das die Partikelprüfung bestanden hat und danach offen in der Stanzerei lag, hat nicht bestanden.

Welche Anlage

Arbeit	Ausstattung
Muster, Prototypen, kleine Chargen von Ableitern und Stromschienen	ST-40 oder ST-65, 40 kHz, feinmaschiger Korb, Spülbecken, Trocknung
Gehäuse und Stromschienen in Chargen	UMX Pro 88L bis 255L oder ST-96 bis ST-206 mit Filtration, Spülung, Trockner DT-96 oder DT-206
Kühlplatten und große Gehäuse	AL-150 bis AL-600, Hubsystem und Filtration, Spül- und VE-Spülstationen, Trockner
Serienfertigung nach Partikelspezifikation	MT-Mehrtankanlage: Wäsche, Spülung, VE-Spülung und Heißlufttrockner unter einem Transportwagen