Was charakterisiert die Produktion von Elektroautos?

Was charakterisiert die Produktion von Elektroautos?


Die Elektroauto-Produktion unterscheidet sich in wichtigen Punkten von der Fertigung von Autos mit Verbrennungsmotor. Denn New Energy Vehicles werden ganz oder teilweise von Elektromotoren angetrieben, die aufgrund der benötigten Leistungsfähigkeit auf vergleichsweise große Batterien angewiesen sind. Dies bringt Herausforderungen an Konstruktion und Montage mit sich.

In Elektroautos ist die Hochvolt-Batterie zentrales Element der Konstruktion und wird zum Teil tragendes Bauteil. Das Batteriepack besteht aus mehreren Modulen, welche ebenfalls mehrere Batteriezellen enthalten. Um so viel Spannung zu erzeugen, wie für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs notwendig ist, wird eine Vielzahl von Batteriemodulen miteinander verbunden. Art und Umfang der Modulverbindungen variieren je nach Fahrzeugtyp. Wichtig ist, dass das Batteriepack auch im Falle eines Unfalls Sicherheit bieten muss.

Für die Produktion bedeutet das: Jede Zelle der Batterie wird mit einem wenigstens minimalen Ladezustand ausgeliefert. Je nach Ladezustand mit einer Spannung von mindestens 3,7 Volt. Diese Spannung kann für den Werker gefährlich werden, wenn er an der Fertigungslinie mehrere Module verbindet.

Jetzt Whitepaper herunterladenMotoraufbau E-Autos versus Verbrennungsmotoren

Insgesamt zeichnen sich New Energy Vehicles (NEVs) durch einen einfacheren Motoraufbau aus als Verbrenner, weil schwere Bauteile – wie Auspuffanlage und Tank, Kurbelgehäuse, Katalysator und Kühler – entfallen. Dagegen sind Elektroautos auf mehr elektrische Komponenten angewiesen als Benziner oder Dieselfahrzeuge; darunter etwa Ladegeräte und Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichter.

E-Autos werden in der Regel von Wechselstrommotoren angetrieben. Diese sind relativ kompakt und verschleißarm. In das Fahrzeug integrierte Wechselrichter wandeln den Gleichstrom, den die Lithium-Ionen-Akkus des Batteriepacks liefern, in Wechselstrom um. Neben der Hochvolt-Batterie für den Antrieb des Autos, die mit Spannungen von mehreren Hundert Volt arbeitet, versorgen Niedervolt-Batterien (wie bei Verbrennern) das Bordnetz mit Strom, der etwa für Türöffner, Beleuchtung oder die Bordelektronik benötigt wird.

Schraubverbindungen an E-Autos und geeignete Montagelösungen

Neben Schweißen, Fließlochschrauben und Kleben gehören Verschraubungen zu den Verbindungstechniken im Elektroauto-Bau. An einigen Schraubstellen sind hohe Stromspannungen zu erwarten, die Montage-Mitarbeiter gefährden können. Andere Schraubstellen sind sicherheitskritisch. Das bedeutet, ihr Versagen im späteren Betrieb gefährdet Leib und Leben. Es müssen daher nicht nur die erforderlichen Parameter wie Drehmoment und Drehwinkel sicher eingehalten werden; vielmehr muss die sichere Montage auch dokumentiert werden und nachverfolgbar sein. Im Hinblick auf Mitarbeiterschutz und sichere Montage müssen Sie vor allem folgenden Schraubverbindungen an E-Autos Beachtung schenken:

  1. A. Hochvolt-Steckverbinder für die Stromübertragung in E-Autos
  2. B. Hochvolt-Kabelbaum
  3. C. Module in den Batteriepacks
  4. D. Strom-Sammelschiene
  5. E. Abdeckung des Batteriepacks

 

  1. A. Hochvolt-Steckverbinder

Hochvolt-Steckverbinder für die Stromübertragung in Elektroautos arbeiten unter Strombelastungen von zum Teil mehreren Hundert Ampere. Sie unterliegen hohen Qualitäts- und Sicherungsanforderungen. Die gleichen Standards gelten für die Montage. Die präzise Umsetzung der vorgegebenen Schraubstrategie ist ebenso wichtig wie die 100-prozentige Nachverfolgbarkeit der Verschraubungen. Mit messwertgebergestützten Schraubwerkzeugen, die mit Drehmoment- und Drehwinkelsensoren ausgestattet sind, können Sie sicherstellen, dass die Verbindung mit den richtigen Schraubparametern angezogen wird.

  1. B. Hochvolt-Kabelbaum

Hochvolt-Kabelbäume verbinden Batteriepack, Wechselrichter und Motor miteinander. An diesen liegen hohe Spannungen an. Im Betrieb fließen große Ströme. Für die Sicherheit von Werker und Produkt sind messwertgebergestützte Schraubwerkzeuge mit isolierenden Adaptern sinnvoll, die das Risiko von gefährlichen Berührspannungen minimieren.

  1. C. Module in den Batteriepacks

Um sicherzustellen, dass die Module mit einer angemessenen Klemmkraft montiert werden, sind Mehrfachschrauber (oder „Multi-Spindler“) eine gute Lösung. Diese führen mehrere Schraubspindeln gleichzeitig an alle Schraubstellen. Dadurch kann die Montage im Endanzug synchron auf das definierte Drehmoment erfolgen, womit Setzerscheinungen vermieden werden.

  1. D. Strom-Sammelschiene

Innerhalb des Batteriepacks müssen viele Module und Zellen miteinander verbunden werden. Für Kabel reicht der Platz nicht aus, so dass Kupfer-Sammelschienen für Elektroautos, speziell für die Batteriepacks, als Lösung eingesetzt werden. Diese Sammelschienen müssen prozesssicher verschraubt werden, um ihre Sicherheit und Zuverlässigkeit im Betrieb zu garantieren. Messwertgebergestützte Schraubwerkzeuge mit isolierendem Adapter sind für diese Schraubstellen geeignet.

  1. E. Abdeckung des Batteriepacks

Die Aluminiumhülle des Batteriepacks wird normalerweise von Dutzenden Schrauben zwischen oberer Abdeckung und unterer Hülle zusammengehalten. Die komplette Abdeckung muss wasserdicht verschlossen sein. Die Schrauben müssen in einer bestimmten Reihenfolge angezogen werden – oder synchron. Die Fertigung kann hier entweder auf ein Mehrfach-Schraubsystem mit Schraubenzuführung zurückgreifen oder eine Positionierhilfe nutzen, die dem Mitarbeiter die Anzugsreihenfolge vorgibt. Auch bei dieser Lösung erhöht die Möglichkeit, Schrauben zuzuschießen, die Taktgeschwindigkeit.

 

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