Warum Batteriepacks eine zweite Dichtheitsprüfung benötigen

Elektrowerkzeuge, Roboter und Akkugeräte: Warum Batteriepacks eine zweite Dichtheitsprüfung benötigen

Ein Akku-Staubsauger, der sich aufbläht, bis er nicht mehr in seine Ladestation passt. Ein Akku für Elektrowerkzeuge, der innerhalb eines Jahres ein Drittel seiner Laufzeit einbüßt. Ein elektrischer Rasenmäher, der sich nicht mehr aufladen lässt. Ein elektronisches Spielzeug, aus dem Elektrolyt austritt, während ein Kind damit spielt. Für Hersteller von Elektrowerkzeugen, Akkugeräten, Gartengeräten und elektronischem Spielzeug sind das keine hypothetischen Risiken. Es sind die sichtbaren Symptome eines Problems, das Wochen zuvor am Montageband begann: mit einem Leck, das niemand rechtzeitig entdeckt hat.

Die in diesen Produkten verwendeten Batteriezellen werden bereits beim Zellhersteller auf Dichtheit geprüft. Jede Zelle, die an einer Packmontagelinie ankommt, hat die Prüfung also schon bestanden. Tritt dann im fertigen Produkt ein Leck auf, stellt sich zwangsläufig die Frage: Wie konnte aus einer "guten" Zelle eine fehlerhafte werden?

Die Antwort: Die Dichtheit einer Zelle ist nicht für immer gesichert, nur weil sie die erste Prüfung bestanden hat. Nach der Zellproduktion gelangen die Zellen zum Konsumgüterhersteller. Dort werden sie mit Stromschienen verschweißt und mit Schutzschaltung, Steckverbindern und weiterer Elektronik zum Batteriepack verbunden, das anschließend direkt in das Endprodukt eingebaut wird. Dieser Montageschritt kann, so sorgfältig er auch kontrolliert wird, ein Zellgehäuse beschädigen, das seine ursprüngliche Prüfung einwandfrei bestanden hat.

Die Folgen einer solchen Beschädigung sind nicht zu unterschätzen. Eine Zelle, die beim Endkunden Elektrolyt verliert, ist weit mehr als ein Qualitätsärgernis. Schon ein kleines, langsames Leck lässt Feuchtigkeit eindringen und Elektrolyt-Lösungsmittel entweichen. Das mindert die Kapazität, beschleunigt die Alterung und kann zu Aufblähen, zur Korrosion benachbarter Elektronik oder in schwereren Fällen zu einem internen Kurzschluss führen. Bei einem Konsumprodukt bedeutet dieses Risiko Rücksendungen, Garantieansprüche und Sicherheitsvorfälle im Feld, also genau die Schlagzeilen, die keine Marke für Akku-Staubsauger, Elektrowerkzeuge oder Spielzeug machen möchte. Ein Leck noch in der Linie zu finden, bevor das Pack im fertigen Gerät verbaut ist, ist deutlich günstiger und sicherer, als wenn erst der Kunde es entdeckt.

Ein neues Risiko, nachdem die Zellen die Prüfung bereits bestanden haben

Dasselbe Risiko besteht überall dort, wo zusätzliche elektronische Verbindungen wie Schutzschaltungsplatinen, Sensorleitungen oder Kabelbäume in das Pack integriert werden. Eine Zelle, die beim Verlassen der Zellproduktionslinie vollständig intakt war, kann genau in dem Moment undicht werden, in dem sie Teil eines Packs wird.

Da dieser Schaden erst nach der ursprünglichen Zellprüfung entsteht, bleibt er für jede frühere Prüfung im Prozess unsichtbar. Nur eine eigene Prüfung nach dem Schweißen und der Endmontage kann ihn aufdecken, bevor das Pack in seinem Gehäuse, unter der Schrumpffolie oder im Endprodukt selbst verschwindet und an den Kunden ausgeliefert wird.

Warum Standardmethoden auf Packebene an ihre Grenzen stoßen

Die Lösung: Elektrolyt-Lecksuche mit ELT Vmax

• Hohe Empfindlichkeit, auch in größeren Kammern. Mit einer Nachweisgrenze von bis zu 5 × 10⁻⁸ mbar·l/s findet der ELT Vmax Mikrolecks, die sonst unentdeckt blieben, selbst wenn das Prüfvolumen so vergrößert wird, dass statt einer einzelnen Zelle ein montiertes Pack oder mehrere Packs in eine Kammer passen.
• Kurze Zykluszeiten trotz größeren Prüfvolumens. Eine optimierte Signalverarbeitung hält die Messzeiten kurz: Zyklen von nur 7 bis 8 Sekunden sind möglich, und die Prüfung ist bis zu 30 % schneller als bei Systemen der vorherigen Generation. Mehrere parallel betriebene Kammern sorgen für hohen Durchsatz, auch wenn die geprüften Teile größer werden.
• Prüfen, bevor alles verschlossen ist, was auch immer "verschlossen" beim jeweiligen Produkt bedeutet. In Linien für Batteriepacks von Konsumgütern erfolgt die Elektrolyt-Dichtheitsprüfung typischerweise direkt nach dem Schweißen und Verdrahten, aber bevor das Pack aus dem Blickfeld verschwindet. Bei einem Elektrowerkzeug heißt das: bevor die Schrumpffolie aufgebracht wird und das Packgehäuse einrastet. Bei einem Gerät wie einem Saugroboter gibt es oft gar kein separates Packgehäuse; die Zellen werden direkt in das Gehäuse des Endprodukts eingebaut. In beiden Fällen ist dies der letzte praktikable Punkt, an dem eine undichte Zelle noch identifiziert und nachgearbeitet werden kann, statt sie später in einem versiegelten Produkt zu entdecken, das nie wieder geöffnet werden sollte.

Das Leck finden, nicht nur bestätigen

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