Study on manufacturing challenges involved in EV battery welding

Abstract

A battery pack of an electric vehicle can consist of thousands of battery cells, which are also assemblies themselves. Ways to connect all of these highly varying components are required.

This bachelor’s thesis aims to gather all the different challenges that complicate the welding processes during the manufacturing of the battery pack. With the challenges in consideration, suitable welding processes are be suggested for different components that are to be welded.

Many challenges are found, ranging from difficulty of reaching the location of the joint to microscopic damage done to the work material caused by the welding process. Some challenges are more specific to certain processes, like reflection in laser beam welding, heat input in fusion welding and joint type in friction stir welding.

Major challenges are worked around by simply not using the processes most influenced by them, but optimizing the weld to the greatest is still something that is researched, like welding dissimilar materials and minimizing changes done to the microstructure of the components. Research done in electric vehicle area and the rest of the battery technology support each other, as the basic principle between these energy storages is the same.

Sähköauton akkupaketti voi koostua tuhansista paristoista, joista jokainen on itsessään jo osakokonaisuus. Tapoja näiden kaikkien suuresti eroavien osien yhdistämiseksi tarvitaan.

Tämä kandidaatintyön tarkoituksena on koota eri haasteet, jotka monimutkaistavat hitsausprosesseja akkupakettien valmistamisessa. Nämä haasteet huomioiden, soveltuvia hitsausprosesseja ehdotetaan erilaisten kiinnitettävien komponenttien yhdistämiseksi.

Haasteita löytyy paljon, vaikeuksista kiinnityskohdan luokse päästävyydestä hitsauksesta johtuvaan mikroskooppiseen vahinkoon työstettävässä materiaalissa. Osa haasteista keskittyy enemmän tiettyihin prosesseihin, kuten heijastus laserhitsaukseen, lämmöntuonti fuusiohitsaukseen ja liitostyyppi FSW kitkahitsaukseen.

Suuremmat haasteet vältetään yksinkertaisesti käyttämättä prosesseja, joihin haasteet vaikuttavat eniten, mutta hienosäädön saavuttamiseksi tehdään tutkimusta, esimerkiksi eri ominaisuuksien omaavien materiaalien hitsaus ja osien mikrorakenteen muutosten minimointi. Tutkimus sähköautojen akkuihin ja muuhun akkuteknologiaan tukevat toisiaan, sillä perusperiaate näissä energiavarastoissa on sama.