Hybrid- und Elektrofahrzeuge benötigen technologisch hochentwickelte und effiziente Energiespeichersysteme. Eine Schlüsseltechnologie sind dabei leistungsfähige Zellkontaktierungssysteme (ZKS), die einzelne Lithium-Ionen-Batteriezellen auf einem Kunststoff-Trägerboard zusammenfassen, diese über Zellverbinder verschalten und die einzelnen Module zu einem Gesamtsystem vereinen.

Spezialklebstoffe für die Elektromobilität: die Kontaktierung eines ZKS mit blauem Vitralit-UV-Klebstoff.

Spezialklebstoffe für die Elektromobilität: die Kontaktierung eines ZKS mit blauem Vitralit-UV-Klebstoff. Panacol

Da die Batterien im Elektroauto bis in den Hochvoltbereich reichen, sind hunderte Lithium-Ionen-Akkus zu kontaktieren und müssen dabei höchste Anforderungen hinsichtlich Leistung, Langlebigkeit und Sicherheit erfüllen. Dazu kommen unterschiedlichste Verbindungselemente zum Einsatz, die höchste Ansprüche erfüllen müssen: einerseits ist eine möglichst verlustfreie Stromübertragung zwischen den Verbindungselementen notwendig, andererseits muss die Verbindung flexibel genug sein, um thermische Ausdehnungseffekte von verschiedenen Werkstoffen innerhalb der Verbindungselemente auszugleichen.

Herausfordernde Verbindungen

Die Liste der technischen Herausforderungen ist umfangreich: Speziell bei der Verbindung der Kontaktelemente kommt es darauf an, eine sichere Verbindung herzustellen. Eine gängige Methode ist das Laserverschweißen der Elemente auf die Trägerplatte. Doch genau hier, beim Verschweißen von Kupferbahnen und -litzen sowie Flexleitern, entstehen korrosive Angriffsflächen. Um diese Schweißstellen vor Korrosion zu schützen, hat Panacol spezielle UV-Klebstoffe mit niedrigem Ionengehalt entwickelt, die nicht nur vor Korrosion schützen, sondern gleichzeitig mechanischen Halt bieten und thermische Ausdehnungen der unterschiedlichen Materialien kompensieren.

Speziell entwickelte UV-Glob Tops, UV-Beschichtungen und Coatings bieten flexible Lösungen für die verschiedensten ZKS-Layouts und -Geometrien. So lassen sich beispielsweise rein lichthärtende UV-Klebstoffe einsetzen, um die Schweißstellenkontaktierung direkt abzudichten und gegen Umwelteinflüsse zu schützen. In Sekundenschnelle wird der flüssig aufgetragene Klebstoff mittels UV-Licht mit passender Wellenlänge und Intensität ausgehärtet und bietet sofort nach der Bestrahlung eine hohe Haftung und Formstabilität. Unschönes Verfließen durch Ofen- oder Raumtemperaturhärtung entfallen.

Die Trägerplatte lässt sich sofort weiterverarbeiten und eine Einlagerung entfällt. Dies spart Zeit und Kosten bei der Produktion der Batteriesysteme. Zudem entfällt eine thermische Belastung der Batteriemodule durch die Erhitzung im Ofen. Der Klebstoff schützt die Schweißstelle außerdem vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und bietet optimalen Schutz auch bei Vibrations- und Schockbelastung bei Temperaturen bis 120 °C und mehr. Alle UV-Klebstoffe von Panacol lassen sich hinsichtlich der Viskosität, Farbe, Fluoreszenz und Flexibilität stufenlos an Substrate und Dosierprozesse anpassen.

UV-Acrylate und Epoxidharze

UV-Klebstoffe schützen Schweißstellen zuverlässig gegen Feuchtigkeit und Klimaeinflüsse.

UV-Klebstoffe schützen Schweißstellen zuverlässig gegen Feuchtigkeit und Klimaeinflüsse. Panacol

Für die Anbindung und Abdichtung von Schweißstellen auf Zellkontaktiersystemen mit möglichen Schattenbereichen hat Panacol spezielle UV-Acrylate entwickelt, die zusätzlich feuchtenachvernetzend sind. Hier wird ein Großteil des Klebstoffs mit UV-Licht ausgehärtet und in seiner Struktur polymerisiert. Unausgehärtete Restmonomere im Schattenbereich vernetzen sich nachträglich durch Luftfeuchtigkeit und härten so vollständig aus. So wird der Klebstoff auch hier ohne zusätzliches Vernetzen im Ofen vollständig ausgehärtet und die Trägerplatte komplett von unerwünschtem Wärmeeintrag geschützt.

In vielen Zellkontaktiersystemen ist die Steuerungselektronik bereits integriert: Auf diese Weise erfolgt eine permanente Überwachung des Ladestands sowie der Wärmeentwicklung im Batteriepack. Hier kommen thermisch leitfähige Epoxidharze zum Einsatz. Diese Wärmeleitklebstoffe dienen zur Verklebung und gleichzeitigen thermischen Kontaktierung oder Wärmeableitung von Bauteilen, aber auch zur Verklebung elektromagnetischer Abschirmgehäuse. Die Elecolit-Leitklebstoffe von Panacol lassen sich einfach auftragen und härten dank aktueller Härtersysteme zum Teil innerhalb von wenigen Minuten komplett aus und ermöglichen so ebenfalls kurze Taktzeiten.

Klebstoffe für Ladestationen

Auch Ladestationen und Ladegeräte von E-Autos kommen nicht ohne Klebstoffe aus: Auf den Ladeplatinen sind Kondensatoren, Spannungsregler und Widerstände schock- und vibrationsbeständig zu befestigen. Durch zusätzliche Conformal Coatings lassen sich diese Bauteile vor Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und anderen Klimaeinflüssen sicher schützen. Dasselbe gilt für den Steckerverguss in den Ladekabeln: Durch Pin Sealing ist es möglich, die sensiblen Kontakte zu schützen und ein effizientes und schnelles Aufladen der Batterien dauerhaft zu gewährleisten. Kleb- und Dichtstoffe sowie Vergussmassen sind für diese Aufgaben hervorragend geeignet.

Die Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber der Umgebung wird durch viele Faktoren beeinflusst. So sind in einigen Fällen harte, resistente Epoxidharze gefragt, in anderen wird eine eher flexible, spannungsarme Verbindung bevorzugt. Bei der Auswahl der richtigen Verguss- oder Verbindungsmasse tragen neben der Umgebung noch weitere Faktoren, wie Substrate, Oberflächengegebenheiten oder Wärmeausdehnungskoeffizienten eine entscheidende Rolle. Auch die Prozessauswahl kann maßgeblich zur Produktempfehlung beitragen. So ermöglichen vor allem UV-härtende Produkte ein besonders effizientes und schnelles Klebeverfahren. Für Klebeanwendungen mit Schattenzonen, die nicht für Licht erreichbar sind, eignen sich die dual-härtenden Produkte für eine sichere Aushärtung.

Fazit

Elektromobilität ist die Zukunft der Fortbewegung. Klebstoffe haben diesen Bereich durch speziell angepasste Eigenschaften sowie kurze Taktzeiten maßgeblich beeinflusst. Durch stetige Neu- und Weiterentwicklung schaffen sie auch in Zukunft wesentlich schnellere und effizientere Produktionsabläufe in der Automobilindustrie. Panacol bietet für diese Entwicklung die passenden, innovativen Spezialklebstoffe.