Laserfokus ska ge effektiva och säkra batteripack

Vid tillverkning av batteripack krävs högprecisionssammanfogning för att säkerställa god elektrisk kontakt, mekanisk hållfasthet och minimal elektrisk resistans i svetsfogen. En dåligt utförd svets kan leda till ökad värmeutveckling, energiförlust och i värsta fall säkerhetsrisker som kortslutning eller explosion. En skandinavisk forskargrupp arbetar nu för att öka kunskapen om hur en optimal sammanfogning ser ut. 

– Vi tittar på kemin inuti battericeller och vad som händer med den när batterimoduler svetsas ihop till större batteripack. Vi undersöker laddning och urladdning och har på det sättet möjlighet att se hur pass effektiva batteripacken blir med en speciell kemi och en viss typ av lasersvets med särskilda laserprocessparametrar, berättar Kent Salomonsson, professor i maskinteknik vid Högskolan i Skövde och projektledare för LaserBatman.

Samarbete mellan Sverige och Danmark

Projektet som startades för drygt två år sedan vid Högskolan i Skövde har ett namn som osökt för tankarna till en viss superhjälte, men Batman står i det här fallet för battery manufacturing och hela projektnamnet, LaserBatman fungerar som en förenkling av ”Multi-scale simulation of laser welding for optimal battery pack manufacturing”. LaserBatman drivs tillsammans med Danmarks tekniske universitet (DTU) och tre industripartners i Danmark och Sverige.

Den svenska gruppen vid Högskolan i Skövde är uppdelad i tre grundinriktningar – virtuell processmodellering, datadriven analys och experimentell validering. Gruppen består även av fem olika ”labs”; machining lab, materials lab, computational lab, power electronics lab och joining lab där det finns högteknologisk utrustning.

En av doktoranderna som ingår i LaserBatman-projektet, Amena Darwish, arbetar med så kallad inverterad AI för att prediktera optimala processparametrar vid lasersvetsning, vilket minimerar risken för överhettning och explosion. Doktoranden Bhawna Shukla studerar svetsen på mikroskala för att se hur den kan optimeras och hur elektriska resistansen i svetsfogen kan minimeras. Danska doktoranden Akash Meena undersöker materialens smältförlopp under lasersvetsningen.

”En bra bit på vägen”

På grund av den höga säkerhetsrisken jobbar forskarna med svetsning av attrapper och experimentuppställningar som imiterar verkliga battericeller. Projektets mål är därmed lite av en utopi, poängterar Kent Salomonsson, då man strävar efter att kunna validera fullständiga, kompletta batteripack. Det mer realistiska målet är att utveckla en demonstrator där det går att sätta upp en modell av en tänkt batterikemi och batterikonfiguration, och potentiellt använda det som mål vid produktion av riktiga batterier.

– Med hjälp av vår danska industripartner har vi utvecklat en app där man kan se hur en viss konfiguration ser ut rent kemiskt och sedan välja vilken typ av lasersvets som ska användas. Utifrån detta får man ut effektiviteten för olika typer av temperaturnivåer, laddnings- och urladdningsprocesser. I praktiken kan man få prediktera livslängden hos battericellerna och hos batteripacken. Där har vi kommit en bra bit på vägen faktiskt, konstaterar Kent Salomonsson.

Om projektet

Multi-scale simulation of laser welding for optimal battery pack manufacturing (LaserBatman), startades maj 2022 och pågår fram till maj 2025.

Projektet finansieras av EU-nätverket M-ERA.NET 3, Innovationsfonden Danmark och Verket för innovationssystem, Vinnova.

Läs mer om projektet här.