Einsatz von KoCoS Mikroohmmetern zur Optimierung von elektrischen Verbindungen
14. Februar 2024, - Resistance measurement
In unserem neuesten Blog geben wir spannende Einblicke in die Anwendung unseres Mikroohmmeters PROMET R600 bei der renommierten Firma TRUMPF Laser-und Systemtechnik GmbH. Lesen Sie, wie unser Mikroohmmeter dazu beiträgt, elektrische Verluste zu minimieren und somit auch für größere Reichweiten von Elektrofahrzeugen sorgt.
Die Anforderung: Reduzierung von Übergangswiderständen
In der E-Mobilität müssen Systeme und Komponenten vor allem eines sein: extrem effizient. Jeder Kilometer zählt und Fahrzeuge mit hoher Reichweite haben die Nase vorn. Oftmals haben selbst kleinste Bauteile großen Einfluss darauf –so wie Kupferkontakte. Diese sogenannten Busbars kommen häufig in Invertern zum Einsatz und leiten den Strom beispielsweise von der Batterie zum Antrieb. Meist werden sie miteinander verschraubt. Das reduziert allerdings die Leitfähigkeit: Über die Kontakte wird sehr viel Energie übertragen. Die kraftschlüssige Verbindung mittels einer Schraube führt zu einem hohen Kontaktwiderstand und damit zu Leistungsverlusten. Erschwerend kommt hinzu, dass Kupfer zwar sehr leitfähig ist, aber schnell oxidiert. Die Oxidschicht auf der Oberfläche sorgt an den Verbindungstellen zusätzlich für Energieverluste. Bei E-Fahrzeugen geht das auf die Reichweite, mindert die Leistung und verkürzt die Lebensdauer der Komponenten. Eine Reduzierung des Kontaktwiderstands bei Milliarden von Verbindungen in E-Fahrzeugen weltweit bietet hier ein enormes Einsparpotenzial.
(Abb.: Fa. TRUMPF)
Die Lösung: Strukturieren der Verbindungstelle mit Laser
Mit einem speziell entwickelten Laserverfahren trägt TRUMPF dem Rechnung. Mit seinen TruMicro7070 Lasern strukturiert das Ditzinger Unternehmen die Kupferbusbars vor dem Verschrauben an der Verbindungstelle. Der Laser entfernt zum einen eventuelle Verunreinigungen sowie die alte Oxidschicht und stellt zum anderen eine gezielte Oberflächentopografie ein. Die dabei entstehende, neue reine Oxidschicht schützt und konserviert den Zustand der Oberfläche langfristig. Beim Verschrauben führt die erzielte Struktur zu Mikroverformungen mit dem Resultat einer signifikanten Reduktion der elektrischen Verluste –auch über mehrere Verschraubungs-und Lösungszyklen hinweg.
Der Laser befreit die Kupferoberfläche von der alten Oxidschicht und sorgt durch die Strukturierung für eine bessere Leitfähigkeit an den verschraubten Stellen.
Der Beweis: Messung mit dem Mikroohmmeter PROMET R600
Die elektrische Leitfähigkeit kann durch Messung des Kontaktwiderstands ermittelt werden. Ein geringerer Widerstand im Kontakt führt zu geringeren elektrischen Verlusten im System und damit auch zu einer höheren Lebensdauer des Kontakts.
Für diese Messung nutzt TRUMPF unser hochgenaues Mikroohmmeter PROMET R600.
Das PROMET R600 ist ein Präzisionsmessgeräte zur Bestimmung von Widerständen im μΩ- bis mΩ-Bereich. Durch die Messung in Vierleitertechnik und der Ausgabe hoher Prüfströme bis 600 ADC erfüllt das Widerstandsmessgerät höchste Genauigkeitsanforderungen. Der Einsatz modernster Leistungselektronik und das robuste Design garantieren maximale Zuverlässigkeit für den stationären und mobilen Einsatz in Industrieumgebungen wie bei der Firma TRUMPF.
Die Bewertung der Kontakte erfolgt sowohl auf Basis der absoluten Messung des Kontaktwiderstands als auch durch die Messung des sogenannten Gütefaktors. Dabei wird der Widerstand im Kontakt mit dem Widerstand im homogenen Leiter verglichen.
Durch die Ausstattung der Systeme mit drei Spannungsmesseingängen können die Widersstände parallel an zwei Messstellen zur gleichen Zeit ermittelt und verglichen werden. Der Gütefaktor K ergibt sich dabei als das Verhältnis des Widerstands RCON der Verbindung über der Überlappungslänge lCON zum Widerstand RREF der Stromschiene gleicher Länge lREF.
Das Ergebnis lässt einen direkten Vergleich unterschiedlicher Qualitäten von elektrischen Übergängen zu.
Fazit
Mit Lasertechnik lassen sich Kupferkontakte schnell und effizient strukturieren. Das Ergebnis ist ein deutlich reduzierter Übergangswiderstand, der beim Verschrauben der beiden Metallbauteile aktiviert wird. Die KoCoS-Präzisionswiderstandsmessgeräte PROMET R300/R600 sind aufgrund ihrer Messung in Vierleitertechnik und der Fähigkeit, sowohl Strom als auch Spannung genau zu messen, ein ideales Werkzeug zur Charakterisierung solcher Verbindungen für einen hohen Strom und einen niederohmigen Widerstand.
Informationen zum Laser-Verfahren der Firma Trumpf finden Sie im Whitepaper „Laserstrukturieren von Kupferbusbars“ unter www.trumpf.com/de_DE/loesungen/branchen/automobil/e-mobility/laserschweissen-von-leistungselektronik/
Haben Sie Fragen oder Ergänzungen zur Widerstandsmessung oder zu unseren Messgeräten? Dann kontaktieren Sie uns über die Kommentarfunktion hier im Blog oder per Mail an info(at)kocos.com.
