Zakaj je lasersko varjenje postalo nepogrešljiva možnost pri proizvodnji električnih baterij?

V današnji hitro razvijajoči se industriji novih energetskih vozil varnost, doseg in doslednost električnih baterij neposredno določajo osrednjo konkurenčnost celotnega vozila. Tehnologija laserskega varjenja s svojimi edinstvenimi prednostmi nadzora mikronske -natančnosti, visoko-učinkovitih zmogljivosti obdelave in nizkega vpliva toplote je postala nepogrešljiv »zlati proces« pri proizvodnji električnih baterij – od tesnjenja ohišja do povezave elektrod, od integracije modula do varjenja varnostnih komponent, teče skozi celoten proizvodni proces baterije in tiho varuje stabilnost in zanesljivost vsake moči baterijo.

Lasersko varjenje ni le »visoko-temperaturno zlivanje,« ampak napreden postopek, ki doseže hitro taljenje in močno povezavo materialov z natančnim fokusiranjem laserskega žarka z visoko-energijsko-gostoto. Njegov pomen v proizvodnji električnih baterij izhaja iz treh glavnih prednosti:

1. Natančna prilagoditev zahtevam glede ultra-tankega materiala

Za ohišja in pokrove baterij so večinoma uporabljene plošče iz aluminijeve zlitine debeline 0,6-0,8 mm (kar predstavlja več kot 90 %), tradicionalno obločno varjenje pa zlahka povzroči deformacijo, preboj ali preostalo napetost. Laserske pike je mogoče stisniti na mikronsko raven s koncentrirano in nadzorovano energijo, kar omogoča tesno varjenje ultra-tankih materialov brez poškodb notranje strukture. Varjeni šiv ima visoko razmerje med globino-in širino in odlično konsistenco.

2. Premagovanje izzivov varjenja visokoodbojnih materialov

Baterijske elektrode in povezovalne plošče pogosto vključujejo visoko odbojne materiale, kot sta baker in aluminij (baker ima lasersko odbojnost več kot 90 %, aluminij pa doseže 92 %), zaradi česar je učinkovito zlitje težko pri običajnih tehnikah varjenja. Lasersko varjenje z optimizacijo valovne oblike in prilagoditvijo kota lahko doseže zanesljivo povezavo različnih kovin, kot sta baker-aluminij in aluminij-nikelj, in lahko celo zvari galvaniziran nikelj na baker, kar popolnoma ustreza materialnim zahtevam tokovne poti baterije.

3. Prednosti avtomatizacije in-brezkontaktnosti

Način brez{0}}kontaktnega varjenja lahko prilagodljivo obravnava zapleteno-dimenzionalno strukturo baterijskih modulov, kar omogoča varjenje po zapletenih tirnicah, kot so oblike S- in spiralne oblike. Izkoristek avtomatizacije je izboljšan za več kot 30 % v primerjavi s tradicionalnimi postopki. Hkrati postopek varjenja ne vključuje fizičnega stika, s čimer se izognemo mehanskim poškodbam natančnih komponent in izpolnjujemo zahteve velike-serijske proizvodnje.

Osnovno načelo laserskega varjenja je prilagajanje različnim varilnim zahtevam z nadzorom parametrov, kot so laserska energija, položaj fokusa in hitrost varjenja. Glede na značilnosti postopka je v glavnem razdeljen na naslednje kategorije:

1. Po metodi prenosa energije: varjenje s toplotno prevodnostjo proti varjenju z globokim prebojem

• Varjenje s toplotno prevodnostjo: Laserska energija deluje samo na površino materiala, zaradi česar se površinska plast zaradi toplotne prevodnosti tali in strdi. Primeren je za varjenje tankih materialov (običajno<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Varjenje z globokim prebojem: visoko{0}}zmogljivo lasersko ostrenje takoj oblikuje "ključavnico", kar omogoča, da toplota hitro prodre v material. Ponuja visoko hitrost varjenja in majhno temperaturno-območje, kar omogoča sočasno varjenje več plasti materiala. Je glavna izbira za aplikacije, kot je tesnjenje ohišja akumulatorja in povezava modulov. Glavna razlika med obema je v gostoti moči laserja – ko gostota moči doseže kritično vrednost, se način varjenja spremeni iz varjenja s toplotno prevodnostjo v varjenje z globokim prebojem. Posebno kritično vrednost je treba prilagoditi glede na vrsto materiala.

2. Po obliki varjenja: prebojno varjenje vs. šivno varjenje

• Prebojno varjenje: povezovalni kos ne zahteva prebijanja, zaradi česar je obdelava preprosta, vendar zahteva visoko{0}}zmogljiv laser, kar ima za posledico nižjo globino preboja in relativno manjšo zanesljivost.

• Varjenje šivov: povezovalni kos zahteva vnaprej-rezervirano vrzel. Laserska energija doseže fuzijo skozi režo, pri čemer je potrebna le-oprema nizke moči, kar povzroči večjo globino prodiranja in večjo zanesljivost, vendar je tehnologija obdelave bolj zapletena.

3. Po načinu laserskega izhoda: impulzno varjenje v primerjavi z neprekinjenim varjenjem

• Impulzno varjenje: Laser oddaja energijo v pulzih, pri čemer se energija koncentrira v trenutku, zaradi česar je primeren za varjenje materialov, ki so nagnjeni k poroznosti in razpokam, kot so aluminijeve zlitine. Z izbiro valovnih oblik, kot so vršni valovi in ​​valovi z dvojno-vrhovino, je mogoče zmanjšati napake – na primer, del postopnega zmanjševanja vala z dvojno-vrhunsko vrednostjo lahko podaljša čas ohlajanja bazena staline, kar učinkovito zavira nastajanje por;

• Neprekinjeno varjenje: Laser nenehno oddaja energijo, kar ima za posledico stabilen proces segrevanja, gladko površino zvara brez brizganja in brez razpok ali vdolbin. Posebej primeren je za varjenje aluminijevih zlitin. Vendar pa zahteva izjemno visoko natančnost pri sestavljanju obdelovanca (majhna velikost mesta, odstopanje je potrebno<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Varilne zahteve za različne komponente električnih baterij se zelo razlikujejo, postopke laserskega varjenja pa je treba prilagoditi glede na posebne scenarije uporabe:

1. Varjenje ventilov-za zaščito pred eksplozijami

Proti{0}}varni ventil je kanal za razbremenitev tlaka, ko se akumulator pregreje. Potreben je zatesnjen zvar na aluminijasti plošči s premerom 8 mm, da prenese porušitveni tlak 0,4–0,7 MPa. Uporaba neprekinjenega laserskega varjenja namesto impulznega varjenja izboljša celovitost zvara za 50 %, s čimer popolnoma odpravi tveganje uhajanja elektrolita in zagotavlja prvo obrambno linijo za varnost baterije.

2. Tesnjenje ohišja in pokrovne plošče

Varjenje ohišja in pokrovne plošče kot "zaščita zunanjega ovoja" baterije neposredno vpliva na zrakotesnost. Obstajata dva glavna postopka:
• Stransko varjenje: Manj verjetno je, da bodo brizganje pri varjenju prišle v notranjost baterijske celice, vendar zahteva izjemno visoko čistost materiala in lasersko stabilnost;
• Zgornje varjenje: visoka učinkovitost masovne proizvodnje in enostavna integracija opreme, vendar zahteva strog nadzor kontaminacije z brizganjem.

3. Varjenje sponk

Pozitivni (aluminij) in negativni (baker) terminali morajo prenesti natezno trdnost, ki je večja ali enaka 500 MPa in ne smejo imeti napak v obliki lukenj. Ker je spojna površina terminala (približno 6 mm v premeru) nagnjena k ostankom olja in nečistoč, dejanska proizvodnja zahteva "plazemsko čiščenje pred-varjem + nadzor gradienta moči", da zagotovi-zvare brez napak in stabilno prevajanje toka.

4. Varjenje konektorja

Konektorji so odgovorni za serijsko/vzporedno povezovanje baterijskih celic in pogosto vključujejo varjenje različnih materialov, kot sta baker in aluminij, ki zlahka ustvarijo krhke intermetalne spojine, kar povzroči zmanjšano prevodnost. Z laser-ultrazvočnim kompozitnim postopkom je mogoče preprečiti tvorbo teh spojin, s čimer se izboljša mehanska trdnost in prevodnost zvarjenega spoja.

5. 4680 Veliko cilindrično baterijsko varjenje s polnim jezičkom

Celotna struktura jezička velike cilindrične baterije 4680 poveča varilno površino za 5-krat, vendar lahko prepogibanje jezička zlahka povzroči neporavnanost in kratke stike. Z uporabo tehnologije oblikovanja snopa (kot so obročaste žarkovne točke) je mogoče doseči sočasno varjenje z več-jezički, kar zmanjša vnos toplote za 40 %, kar zagotavlja zanesljivost povezave, hkrati pa se izogne ​​poškodbam notranje strukture baterije.

6. Varjenje modula PACK

Ko debelina bakrenih/aluminijastih povezovalnih jezičkov doseže 2 mm, so za prebojno varjenje potrebni visoko{1}}zmogljivi optični laserji 6 kW ali več. Naložba v varilno opremo za posamezno proizvodno zmogljivost GWh znaša približno 10–30 milijonov RMB, kar je ena od osrednjih naložb v opremo v fazi integracije modula, ki neposredno vpliva na stabilnost povezave in učinkovitost odvajanja toplote modula.

Galvanometer ACEY-LWM-na osnovistroj za lasersko varjenje vlakenzdružuje visoko{0}}zmogljiv optični laserski vir z našo lastniško zasnovo, ki zagotavlja izjemno togost in stabilnost delovanja. Njegov natančen-mehanizem z vodenimi tirnicami, ki ga poganjajo odzivni servo motorji, zagotavlja natančno-hitrost. Ta oprema je zasnovana posebej za aplikacije sestavljanja prizmatičnih in mehkih-paketov litijevih baterijskih modulov.

Ko se napajalne baterije razvijajo v smeri višje energijske gostote in daljše življenjske dobe, se tudi tehnologija laserskega varjenja nenehno ponavlja:

1. Inteligentno spremljanje in nadzor -zaprte zanke

V prihodnosti bodo sistemi »-vizualizacije varilnega postopka v realnem času« postali razširjeni. Z visokohitrostnimi-kamerami, spektralno analizo in drugimi tehnologijami bodo napake, kot so pore, nepopolno zlitje in razpoke, zaznane na spletu, varilni parametri pa bodo samodejno prilagojeni, da se doseže popoln-zaključen proces "optimizacije zaznavanja - povratne informacije -", kar dodatno izboljša izkoristek in doslednost.

2. Prilagoditev polprevodni-baterijskemu varjenju

Elektrolit sulfidnih polprevodniških-baterij je občutljiv-na toploto in toplotni učinki tradicionalnega laserskega varjenja lahko povzročijo poslabšanje delovanja. Pikosekundni laserji z ultrakratkimi impulzi (območje toplotnega-vpliva < 10 μm) so postali žarišče raziskav, saj omogočajo natančne povezave in obenem maksimizirajo zaščito stabilnosti elektrolitov.

3. Integracija več-procesov in inovacije

Postopki kompozitnega varjenja, kot sta lasersko-ultrazvočno in lasersko{1}}obločno varjenje, se bodo še naprej spodbujali. Ti postopki izkoriščajo prednosti natančnosti laserskega varjenja, medtem ko uporabljajo druge postopke za kompenzacijo pomanjkljivosti ene same tehnologije in se prilagajajo potrebam varjenja bolj različnih materialov in zapletenih struktur.

Lasersko varjenje električnih baterij se morda zdi kot "lokalni postopek", vendar dejansko vpliva na celotno varnost baterije, doseg in ceno – natančen zvar lahko zmanjša tveganje za uhajanje elektrolita; učinkovito varjenje lahko izboljša učinkovitost množične proizvodnje; inovativna rešitev pa se lahko prilagodi baterijskim strukturam z višjo energijsko gostoto. V današnji vse bolj konkurenčni industriji novih energetskih vozil razlike v podrobnostih postopka pogosto določajo glavno konkurenčnost izdelka. Nenehno posodabljanje tehnologije laserskega varjenja ne predstavlja le izboljšave na ravni proizvodnje električnih baterij, ampak tudi odraža prizadevanje nove energetske industrije za razvoj visoke-kakovosti.

V prihodnosti bo z nenehnim prebojem v inteligentnih, lokaliziranih in kompozitnih tehnologijah lasersko varjenje še naprej opolnomočilo industrijo električnih baterij in zagotavljalo močnejšo tehnološko podporo za varno in-izkušnjo vožnje z novimi energetskimi vozili.