Prečo sa laserové zváranie stalo nepostrádateľnou možnosťou pri výrobe napájacích batérií?

V dnešnom rýchlo sa rozvíjajúcom priemysle nových energetických vozidiel bezpečnosť, dojazd a konzistencia napájacích batérií priamo určujú základnú konkurencieschopnosť celého vozidla. Technológia laserového zvárania so svojimi jedinečnými výhodami mikrónového-presného riadenia, vysokou{2}}účinnosťou spracovania a nízkym tepelným dopadom sa stala nepostrádateľným „zlatým procesom“ vo výrobe napájacích batérií – od tesnenia plášťa po pripojenie elektródy, od integrácie modulu až po zváranie bezpečnostných komponentov, prechádza celým výrobným procesom batérie a ticho zabezpečuje stabilitu a spoľahlivosť každej batérie.

Laserové zváranie nie je len „vysoko{0}}teplotná fúzia“, ale pokročilý proces, ktorý umožňuje rýchle roztavenie a pevné spojenie materiálov prostredníctvom presného zaostrenia laserového lúča s vysokou-energiou-hustotou. Jeho význam vo výrobe napájacích batérií pramení z troch hlavných výhod:

1. Presné prispôsobenie požiadavkám na ultra-tenký materiál

Kryty a kryty napájacích batérií väčšinou používajú 0,6-0,8 mm plechy z hliníkovej zliatiny (čo predstavuje viac ako 90 %) a tradičné oblúkové zváranie ľahko vedie k deformácii, prieniku alebo zvyškovému napätiu. Laserové body možno stlačiť na mikrónovú úroveň koncentrovanou a ovládateľnou energiou, čo umožňuje utesnené zváranie ultra-tenkých materiálov bez poškodenia vnútornej štruktúry. Zvarový šev má vysoký pomer-k šírke a vynikajúcu konzistenciu.

2. Prekonanie výziev zvárania vysoko reflexných materiálov

Elektródy batérií a spojovacie dosky často obsahujú vysoko reflexné materiály, ako je meď a hliník (meď má laserovú odrazivosť viac ako 90 % a hliník dosahuje 92 %), čo sťažuje efektívne tavenie pri bežných zváracích technikách. Laserové zváranie môže prostredníctvom optimalizácie tvaru vlny a nastavenia uhla dosiahnuť spoľahlivé spojenie rôznych kovov, ako je meď-hliník a hliník{4}}nikel, a dokonca dokáže zvárať galvanicky pokovovaný nikel s meďou, čím sa dokonale zhodujú s materiálovými požiadavkami na dráhu prúdu batérie.

3. Automatizácia a bez{1}}kontaktné výhody

Bez{0}}režim bezkontaktného zvárania dokáže flexibilne zvládnuť zložitú trojrozmernú štruktúru batériových modulov, čo umožňuje zváranie so zložitými trajektóriami, ako sú tvary S- a špirálové tvary. Výťažok automatizácie sa v porovnaní s tradičnými procesmi zlepšil o viac ako 30 %. Súčasne proces zvárania nezahŕňa žiadny fyzický kontakt, čím sa predchádza mechanickému poškodeniu presných komponentov a spĺňa požiadavky veľkosériovej-výroby.

Hlavným princípom laserového zvárania je prispôsobiť sa rôznym požiadavkám na zváranie riadením parametrov, ako je energia lasera, poloha zaostrenia a rýchlosť zvárania. Na základe charakteristík procesu sa delí hlavne do nasledujúcich kategórií:

1. Metódou prenosu energie: Zváranie tepelným vedením verzus zváranie hlbokou penetráciou

• Tepelne vodivé zváranie: Laserová energia pôsobí iba na povrch materiálu, čo spôsobuje roztavenie a stuhnutie povrchovej vrstvy vedením tepla. Je vhodný na zváranie tenkých materiálov (zvyčajne<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Hlboké penetračné zváranie: Vysokovýkonné laserové zaostrovanie okamžite vytvorí „kľúčovú dierku“, vďaka čomu teplo rýchlo prenikne do materiálu. Ponúka vysokú rýchlosť zvárania a malú tepelne-ovplyvnenú zónu, čo umožňuje súčasné zváranie viacerých vrstiev materiálu. Je to hlavná voľba pre aplikácie, ako je utesnenie krytu napájacej batérie a pripojenie modulu. Hlavný rozdiel medzi nimi spočíva v hustote výkonu lasera – keď hustota výkonu dosiahne kritickú hodnotu, režim zvárania sa zmení z zvárania tepelným vedením na zváranie s hlbokým prienikom. Špecifickú kritickú hodnotu je potrebné upraviť podľa typu materiálu.

2. Formou zvárania: Penetračné zváranie vs. švové zváranie

• Penetračné zváranie: Spojovací kus nevyžaduje dierovanie, čo zjednodušuje spracovanie, vyžaduje si však vysokovýkonný laser{0}, čo má za následok nižšiu hĺbku prieniku a relatívne nižšiu spoľahlivosť.

• Švové zváranie: Spojovací kus vyžaduje vopred-vyhradenú medzeru. Laserová energia dosahuje fúziu cez medzeru, čo si vyžaduje iba zariadenie s nízkou spotrebou energie, čo vedie k väčšej hĺbke prieniku a vyššej spoľahlivosti, ale technológia spracovania je zložitejšia.

3. Podľa režimu výstupu lasera: Pulzné zváranie vs. kontinuálne zváranie

• Pulzné zváranie: Laser vydáva energiu v impulzoch, pričom energiu okamžite koncentruje, vďaka čomu je vhodný na zváranie materiálov náchylných na pórovitosť a praskanie, ako sú hliníkové zliatiny. Výberom tvarov vĺn, ako sú špičkové vlny a dvojité{1}}vrcholové vlny, je možné znížiť defekty – napríklad postupný pokles časti s dvojitým-vrcholom môže predĺžiť čas ochladzovania roztaveného bazéna, čím sa účinne potláča tvorba pórov;

• Nepretržité zváranie: Laser nepretržite vydáva energiu, čo vedie k stabilnému procesu zahrievania, hladkému povrchu zvaru bez rozstreku a bez prasklín alebo priehlbín. Je vhodný najmä na zváranie hliníkových zliatin. Vyžaduje si to však extrémne vysokú presnosť pri montáži obrobku (malá veľkosť miesta, odchýlka musí byť<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Požiadavky na zváranie rôznych komponentov napájacích batérií sa značne líšia a procesy laserového zvárania je potrebné prispôsobiť podľa konkrétnych aplikačných scenárov:

1. Zváranie ventilov s ochranou proti výbuchu{1}

Ventil proti výbuchu- je kanál na uvoľnenie tlaku, keď sa batéria prehrieva. Vyžaduje utesnený zvar na hliníkovom plechu s priemerom 8 mm, aby odolal tlaku pri roztrhnutí 0,4-0,7 MPa. Použitie kontinuálneho laserového zvárania namiesto pulzného zvárania zlepšuje integritu zvarového tesnenia o 50 %, úplne eliminuje riziko úniku elektrolytu a poskytuje prvú líniu obrany pre bezpečnosť batérie.

2. Tesnenie krytu a krycej dosky

Ako "ochrana vonkajšieho obalu" batérie, zváranie krytu a krycej dosky priamo ovplyvňuje vzduchotesnosť. Existujú dva hlavné procesy:
• Bočné zváranie: Je menej pravdepodobné, že sa rozstreky zo zvárania dostanú do vnútra článku batérie, ale vyžadujú si extrémne vysokú čistotu materiálu a stabilitu lasera;
• Vrchné zváranie: Vysoká efektívnosť hromadnej výroby a jednoduchá integrácia zariadenia, ale vyžaduje prísnu kontrolu kontaminácie rozstrekom.

3. Koncové zváranie

Kladné (hliníkové) a záporné (medené) koncovky musia vydržať pevnosť v ťahu väčšiu alebo rovnú 500 MPa a nesmú mať defekty „prefúknuté“. Pretože dosadacia plocha koncovky (približne 6 mm v priemere) je náchylná na zvyškový olej a nečistoty, skutočná výroba si vyžaduje „pred-čistenie plazmou pred zváraním + riadenie gradientu výkonu“, aby sa zabezpečili bezchybné{5}}zvary a stabilné vedenie prúdu.

4. Zváranie konektorov

Konektory sú zodpovedné za pripojenie batériových článkov do série/paralelne a často zahŕňajú zváranie rôznych materiálov, ako je meď a hliník, ktoré môžu ľahko vytvárať krehké intermetalické zlúčeniny, čo vedie k zníženej vodivosti. Prostredníctvom laserového-ultrazvukového kompozitného procesu je možné potlačiť tvorbu týchto zlúčenín, čím sa zlepší mechanická pevnosť a vodivosť zvarového spoja.

5. 4680 Zváranie veľkých cylindrických batérii

Úplná štruktúra jazýčkov veľkej valcovej batérie 4680 zväčšuje zváraciu plochu 5-krát, ale skladanie jazýčkov môže ľahko viesť k nesprávnemu nastaveniu a skratu. Použitím technológie tvarovania lúča (ako sú prstencové lúčové body) možno dosiahnuť viac{3}}tabové simultánne zváranie, čím sa zníži tepelný príkon o 40 %, čím sa zabezpečí spoľahlivosť pripojenia a zároveň sa zabráni poškodeniu vnútornej štruktúry batérie.

6. ZBAĽTE Zváranie modulu

Keď hrúbka medených/hliníkových spojovacích plôšok dosiahne 2 mm, na penetračné zváranie sú potrebné vysoko-vláknové lasery s výkonom 6 kW alebo viac. Investícia do zváracieho zariadenia pre jednu výrobnú kapacitu GWh je približne 10 – 30 miliónov RMB, čo je jedna z hlavných investícií do zariadenia vo fáze integrácie modulu, ktorá priamo ovplyvňuje stabilitu pripojenia a účinnosť odvádzania tepla modulu.

Portál založený na ACEY-galvanometri{1}}LWMvláknový laserový zvárací strojintegruje vysokovýkonný-vláknový laserový zdroj s naším patentovaným dizajnom, ktorý poskytuje výnimočnú tuhosť a prevádzkovú stabilitu. Jeho presný-mechanizmus vodiacej koľajnice, poháňaný citlivými servomotormi, zaisťuje presný výkon pri vysokej-rýchlosti. Toto zariadenie je špeciálne navrhnuté pre aplikácie prizmatického a mäkkého{5}}balenia lítiových batériových modulov.

Ako sa výkonové batérie vyvíjajú smerom k vyššej hustote energie a dlhšej životnosti cyklu, technológia laserového zvárania sa tiež neustále opakuje:

1. Inteligentné monitorovanie a ovládanie-uzavretej slučky

V budúcnosti budú rozšírené systémy „vizualizácie zváracieho procesu-v reálnom čase“. Pomocou vysokorýchlostných kamier, spektrálnej analýzy a ďalších technológií sa online zistia chyby, ako sú póry, neúplné fúzie a praskliny, a parametre zvárania sa automaticky upravia tak, aby sa dosiahol úplný uzavretý proces optimalizácie „detekcie - spätnej väzby -, čím sa ďalej zlepší výťažnosť a konzistencia.

2. Prispôsobenie na zváranie-polovodičovej batérie

Elektrolyt sulfidových batérií v tuhom stave-je citlivý na teplo-a tepelné účinky tradičného laserového zvárania môžu viesť k zníženiu výkonu. Pikosekundové lasery s ultrakrátkym pulzom (teplotne-ovplyvnená zóna < 10 μm) sa stali predmetom výskumu, ktorý umožňuje presné spojenie a zároveň maximalizuje ochranu stability elektrolytu.

3. Viac{1}}procesová integrácia a inovácia

Procesy kompozitného zvárania, ako je laserové{0}}ultrazvukové a laserové{1}}oblúkové zváranie, sa budú ďalej podporovať. Tieto procesy využívajú výhody presnosti laserového zvárania a zároveň využívajú iné procesy na kompenzáciu nedostatkov jedinej technológie, pričom sa prispôsobujú potrebám zvárania rôznych materiálov a zložitých štruktúr.

Laserové zváranie napájacích batérií sa môže zdať ako „miestny proces“, ale v skutočnosti ovplyvňuje celkovú bezpečnosť batérie, dojazd a cenu – precízny zvar môže znížiť riziko úniku elektrolytu; efektívne zváranie môže zlepšiť efektívnosť hromadnej výroby; a inovatívne riešenie sa dokáže prispôsobiť konštrukciám batérií s vyššou energetickou hustotou. V dnešnom stále viac konkurenčnom priemysle nových energetických vozidiel rozdiely v detailoch procesov často určujú základnú konkurencieschopnosť produktu. Neustála iterácia technológie laserového zvárania predstavuje nielen zlepšenie úrovne výroby napájacích batérií, ale odráža aj snahu nového energetického priemyslu o rozvoj vysokej-kvality.

V budúcnosti, s neustálymi prelommi v inteligentných, lokalizovaných a kompozitných technológiách, bude laserové zváranie naďalej posilňovať priemysel napájacích batérií a poskytovať silnejšiu technologickú podporu pre bezpečnú-jazdu na dlhý dojazd s novými energetickými vozidlami.