Proč se laserové svařování stalo nepostradatelnou možností při výrobě napájecích baterií?

V dnešním rychle se vyvíjejícím odvětví nových energetických vozidel bezpečnost, dojezd a konzistence napájecích baterií přímo určují základní konkurenceschopnost celého vozidla. Technologie laserového svařování se svými jedinečnými výhodami mikronového-přesného řízení, vysokou{2}}účinností zpracování a nízkým tepelným dopadem se stala nepostradatelným „zlatým procesem“ při výrobě napájecích baterií – od utěsnění pláště po připojení elektrod, od integrace modulu až po svařování bezpečnostních komponent, prochází celým procesem výroby baterie a tiše zajišťuje stabilitu a spolehlivost každé napájecí baterie.

Laserové svařování není jen „vysoko{0}}teplotní fúze“, ale pokročilý proces, který dosahuje rychlého roztavení a pevného spojení materiálů přesným zaostřením laserového paprsku s vysokou-energií-hustoty. Jeho význam ve výrobě napájecích baterií pramení ze tří hlavních výhod:

1. Přesné přizpůsobení požadavkům na ultra-tenký materiál

Kryty a kryty napájecích baterií většinou používají 0,6-0,8mm plechy z hliníkové slitiny (což představuje více než 90 %) a tradiční obloukové svařování snadno vede k deformaci, průniku nebo zbytkovému napětí. Laserové body lze komprimovat na mikronovou úroveň koncentrovanou a ovladatelnou energií, což umožňuje utěsněné svařování ultra-tenkých materiálů bez poškození vnitřní struktury. Svar má vysoký poměr-k šířce a vynikající konzistenci.

2. Překonání problémů se svařováním vysoce reflexních materiálů

Elektrody baterií a spojovací desky často obsahují vysoce reflexní materiály, jako je měď a hliník (měď má odrazivost laseru přes 90 % a hliník dosahuje 92 %), což ztěžuje efektivní fúzi běžnými svařovacími technikami. Laserové svařování může pomocí optimalizace tvaru vlny a nastavení úhlu dosáhnout spolehlivého spojení různých kovů, jako je měď-hliník a hliník-nikl, a dokonce může svařovat galvanicky pokovený nikl s mědí, což dokonale odpovídá požadavkům na materiál proudové cesty baterie.

3. Automatizace a bez{1}}kontaktní výhody

Bez{0}}dotykový režim svařování dokáže flexibilně zvládnout složitou trojrozměrnou{1}}strukturu bateriových modulů, což umožňuje svařování složitou trajektorií, jako jsou tvary S- a spirálové tvary. Výtěžnost automatizace se oproti tradičním procesům zlepšila o více než 30 %. Současně proces svařování nevyžaduje žádný fyzický kontakt, čímž se zabrání mechanickému poškození přesných součástí a splňuje požadavky velko-sériové výroby.

Základním principem laserového svařování je přizpůsobení se různým požadavkům na svařování řízením parametrů, jako je energie laseru, poloha zaostření a rychlost svařování. Na základě charakteristik procesu se dělí hlavně do následujících kategorií:

1. Metodou přenosu energie: Svařování vedením tepla vs. svařování hlubokým průvarem

• Svařování tepelným vedením: Laserová energie působí pouze na povrch materiálu a způsobuje tavení a tuhnutí povrchové vrstvy vedením tepla. Je vhodný pro svařování tenkých materiálů (obvykle<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Hluboké penetrační svařování: Vysoce výkonné laserové ostření okamžitě vytvoří „klíčovou dírku“, která umožňuje rychlé pronikání tepla do materiálu. Nabízí vysokou rychlost svařování a malou zónu ovlivněnou teplem-, což umožňuje současné svařování více vrstev materiálu. Je to hlavní volba pro aplikace, jako je těsnění krytu napájecí baterie a připojení modulů. Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma spočívá v hustotě výkonu laseru – když hustota výkonu dosáhne kritické hodnoty, režim svařování se změní ze svařování tepelným vedením na svařování hlubokým průvarem. Specifickou kritickou hodnotu je třeba upravit podle typu materiálu.

2. Formou svařování: Penetrační svařování vs. švové svařování

• Penetrační svařování: Spojovací kus nevyžaduje děrování, což usnadňuje zpracování, ale vyžaduje vysoce výkonný laser, což má za následek menší hloubku průvaru a relativně nižší spolehlivost.

• Svarové svařování: Spojovací kus vyžaduje předem-rezervovanou mezeru. Laserová energie dosahuje fúze přes mezeru, vyžaduje pouze zařízení s nízkou spotřebou-, což má za následek větší hloubku průniku a vyšší spolehlivost, ale technologie zpracování je složitější.

3. Podle režimu výstupu laseru: Pulzní svařování vs. kontinuální svařování

• Pulzní svařování: Laser vydává energii v pulzech, přičemž energii okamžitě koncentruje, takže je vhodný pro svařování materiálů náchylných k poréznosti a praskání, jako jsou hliníkové slitiny. Výběrem tvarů vln, jako jsou špičkové vlny a dvojité-vrcholové vlny, lze vady snížit – například postupný pokles části dvojité-vrcholové vlny může prodloužit dobu chlazení roztavené lázně a účinně potlačit tvorbu pórů;

• Kontinuální svařování: Laser nepřetržitě dodává energii, což má za následek stabilní proces zahřívání, hladký povrch svaru bez rozstřiku a žádné praskliny nebo prohlubně. Je zvláště vhodný pro svařování hliníkových slitin. Vyžaduje však extrémně vysokou přesnost při montáži obrobku (malá velikost místa, odchylka musí být<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Požadavky na svařování pro různé součásti napájecích baterií se značně liší a procesy laserového svařování je třeba přizpůsobit podle konkrétních aplikačních scénářů:

1. Svařování ventilů s ochranou proti výbuchu{1}

Nevýbušný-ventil je přetlakový kanál, když se baterie přehřeje. Vyžaduje utěsněný svar na hliníkovém plechu o průměru 8 mm, aby vydržel tlak při roztržení 0,4-0,7 MPa. Použití kontinuálního laserového svařování místo pulzního svařování zlepšuje integritu svarového těsnění o 50 %, zcela eliminuje riziko úniku elektrolytu a poskytuje první obrannou linii pro bezpečnost baterie.

2. Těsnění pouzdra a krycí desky

Svaření pouzdra a krycí desky jako „ochrana vnějšího pláště“ baterie přímo ovlivňuje vzduchotěsnost. Existují dva hlavní procesy:
• Boční svařování: Svařovací rozstřik je méně pravděpodobný, že se dostane dovnitř článku baterie, ale vyžaduje extrémně vysokou čistotu materiálu a stabilitu laseru;
• Horní svařování: Vysoká efektivita hromadné výroby a jednoduchá integrace zařízení, ale vyžaduje přísnou kontrolu kontaminace rozstřikem.

3. Koncové svařování

Kladné (hliníkové) a záporné (měděné) koncovky musí vydržet pevnost v tahu větší nebo rovnou 500 MPa a nesmí vykazovat „profouknuté“ vady. Vzhledem k tomu, že dosedací povrch svorek (přibližně 6 mm v průměru) je náchylný na zbytkový olej a nečistoty, skutečná výroba vyžaduje „před-čištění plazmou před svařováním + řízení gradientu výkonu“, aby byly zajištěny bezvadné-bezvadné svary a stabilní vedení proudu.

4. Svařování konektorů

Konektory jsou zodpovědné za spojování bateriových článků sériově/paralelně a často zahrnují svařování rozdílných materiálů, jako je měď a hliník, které mohou snadno vytvářet křehké intermetalické sloučeniny, což vede ke snížení vodivosti. Pomocí laserového-ultrazvukového kompozitního procesu lze tvorbu těchto sloučenin potlačit, čímž se zlepší mechanická pevnost a vodivost svarového spoje.

5. 4680 Svařování velké válcové baterie s plným jazýčkem

Celá konstrukce poutka velké válcové baterie 4680 zvětšuje svařovací plochu 5krát, ale skládání poutka může snadno vést k nesouososti a zkratům. Využitím technologie tvarování paprsku (jako jsou prstencové paprskové body) lze dosáhnout více-tabového současného svařování, což snižuje tepelný příkon o 40 %, zajišťuje spolehlivost připojení a zároveň zabraňuje poškození vnitřní struktury baterie.

6. PACK Module Welding

Když tloušťka měděných/hliníkových spojovacích jazýčků dosáhne 2 mm, jsou pro penetrační svařování vyžadovány vysoce-vláknové lasery s výkonem 6 kW nebo více. Investice do svařovacího zařízení pro jednu výrobní kapacitu GWh je přibližně 10–30 milionů RMB, což je jedna z hlavních investic do zařízení ve fázi integrace modulu, která přímo ovlivňuje stabilitu připojení a účinnost rozptylu tepla modulu.

Portál založený na ACEY-galvanometru LWM-vláknový laserový svařovací strojintegruje vysoce{0}}výkonný vláknový laserový zdroj s naším patentovaným designem, který poskytuje výjimečnou tuhost a provozní stabilitu. Jeho přesný-mechanismus vodicí kolejnice, poháněný citlivými servomotory, zajišťuje přesný výkon při vysokých-rychlostech. Toto zařízení je speciálně navrženo pro aplikace při montáži modulu lithiové baterie s hranolovými a měkkými{5}}bateriemi.

Jak se výkonové baterie vyvíjejí směrem k vyšší hustotě energie a delší životnosti cyklu, technologie laserového svařování se také neustále opakuje:

1. Inteligentní monitorování a řízení v uzavřeném cyklu-

V budoucnu se rozšíří systémy „vizualizace svařovacího procesu-v reálném čase“. Prostřednictvím vysokorychlostních-kamer, spektrální analýzy a dalších technologií budou online detekovány defekty, jako jsou póry, neúplné spojení a praskliny, a parametry svařování budou automaticky upraveny tak, aby bylo dosaženo úplného uzavřeného -procesu optimalizace „detekce - zpětné vazby -“, což dále zlepšuje výtěžnost a konzistenci.

2. Adaptace na sváření-pevné baterie

Elektrolyt sulfidových polovodičových-baterií je citlivý na teplo-a tepelné účinky tradičního laserového svařování mohou vést ke snížení výkonu. Pikosekundové lasery s ultrakrátkým pulzem (teplotně-ovlivněná zóna < 10μm) se staly středem zájmu výzkumu, který umožňuje přesné spojení a zároveň maximalizuje ochranu stability elektrolytu.

3. Více{1}}procesní integrace a inovace

Procesy kompozitního svařování, jako je laserové-ultrazvukové a laserové{1}}obloukové svařování, budou dále podporovány. Tyto procesy využívají výhody přesnosti laserového svařování a zároveň využívají jiné procesy ke kompenzaci nedostatků jediné technologie, přizpůsobují se potřebám svařování různorodějších materiálů a složitých struktur.

Laserové svařování napájecích baterií se může zdát jako „místní proces“, ale ve skutečnosti ovlivňuje celkovou bezpečnost baterie, dojezd a cenu – přesný svar může snížit riziko úniku elektrolytu; efektivní svařování může zlepšit efektivitu hromadné výroby; a inovativní řešení se může přizpůsobit strukturám baterií s vyšší energetickou hustotou. V dnešním stále více konkurenčním průmyslu nových energetických vozidel často určují rozdíly v detailech procesu základní konkurenceschopnost produktu. Neustálé opakování technologie laserového svařování představuje nejen zlepšení úrovně výroby napájecích baterií, ale také odráží snahu nového energetického průmyslu o vysoce kvalitní vývoj.

V budoucnu, s neustálými průlomy v inteligentních, lokalizovaných a kompozitních technologiích, bude laserové svařování i nadále posilovat průmysl napájecích baterií a poskytovat silnější technologickou podporu pro bezpečné a{0}}jízdy s dlouhým dojezdem nových energetických vozidel.