Starea actuală și perspectivele de dezvoltare ale tehnologiei de sudare cu laser pentru bateriile de putere

Pe fundalul dezvoltării rapide a industriei vehiculelor noi, bateriile de putere, ca unitate energetică de bază a întregului sistem de vehicule, determină direct nivelul general de performanță al vehiculului prin siguranța, fiabilitatea și consistența lor. De la celule individuale la module și apoi la întregul pachet de baterii, calitatea sudurii este unul dintre factorii cheie care afectează durata de viață a bateriei, performanța de siguranță și randamentul în producția la scară largă-. Printre diferitele metode de sudare, sudarea cu laser, datorită densității sale mari de energie, preciziei înalte și capacităților ridicate de automatizare, a devenit un proces cheie indispensabil în fabricarea bateriilor de putere.

 

 

Pentru a satisface nevoile de dezvoltare de ușoare și densitate de energie-înaltă în vehiculele cu energie nouă, materialele din aliaj de aluminiu sunt utilizate în mod obișnuit pentru componentele structurale ale bateriilor de alimentare. Componentele, cum ar fi carcasele celulelor, capacele și barele colectoare utilizează de obicei aliaje de aluminiu din seria 1-sau din seria 3, care au o bună conductivitate, rezistență la coroziune și formabilitate. În unele zone care necesită o conductivitate ridicată, se folosesc materiale compozite cupru sau aluminiu-cupru.

 

Cu toate acestea, aliajele de aluminiu în sine au reactivitate chimică ridicată, conductivitate termică ridicată și coeficient ridicat de dilatare liniară, iar suprafața lor formează cu ușurință o peliculă densă de oxid, făcându-le foarte susceptibile la defecte precum porozitate, stropire, explozii și fisuri fierbinți în timpul sudării. În plus, în îmbinările cu materiale diferite din aluminiu-cupru, se pot forma compuși intermetalici fragili, reducând rezistența îmbinării. Aceste proprietăți ale materialelor impun cerințe extrem de mari asupra controlului energiei, stabilității formării și consistenței procesului de sudare.

 

 

Fabricarea bateriilor de putere implică de obicei trei etape principale: celulă, modul și pachet. Carcasa exterioară a pachetului de baterii oferă în primul rând suport structural și protecție, de obicei folosind profile mai groase din aliaj de aluminiu, iar sudarea acestuia se face în principal prin sudare cu arc sau sudură prin frecare.

 

În schimb, componentele interne ale celulelor și modulelor sunt de dimensiuni mici, au structuri precise și necesită o distanță redusă de sudură, ceea ce face dificil pentru metodele tradiționale de sudare să echilibreze calitatea sudurii și viteza de producție. Sudarea cu laser, cu densitatea sa mare de putere, accesibilitatea bună și caracteristicile de procesare fără-contact, a devenit procesul preferat pentru carcasele celulelor bateriei, capacele, supapele antiexplozive-, barele colectoare și alte componente. Este utilizat pe scară largă în structurile de baterii prismatice cu carcasă din aluminiu-, cum ar fi plăcile de acoperire a bateriilor de alimentare, plăcile de acoperire a bateriilor cu litiu-ion și carcasele din aluminiu pentru baterii cu litiu.

 

 

Carcasele și capacele bateriilor sunt utilizate în principal pentru a etanșa electrolitul și pentru a oferi suport structural stabil pentru electrozii interni. Calitatea sudurii determină în mod direct performanța de etanșare a bateriei și rezistența la presiune. Materialele comune includ aliajul de aluminiu Al3003, cu o grosime de obicei cuprinsă între 0,3 și 0,5 mm. Această zonă utilizează adesea procese de sudare cu laser compozit sau cu laser inel.

 

În producția efectivă, aceste suduri sunt predispuse la defecte, cum ar fi penetrarea incompletă, porozitatea, colapsul și stropirea. Prin controlul rațional al aportului de căldură, al vitezei de sudare și al distribuției energiei laser, adâncimea de penetrare poate fi stabilizată eficient și cerințele de rezistență la presiune îndeplinite. Odată cu progresele tehnologice, modularea formei de undă a impulsurilor și sudarea continuă cu laser-de mare viteză au devenit treptat soluții principale, îmbunătățind semnificativ eficiența producției, sporind în același timp uniformitatea sudurii.

 

Pentru a îmbunătăți și mai mult calitatea internă a sudurii, sudarea cu scanare galvanometru și tehnologia oscilației laser au fost introduse în sudarea carcasei bateriei. Agitarea dinamică a bazinului topit accelerează evacuarea bulelor și rafinează structura cerealelor, îmbunătățind astfel proprietățile mecanice și fiabilitatea de etanșare a îmbinării sudate. Aceste procese sunt utilizate pe scară largă la fabricarea componentelor structurale, cum ar fi carcasele din aluminiu cu celule prismatice și capacele bateriilor din aluminiu.

 

 

Supapele antiexplozive-sun componente critice în sistemele de siguranță ale bateriei. Când presiunea internă a bateriei crește anormal, ruptura controlată eliberează gaz, prevenind evadarea termică și explozia. Supapele antiexplozive sunt de obicei realizate din foi de aluminiu pur, cu o grosime de numai 0,08–0,1 mm și sunt extrem de sensibile la aportul de căldură de sudare.

 

În timpul sudării cu laser, densitatea de putere excesiv de mare poate duce cu ușurință la supraîncălzirea și perforarea supapei-de rezistență la explozie, în timp ce evacuarea violentă a gazului din bazinul topit poate cauza defecte ale porilor. Prin optimizarea designului formei de undă laser, introducerea unei valori maxime de-durată scurtă în etapa inițială a sudării pentru a îmbunătăți absorbția materialului și reducerea treptată a energiei în etapele ulterioare, arderea-poate fi evitată în mod eficient, asigurând în același timp integritatea sudurii.

 

În plus, consolidarea curățării pre-sudare pentru a reduce uleiul rezidual și umiditatea și controlul golurilor de asamblare printr-o secvență rezonabilă de sudare sunt mijloace importante pentru a reduce defectele de porozitate. Aceste măsuri de optimizare a procesului au fost aplicate cu succes în structuri precum capacul superior al bateriei cu litiu și capacul superior pentru celulele bateriei prismatice.

 

 

Odată cu extinderea rapidă a noilor piețe de vehicule energetice și de stocare a energiei, cererea pentru procese de sudare de-consecvență și de înaltă{1}}fiabilitate pentru bateriile de putere continuă să crească. Direcția viitoare de dezvoltare a tehnologiei de sudare cu laser se concentrează în principal pe următoarele aspecte:

 

În primul rând, aplicarea surselor laser cu o densitate de putere mai mare și un control mai precis al energiei pentru a satisface nevoile de sudare ale structurilor mai subțiri și mai complexe; în al doilea rând, monitorizarea online și controlul-în buclă închisă a procesului de sudare pentru a îmbunătăți stabilitatea sudurii prin detectarea-în timp real a stării bazinului de topire; și în al treilea rând, optimizarea procesului pentru îmbinarea materialelor diferite, cum ar fi aluminiul și cuprul, pentru a satisface nevoile de dezvoltare a noilor structuri de baterii și a componentelor din materiale compozite, cum ar fi plăcile bimetale bimetale de cupru și aluminiu.

 

Între timp, odată cu adoptarea continuă pe scară largă a structurilor de baterii prismatice în vehiculele cu energie nouă, standardizarea și aplicarea{0}}pe scară largă a proceselor de sudare cu laser pentru componente precum carcasele bateriilor prismatice din aliaj de aluminiu, carcasele din aluminiu ale bateriilor și carcasele din aluminiu reîncărcabile vor deveni o direcție importantă pentru evoluția tehnologică în industrie.

 

 

Tehnologia de sudare cu laser a fost profund integrată în întregul proces de fabricare a bateriilor de putere, oferind suport crucial pentru obținerea unei siguranțe ridicate, consistență ridicată și producție de înaltă eficiență. Odată cu evoluția continuă a sistemelor de materiale, proiectarea structurală și ritmul de producție, sudarea cu laser va continua să joace un rol esențial în domeniulbaterii de alimentare-din aluminiuși va demonstra perspective mai largi de aplicare în viitoarea industrie a energiei noi.