Současný stav a vyhlídky vývoje technologie laserového svařování pro napájecí baterie

Na pozadí rychlého rozvoje odvětví nových energetických vozidel určují napájecí baterie jako hlavní energetická jednotka celého systému vozidla přímo celkovou úroveň výkonu vozidla prostřednictvím své bezpečnosti, spolehlivosti a konzistence. Od jednotlivých článků po moduly a poté až po celou sadu baterií je kvalita svařování jedním z klíčových faktorů ovlivňujících životnost baterie, bezpečnost a výtěžnost ve velkovýrobě-. Mezi různými metodami svařování se laserové svařování díky vysoké hustotě energie, vysoké přesnosti a vysokým schopnostem automatizace stalo nepostradatelným klíčovým procesem při výrobě napájecích baterií.

 

 

Aby byly splněny vývojové požadavky na nízkou hmotnost a vysokou{0}}hustotu energie v nových energetických vozidlech, běžně se pro konstrukční součásti napájecích baterií používají materiály z hliníkové slitiny. Komponenty, jako jsou pouzdra článků, kryty a přípojnice, obvykle používají hliníkové slitiny řady 1- nebo 3 řady, které mají dobrou vodivost, odolnost proti korozi a tvarovatelnost. V některých oblastech vyžadujících vysokou vodivost se používají měděné nebo hliníkovo-měděné kompozitní materiály.

 

Samotné hliníkové slitiny však mají vysokou chemickou reaktivitu, vysokou tepelnou vodivost a vysoký koeficient lineární roztažnosti a jejich povrch snadno vytváří hustý oxidový film, díky čemuž jsou vysoce náchylné k defektům, jako je pórovitost, rozstřik, praskliny a trhliny za horka během svařování. Kromě toho se při spojování hliníku-mědi různých materiálů mohou tvořit křehké intermetalické sloučeniny, které snižují pevnost spoje. Tyto vlastnosti materiálu kladou extrémně vysoké nároky na energetickou kontrolu, tvarovací stabilitu a konzistenci svařovacího procesu.

 

 

Výroba napájecí baterie obvykle zahrnuje tři hlavní fáze: článek, modul a sadu. Vnější plášť akumulátoru poskytuje především konstrukční podporu a ochranu, obvykle pomocí silnějších profilů z hliníkové slitiny a jeho svařování se provádí převážně obloukovým svařováním nebo třecím svařováním.

 

Naproti tomu vnitřní součásti článků a modulů jsou malé, mají přesné struktury a vyžadují těsnou rozteč svarů, což ztěžuje tradičním metodám svařování rovnováhu mezi kvalitou svařování a rychlostí výroby. Laserové svařování se díky vysoké hustotě výkonu, dobré dostupnosti a bez{1}}dotykovým zpracovatelským vlastnostem stalo preferovaným procesem pro pouzdra bateriových článků, kryty, ventily proti výbuchu-, přípojnice a další součásti. Je široce používán v hliníkových -přizmatických bateriových strukturách, jako jsou kryty napájecích baterií, kryty lithium-iontových baterií a hliníková pouzdra lithiových baterií.

 

 

Kryty a kryty baterií se primárně používají k utěsnění elektrolytu a poskytují stabilní strukturální podporu pro vnitřní elektrody. Kvalita svařování přímo určuje těsnicí výkon baterie a odolnost vůči tlaku. Mezi běžné materiály patří hliníková slitina Al3003 s tloušťkou typicky v rozmezí 0,3 až 0,5 mm. Tato oblast často využívá kompozitní laserové nebo prstencové laserové svařování.

 

Ve skutečné výrobě jsou tyto svary náchylné k defektům, jako je neúplná penetrace, poréznost, kolaps a rozstřik. Racionálním řízením přívodu tepla, rychlosti svařování a distribuce energie laseru lze účinně stabilizovat hloubku průniku a splnit požadavky na odolnost vůči tlaku. S technologickým pokrokem se modulace pulsní vlny a kontinuální vysokorychlostní- laserové svařování postupně staly běžnými řešeními, která výrazně zlepšují efektivitu výroby a zároveň zvyšují rovnoměrnost svaru.

 

Pro další zlepšení vnitřní kvality svaru byla do svařování pláště baterie zavedena technologie skenovacího svařování galvanometrem a laserové oscilace. Dynamické míchání tavné lázně urychluje únik bublin a zjemňuje strukturu zrna, čímž zlepšuje mechanické vlastnosti a spolehlivost těsnění svarového spoje. Tyto procesy jsou široce používány při výrobě konstrukčních součástí, jako jsou hliníkové pláště prizmatických článků a hliníkové kryty baterií.

 

 

Nevýbušné-ventily jsou kritickými součástmi bezpečnostních systémů napájecích baterií. Když se vnitřní tlak baterie abnormálně zvýší, řízené prasknutí uvolní plyn, což zabrání tepelnému úniku a explozi. Nevýbušné-ventily jsou obvykle vyrobeny z čistých hliníkových plechů o tloušťce pouze 0,08–0,1 mm a jsou extrémně citlivé na přívod tepla ze svařování.

 

Během laserového svařování může příliš vysoká hustota výkonu snadno vést k přehřátí a perforaci explozivního-ventilu, zatímco prudký únik plynu z roztavené lázně může způsobit defekty pórů. Optimalizací návrhu tvaru vlny laseru, zavedením krátké-špičkové hodnoty v počáteční fázi svařování, aby se zlepšila absorpce materiálu, a postupným snižováním výdeje energie v následujících fázích, lze účinně zabránit propálení-a zároveň zajistit integritu svaru.

 

Kromě toho jsou důležitými prostředky ke snížení defektů poréznosti posílení před{0}}svařovacího čištění, aby se snížil zbytkový olej a vlhkost, a kontrola montážních mezer pomocí rozumného postupu svařování. Tato opatření pro optimalizaci procesu byla úspěšně použita ve strukturách, jako je horní kryt lithiové baterie a horní víko prizmatických článků baterie.

 

 

S rychlým rozšiřováním trhů s novými energetickými vozidly a skladováním energie neustále roste poptávka po vysoce{0}}konzistentních a vysoce{1}}spolehlivých svařovacích procesech pro napájecí baterie. Budoucí směr vývoje technologie laserového svařování se zaměřuje především na následující aspekty:

 

Za prvé, použití laserových zdrojů s vyšší hustotou výkonu a přesnějším řízením energie pro splnění potřeb svařování tenčích a složitějších struktur; za druhé, on-line monitorování a uzavřená{0}}kontrola procesu svařování pro zlepšení stability svařování detekcí stavu roztavené lázně v reálném čase-; a za třetí, optimalizace procesu spojování odlišných materiálů, jako je hliník a měď, aby byly splněny vývojové potřeby nových struktur baterií a komponent z kompozitních materiálů, jako jsou měď a hliníkové bimetalové bipolární desky.

 

Mezitím, s pokračujícím širokým zaváděním struktur prizmatických baterií v nových energetických vozidlech, se standardizace a{0}}rozsáhlá aplikace procesů laserového svařování pro součásti, jako jsou pouzdra prizmatických baterií z hliníkové slitiny, hliníková pouzdra baterií a dobíjecí hliníkové pláště, stanou důležitým směrem technologického vývoje v tomto odvětví.

 

 

Technologie laserového svařování byla hluboce integrována do celého procesu výroby napájecích baterií a poskytuje zásadní podporu pro dosažení vysoké bezpečnosti, vysoké konzistence a vysoké účinnosti výroby. S neustálým vývojem materiálových systémů, konstrukčního návrhu a výrobního tempa bude laserové svařování i nadále hrát klíčovou roli v oblastihliníkové-bateriea bude demonstrovat širší aplikační vyhlídky v budoucím novém energetickém průmyslu.