Výrobní proces napájecí baterie: Vysvětlení technologie laserového svařování

Na pozadí rychlého rozvoje odvětví nových energetických vozidel ovlivňuje kvalita výroby napájecích baterií jako základní součásti vozidla přímo bezpečnost vozidla, životnost cyklu a hustotu energie. Systémy napájecích baterií se obvykle skládají z článků, bateriových modulů a bateriových sad (PACK). Jejich vnitřní struktura zahrnuje četná spojení kovového materiálu, včetně elektrodových jazýčků, vodivých spojovacích kusů, krytů baterií a zapouzdřovacích struktur. Mezi těmito kritickými spojovacími články se laserové svařování se svou vysokou hustotou energie, bez{3}}kontaktním zpracováním a vysokou přizpůsobivostí automatizace postupně stalo jedním z důležitých procesů při výrobě napájecích baterií. Zejména v konstrukcích pouzdra z hliníkové slitiny, jako je hliníkové pouzdro baterie nebo pouzdra prizmatických článků, lze laserovým svařováním dosáhnout vysoce přesných utěsněných spojů, které poskytují stabilní a spolehlivé prostředí pro zapouzdření vnitřku baterie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Výrobní proces napájecích baterií obvykle zahrnuje několik fází, jako je výroba článků, střední-sestavení a integrace back-end PACK. V těchto fázích je laserové svařování široce používáno v klíčových procesech, jako je svařování jazýčků, bodové svařování elektrodou, předběžné{3}}svařování článků, svařování pouzdra a horního krytu a těsnění otvoru pro vstřikování kapaliny. Mezitím ve fázi montáže modulu a PACKu po proudu je třeba dokončit procesy, jako je svařování spojovacích dílů, svařování ventilů- odolných proti výbuchu a svařování svorek baterie. Tyto struktury jsou často přímo integrovány do konstrukčních součástí, jako jsou pouzdra prizmatických baterií z hliníkové slitiny nebo hliníkové pláště pro články lithium-iontových baterií. Kvalita svařování proto hraje rozhodující roli v těsnícím výkonu baterie, strukturální pevnosti a tepelné stabilitě.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ve struktuře článku je těsnící svařování mezi pouzdrem baterie a krycí deskou jedním z nejkritičtějších výrobních kroků. Kryty napájecích baterií jsou obvykle vyrobeny z hliníkové slitiny řady 3003 s tloušťkou obecně řízenou mezi 0,6 a 0,8 mm. Vysoce{5}}kvalitní sváry mezi pláštěm a krycí deskou lze dosáhnout pomocí nízkovýkonového pulzního laserového svařování, čímž se vytvoří stabilní, utěsněný prostor. U prizmatických článků je tato struktura typicky reprezentována jako hliníkový plášť prizmatického článku nebo hliníkový plášť pro prizmatickou lithium-iontovou baterii. Ve skutečné výrobě zahrnují vady svařování především neúplný průvar, pórovitost a kolaps svaru. Tyto závady přímo ovlivňují těsnicí výkon a tlakovou odolnost pouzdra baterie, čímž ovlivňují životnost baterie a bezpečnost. Svařování svorek baterie je klíčovou spojovací strukturou pro vedení proudu v napájecích bateriích. Terminály se obecně dělí na kladné a záporné elektrody, přičemž kladná elektroda je obvykle vyrobena z hliníku a záporná elektroda z mědi.

 

Více článků lze zapojit do série nebo paralelně pomocí svařovacích konektorů a vytvořit tak kompletní bateriový modul. Terminály jsou obvykle integrovány s krytem baterie a instalovány v horní konstrukci hliníkového pouzdra lithiových článků nebo hliníkového pouzdra lithiové baterie. Při skutečném svařování je koncové svařování náchylné k defektům, jako jsou póry, hlavně kvůli malému průměru svařované oblasti a tendenci zadržovat nečistoty, jako je lisovací olej nebo čisticí prostředky. Při ozařování laserem s vysokou -energií- se tyto nečistoty rychle odpařují a vytvářejí bubliny, které unikají a vytvářejí mezery po svarech. Proto je zvláště důležité před-čištění před svařováním a optimalizace výkonové křivky laseru.

 

Svařování ventilů-odolných proti výbuchu je důležitou součástí bezpečnostní struktury napájecích baterií. Ventily odolné proti výbuchu jsou obvykle instalovány na krytu baterie a jejich funkcí je aktivně se protrhnout a uvolnit tlak, když se vnitřní tlak baterie abnormálně zvýší, čímž se zabrání výbuchu baterie. Ventily proti výbuchu-jsou obvykle vyrobeny ze dvou vrstev hliníkových plechů-svařených dohromady laserem, přičemž jejich detonační tlak je obvykle řízen mezi 0,4 a 0,7 MPa. Tato struktura je často integrována do obalů hliníkových bateriových pouzder nebo bateriových sad s hliníkovým pouzdrem pro vozidla New Energy Vehicle, což vyžaduje extrémně přísnou kontrolu nad utěsněním svarů a přívodem tepla. Nadměrná nebo nedostatečná svařovací energie může vést k nestabilním spouštěcím tlakům v explozivním{10} ventilu, což ovlivňuje celkovou bezpečnost baterie.

 

Při výrobě bateriového modulu je svařování adaptéru zásadním procesem připojení bateriového článku ke krycí desce. Adaptér potřebuje nejen dobrou vodivost, ale také musí odolat značnému proudovému zatížení a mechanickému namáhání. V praktických provedeních je adaptér obvykle přivařen k hluboce taženému hliníkovému pouzdru baterie nebo hliníkovému pouzdru, které tvoří stabilní spojení s výstupky článku. Vzhledem k tomu, že měď má nízkou absorpci laseru a vysokou odrazivost, je při svařování mědi-hliníku a nepodobného kovu vyžadována vyšší hustota energie, aby se zajistila penetrace svaru a pevnost spoje. Současně je nutná přísná kontrola rozstřiku, aby se zabránilo vniknutí částic do článku baterie a způsobení zkratu.

 

V systémech napájecích bateriových sad kvalita svařování bateriových modulů přímo ovlivňuje proudovou rovnoměrnost a výkon tepelného managementu celého systému. Bateriový modul se skládá z více článků zapojených sériově a paralelně a vyžaduje také systém správy baterie (BMS) pro monitorování a ochranu. V této složité struktuře vyžaduje svařování spojovacích dílů obvykle vysoce-výkonné laserové zařízení, aby bylo dosaženo stabilního svařování silných měděných nebo hliníkových materiálů. Například u velkokapacitních-systémů pro uchovávání energie nebo nových energetických sad vozidel je spojovací konstrukce obvykle instalována v rámci konstrukčního rámce hliníkového pouzdra pro články s fosforečnanem lithno-železitým nebo hliníkového pouzdra pro prizmatickou lithium-iontovou baterii, aby byla zajištěna strukturální pevnost a elektrická spolehlivost modulu.

 

Ačkoli laserové svařování má významné výhody při výrobě napájecích baterií, při svařování materiálů z hliníkových slitin zůstává několik technických problémů. Za prvé, je tu problém poréznosti. Díky vysoké rozpustnosti vodíku v roztavené lázni hliníkové slitiny se během rychlého tuhnutí snadno tvoří vodíkové póry. Kromě toho může zborcení dírek během laserového svařování také způsobit defekty poréznosti. Zadruhé je tu problém praskání za tepla. Vzhledem k tomu, že hliníkové slitiny jsou typické eutektické slitiny, jsou během ochlazování svařování náchylné ke vzniku trhlin na hranicích zrn, čímž se snižuje pevnost svarového spoje. Tyto problémy jsou běžné zejména při svařování kritických konstrukčních součástí, jako jsou hliníkové pláště pro články lithium-iontových baterií nebo pouzdra hranolových baterií z hliníkové slitiny.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Další častou vadou je rozstřik při svařování, známý také jako „rozstřik“. Tento jev je obvykle způsoben povrchovou kontaminací materiálů, příliš vysokou hustotou laserové energie nebo nedostatečnou stabilitou laserového paprsku. Pokud jsou na povrchu materiálu v oblasti svařování póry nebo výčnělky, může vysokoenergetický laser rychle způsobit lokální odpařování, což má za následek rozstřik kovu. U bateriových modulů instalovaných v hliníkových pouzdrech prizmatických článků nebo hliníkových pouzdrových konstrukcích může rozstřik vnikající do článku vést k selhání izolace nebo riziku zkratu. Proto je ve skutečné výrobě potřeba problémy s rozstřikem omezit optimalizací parametrů laseru, zlepšením čistoty materiálu a řádnou kontrolou velikosti bodu.

 

Svařovací procesy se také liší v různých strukturách baterií. Například při procesu svařování jazýčků u sáčkových baterií je zapotřebí speciálních nástrojů k těsnému stlačení jazýčků, aby byla zajištěna stabilní svařovací mezera, čímž se dosáhne trajektorie svařování ve tvaru S- nebo spirály. U válcových baterií se svařování soustřeďuje hlavně v oblasti připojení kladné elektrody, protože pouzdro záporné elektrody je tenčí a náchylné k propálení-. Prizmatické baterie primárně využívají metodu svařování s pláštěm-a-zapouzdřením víčka, obvykle rozdělenou na horní-svařované a boční-svařované struktury. Metody bočního{10}}svařování snižují riziko vniknutí rozstřiku do článku, ale vyžadují vyšší standardy čistoty materiálu a stability zařízení. Špičkové-svařované metody jsou vhodnější pro hromadnou výrobu, ale vyžadují přesnější techniky zpracování skořepin. Tyto svařovací struktury se běžně používají v konstrukcích pouzder baterií, jako jsou hliníkové pláště pro prizmatické lithium-iontové baterie nebo hliníkové pouzdra na baterie nových energetických vozidel.

 

Celkově se s rozvojem nových energetických vozidel a odvětví skladování energie vyvíjí výroba baterií směrem k vyšší přesnosti, automatizaci a inteligenci. Technologie laserového svařování se svými výhodami vysoké účinnosti, nízkého tepelného dopadu a použitelnosti na složité konstrukce se stala klíčovým výrobním procesem při výrobě napájecích baterií. Od balení článků až po montáž modulů a integraci systému PACK prochází technologie laserového svařování celým výrobním procesem a vytváří vysoký stupeň synergie s klíčovými konstrukčními součástmi, jako jsou lithiové články, hliníkové pláště a baterie s hliníkovým pouzdrem.

 

 

V procesu výroby napájecích baterií potřebují vysoce-kvalitní pouzdra baterií nejen vynikající vlastnosti materiálu, ale také se musí umět přizpůsobit přesným svařovacím procesům. Naše společnost se specializuje na výzkum, vývoj a výrobu konstrukčních součástí pro nové energetické baterie a poskytuje řadu vysoce přesných{2}}řešení pouzder baterií, včetně hluboce taženého hliníkového pouzdra baterie, prizmatického pouzdra a hliníkových obalů pro lithium-iontové baterie. Tyto součásti jsou vyrobeny z-hliníkové slitiny s vysokou pevností a jsou vyráběny přesným lisováním a hlubokým tažením, čímž splňují přísné požadavky na napájecí baterie, pokud jde o těsnění, strukturální pevnost a svařitelnost.

 

Naše produkty jsou široce používány v nových energetických bateriových systémech vozidel, bateriových systémech pro ukládání energie a vysoce{0}}výkonných bateriových modulech, které zákazníkům poskytují spolehlivý bateriový hliníkový kryt aBalení hliníkového pouzdrařešení, která pomohou zlepšit bezpečnost a efektivitu výroby bateriových systémů.