Aktualny stan i perspektywy rozwoju technologii spawania laserowego akumulatorów zasilających

W kontekście szybkiego rozwoju nowej branży pojazdów energetycznych, akumulatory mocy, jako podstawowa jednostka energetyczna całego układu pojazdu, bezpośrednio determinują ogólny poziom wydajności pojazdu poprzez ich bezpieczeństwo, niezawodność i spójność. Od pojedynczych ogniw po moduły, a następnie cały pakiet akumulatorów, jakość spawania jest jednym z kluczowych czynników wpływających na żywotność akumulatora, bezpieczeństwo i wydajność w-produkcji na dużą skalę. Spośród różnych metod spawania, spawanie laserowe, ze względu na dużą gęstość energii, wysoką precyzję i duże możliwości automatyzacji, stało się niezbędnym kluczowym procesem w produkcji akumulatorów energetycznych.

 

 

Aby sprostać potrzebom rozwojowym w zakresie lekkości i-wysokiej gęstości energii w pojazdach nowych źródeł energii, w elementach konstrukcyjnych akumulatorów powszechnie stosuje się materiały ze stopów aluminium. W komponentach takich jak obudowy ogniw, pokrywy i szyny zbiorcze zwykle stosuje się stopy aluminium serii 1- lub 3, które charakteryzują się dobrą przewodnością, odpornością na korozję i odkształcalnością. W niektórych obszarach wymagających wysokiej przewodności stosuje się materiały kompozytowe z miedzi lub aluminiowo-miedzianej.

 

Jednak same stopy aluminium charakteryzują się wysoką reaktywnością chemiczną, wysoką przewodnością cieplną i wysokim współczynnikiem rozszerzalności liniowej, a ich powierzchnia łatwo tworzy gęstą warstwę tlenku, co czyni je bardzo podatnymi na defekty, takie jak porowatość, odpryski, pęknięcia i pęknięcia na gorąco podczas spawania. Ponadto podczas łączenia różnych materiałów aluminium-miedzi mogą tworzyć się kruche związki międzymetaliczne, zmniejszając wytrzymałość połączenia. Te właściwości materiału stawiają niezwykle wysokie wymagania w zakresie kontroli energii, stabilności formowania i spójności procesu spawania.

 

 

Produkcja akumulatorów zasilających zazwyczaj obejmuje trzy główne etapy: ogniwo, moduł i pakiet. Zewnętrzna obudowa pakietu akumulatorów zapewnia przede wszystkim wsparcie konstrukcyjne i ochronę, zwykle przy użyciu grubszych profili ze stopu aluminium, a jej spawanie odbywa się głównie za pomocą spawania łukowego lub zgrzewania tarciowego z przemieszaniem.

 

Natomiast wewnętrzne elementy ogniw i modułów są małe, mają precyzyjną strukturę i wymagają małych odstępów między spoinami, co utrudnia tradycyjnym metodom spawania zrównoważenie jakości spawania i szybkości produkcji. Spawanie laserowe, dzięki dużej gęstości mocy, dobrej dostępności i-bezkontaktowej charakterystyce przetwarzania, stało się preferowanym procesem w przypadku obudów ogniw akumulatorowych, pokryw,-zaworów przeciwwybuchowych, szyn zbiorczych i innych komponentów. Jest szeroko stosowany w konstrukcjach akumulatorów pryzmatycznych-w aluminiowej obudowie, takich jak pokrywy akumulatorów mocy, pokrywy akumulatorów litowo-jonowych i aluminiowe obudowy akumulatorów litowych.

 

 

Obudowy i pokrywy akumulatorów służą przede wszystkim do uszczelnienia elektrolitu i zapewnienia stabilnego wsparcia strukturalnego dla elektrod wewnętrznych. Jakość spawania bezpośrednio determinuje szczelność akumulatora i jego odporność na ciśnienie. Typowe materiały obejmują stop aluminium Al3003 o grubości zwykle w zakresie od 0,3 do 0,5 mm. W tej dziedzinie często stosuje się procesy spawania laserowego kompozytów lub lasera pierścieniowego.

 

W rzeczywistej produkcji spoiny te są podatne na wady, takie jak niepełna penetracja, porowatość, zapadanie się i odpryski. Racjonalnie kontrolując dopływ ciepła, prędkość spawania i rozkład energii lasera, można skutecznie ustabilizować głębokość penetracji i spełnić wymagania dotyczące odporności na ciśnienie. Wraz z postępem technologicznym modulacja kształtu fali impulsowej i ciągłe-spawanie laserowe z dużą szybkością stopniowo stają się głównymi rozwiązaniami, znacznie poprawiającymi wydajność produkcji i poprawiającą jednorodność spoiny.

 

Aby jeszcze bardziej poprawić jakość wewnętrzną spoiny, do spawania obudowy akumulatora wprowadzono galwanometryczne spawanie skaningowe i technologię oscylacji laserowej. Dynamiczne mieszanie roztopionego jeziorka przyspiesza ucieczkę pęcherzyków i udoskonala strukturę ziaren, poprawiając w ten sposób właściwości mechaniczne i niezawodność uszczelnienia złącza spawanego. Procesy te są szeroko stosowane w produkcji elementów konstrukcyjnych, takich jak aluminiowe obudowy ogniw pryzmatycznych i aluminiowe osłony akumulatorów.

 

 

Zawory-przeciwwybuchowe to krytyczne elementy systemów bezpieczeństwa akumulatorów. Kiedy ciśnienie wewnętrzne akumulatora nienormalnie wzrasta, kontrolowane pęknięcie powoduje uwolnienie gazu, zapobiegając ucieczce termicznej i eksplozji. Zawory-przeciwwybuchowe są zwykle wykonane z arkuszy czystego aluminium o grubości zaledwie 0,08–0,1 mm i są niezwykle wrażliwe na ciepło spawalnicze.

 

Podczas spawania laserowego zbyt duża gęstość mocy może łatwo doprowadzić do przegrzania i perforacji-zaworu przeciwwybuchowego, a gwałtowne ulatnianie się gazu ze stopionego jeziorka może spowodować defekty porów. Optymalizując projekt kształtu fali laserowej, wprowadzając-krótką wartość szczytową na początkowym etapie spawania, aby poprawić absorpcję materiału, i stopniowo zmniejszając wydatek energii w kolejnych etapach, można skutecznie uniknąć-przepalenia, zapewniając jednocześnie integralność spoiny.

 

Co więcej, wzmocnienie czyszczenia-przed spawaniem w celu zmniejszenia pozostałości oleju i wilgoci oraz kontrolowanie szczelin montażowych poprzez rozsądną sekwencję spawania to ważne sposoby ograniczenia defektów porowatości. Te środki optymalizacji procesu zostały z powodzeniem zastosowane w konstrukcjach takich jak górna pokrywa baterii litowej i górna pokrywa dla pryzmatycznych ogniw akumulatorowych.

 

 

Wraz z szybkim rozwojem nowych rynków pojazdów napędzanych energią elektryczną i magazynowania energii, zapotrzebowanie na procesy spawania akumulatorów o wysokiej-spójności i wysokiej-niezawodności stale rośnie. Przyszły kierunek rozwoju technologii spawania laserowego koncentruje się głównie na następujących aspektach:

 

Po pierwsze, zastosowanie źródeł laserowych o większej gęstości mocy i bardziej precyzyjnej kontroli energii, aby sprostać wymaganiom spawania cieńszych i bardziej złożonych konstrukcji; po drugie, monitorowanie online i kontrola-pętli zamkniętej procesu spawania w celu poprawy stabilności spawania poprzez wykrywanie-w czasie rzeczywistym stanu jeziorka; i po trzecie, optymalizacja procesu łączenia odmiennych materiałów, takich jak aluminium i miedź, w celu zaspokojenia potrzeb rozwojowych nowych konstrukcji akumulatorów i komponentów z materiałów kompozytowych, takich jak miedziane i aluminiowe bimetaliczne płyty bipolarne.

 

Tymczasem wraz z ciągłym powszechnym stosowaniem konstrukcji akumulatorów pryzmatycznych w pojazdach nowych generacji, standaryzacja i zastosowanie-na dużą skalę procesów spawania laserowego takich komponentów, jak obudowy akumulatorów pryzmatycznych ze stopu aluminium, aluminiowe obudowy akumulatorów i aluminiowe obudowy akumulatorów, staną się ważnym kierunkiem ewolucji technologicznej w branży.

 

 

Technologia spawania laserowego została głęboko zintegrowana z całym procesem produkcji akumulatorów zasilających, zapewniając kluczowe wsparcie w osiąganiu wysokiego bezpieczeństwa, wysokiej spójności i wysokiej wydajności produkcji. Wraz z ciągłą ewolucją systemów materiałowych, projektowania konstrukcji i tempa produkcji, spawanie laserowe będzie nadal odgrywać kluczową rolę w dziedzinieakumulatory zasilające w-aluminiowej obudowiei pokaże szersze perspektywy zastosowania w przyszłej nowej branży energetycznej.