Сучасний стан і перспективи розвитку технології лазерного зварювання акумуляторних батарей

На тлі стрімкого розвитку індустрії нових енергетичних транспортних засобів, батареї, як основна енергетична одиниця всієї системи автомобіля, безпосередньо визначають загальний рівень продуктивності автомобіля через їх безпеку, надійність і послідовність. Якість зварювання є одним із ключових факторів, що впливають на термін служби батареї, ефективність безпеки та продуктивність у великомасштабному-виробництві, від окремих елементів до модулів, а потім і до цілої батареї. Серед різноманітних методів зварювання лазерне зварювання завдяки своїй високій щільності енергії, високій точності та високим можливостям автоматизації стало незамінним ключовим процесом у виробництві силових батарей.

 

 

Щоб задовольнити потреби в розробці легких і високо{0}}енергетичних транспортних засобів у нових транспортних засобах з енергоспоживанням, алюмінієві сплави зазвичай використовуються для структурних компонентів силових акумуляторів. Для таких компонентів, як корпуси елементів, кришки та шини, зазвичай використовуються алюмінієві сплави серії 1- або серії 3, які мають хорошу провідність, стійкість до корозії та здатність формуватися. У деяких областях, де потрібна висока провідність, використовуються мідні або алюмінієво-мідні композитні матеріали.

 

Однак алюмінієві сплави самі по собі мають високу хімічну реакційну здатність, високу теплопровідність і високий коефіцієнт лінійного розширення, а на їхній поверхні легко утворюється щільна оксидна плівка, що робить їх дуже сприйнятливими до таких дефектів, як пористість, бризки, розриви та гарячі тріщини під час зварювання. Крім того, під час з’єднання різнорідних матеріалів алюміній-мідь можуть утворюватися крихкі інтерметалічні сполуки, що знижує міцність з’єднання. Ці властивості матеріалу висувають надзвичайно високі вимоги до контролю енергії, стабільності формування та послідовності процесу зварювання.

 

 

Виробництво акумуляторної батареї зазвичай складається з трьох основних етапів: елемент, модуль і пакет. Зовнішній корпус акумуляторної батареї в основному забезпечує структурну опору та захист, як правило, з використанням більш товстих профілів з алюмінієвого сплаву, а його зварювання в основному виконується за допомогою дугового зварювання або зварювання тертям.

 

Навпаки, внутрішні компоненти комірок і модулів невеликі за розміром, мають точну структуру та вимагають невеликих відстаней між зварювальними швами, що ускладнює збалансування якості зварювання та швидкості виробництва традиційними методами зварювання. Лазерне зварювання з його високою щільністю потужності, хорошим доступом і характеристиками без{1}}контактної обробки стало кращим процесом для корпусів акумуляторних елементів, кришок, вибухозахищених-клапанів, збірних шин та інших компонентів. Він широко використовується в алюмінієвих-корпусах призматичних акумуляторних конструкцій, таких як кришки силових акумуляторів, кришки літій-іонних акумуляторів та алюмінієві корпуси літієвих акумуляторів.

 

 

Корпуси й кришки акумуляторів переважно використовуються для герметизації електроліту та забезпечення стабільної структурної опори для внутрішніх електродів. Якість зварювання безпосередньо визначає герметичність акумулятора та стійкість до тиску. Звичайні матеріали включають алюмінієвий сплав Al3003, товщина якого зазвичай коливається від 0,3 до 0,5 мм. У цій галузі часто використовуються процеси композитного лазерного або кільцевого лазерного зварювання.

 

У реальному виробництві ці зварні шви схильні до таких дефектів, як неповне проварювання, пористість, колапс і бризки. Завдяки раціональному регулюванню надходження тепла, швидкості зварювання та розподілу енергії лазера можна ефективно стабілізувати глибину проплавлення та задовольнити вимоги щодо стійкості до тиску. З технологічним прогресом модуляція імпульсної форми та безперервне високошвидкісне-лазерне зварювання поступово стали основними рішеннями, значно підвищуючи ефективність виробництва та однорідність зварювання.

 

Щоб ще більше покращити внутрішню якість зварного шва, у зварювання корпусу батареї було впроваджено скануючу технологію гальванометра та лазерну осциляцію. Динамічне перемішування розплавленої ванни прискорює вихід бульбашок і покращує зернисту структуру, тим самим покращуючи механічні властивості та надійність ущільнення зварного з’єднання. Ці процеси широко використовуються у виробництві структурних компонентів, таких як алюмінієві оболонки призматичних елементів і алюмінієві кришки батарей.

 

 

Ви-захищені клапани є критично важливими компонентами систем безпеки акумуляторів. Коли внутрішній тиск батареї ненормально підвищується, контрольований розрив вивільняє газ, запобігаючи витік тепла та вибух. Вибухозахищені-клапани зазвичай виготовляються з листів чистого алюмінію товщиною лише 0,08–0,1 мм і надзвичайно чутливі до підведення тепла під час зварювання.

 

Під час лазерного зварювання надмірно висока питома потужність може легко призвести до перегріву та перфорації вибухозахищеного-клапана, а сильний вихід газу з ванни розплаву може спричинити дефекти пор. Завдяки оптимізації конструкції лазерного хвилі, запровадженню короткого -пікового значення на початковій стадії зварювання для покращення поглинання матеріалу та поступовому зниженню вихідної енергії на наступних стадіях можна ефективно уникнути прогорання, забезпечуючи цілісність зварного шва.

 

Крім того, посилення очищення перед -зварюванням, щоб зменшити залишки масла та вологи, а також контроль монтажних зазорів за допомогою розумної послідовності зварювання є важливими засобами для зменшення дефектів пористості. Ці заходи з оптимізації процесу були успішно застосовані в таких конструкціях, як верхня кришка літієвої батареї та верхня кришка для призматичних елементів батареї.

 

 

Зі швидким розширенням ринку нових транспортних засобів і накопичувачів енергії попит на високо-послідовність і високу-надійність процесів зварювання для силових акумуляторів продовжує зростати. Майбутній напрямок розвитку технології лазерного зварювання в основному зосереджується на таких аспектах:

 

По-перше, застосування лазерних джерел з більш високою щільністю потужності та більш точним контролем енергії для задоволення потреб у зварюванні більш тонких і складніших структур; по-друге, онлайн-моніторинг і замкнутий{0}}контроль процесу зварювання для покращення стабільності зварювання шляхом-виявлення стану розплавленої ванни в реальному часі; і по-третє, оптимізація процесу з’єднання різнорідних матеріалів, таких як алюміній і мідь, щоб задовольнити потреби в розробці нових конструкцій акумуляторів і компонентів з композитних матеріалів, таких як мідні та алюмінієві біполярні пластини.

 

Водночас із продовженням широкого застосування призматичних конструкцій акумуляторів у транспортних засобах з новою енергією стандартизація та широкомасштабне -застосування процесів лазерного зварювання для таких компонентів, як призматичні корпуси акумуляторів із алюмінієвого сплаву, алюмінієві корпуси акумуляторів і алюмінієві корпуси, що перезаряджаються, стане важливим напрямком технологічної еволюції в галузі.

 

 

Технологія лазерного зварювання була глибоко інтегрована в увесь процес виробництва силових батарей, забезпечуючи вирішальну підтримку для досягнення високої безпеки, високої послідовності та високої ефективності виробництва. Завдяки безперервній еволюції систем матеріалів, структурного дизайну та темпів виробництва лазерне зварювання й надалі відіграватиме основну роль у галузібатареї в алюмінієвому-корпусіі продемонструє ширші перспективи застосування в майбутній новій енергетичній промисловості.