ข่าว บริษัท เกี่ยวกับ การใช้งานสอยเลเซอร์ในรถไฟฟ้า: แบตเตอรี่พลังงาน

วันนี้เราแบ่งปันการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในแบตเตอรี่พลังงานไฟฟ้ารถยนต์ส่วนใหญ่รวมถึงการเชื่อมหูบัสอิเล็กโทรดแบตเตอรี่การเชื่อมเปลือกแบตเตอรี่ ฯลฯ ที่เกี่ยวข้องกับ Al-Fe, Al-Cu, Cu-Fe และการเชื่อมวัสดุอื่น ๆ

01

พื้นหลังแอปพลิเคชัน

ในบริบทของการลดลงของภาวะโลกร้อนและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกยานพาหนะพลังงานใหม่โดยเฉพาะยานพาหนะไฟฟ้ากำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การผลิตระบบแบตเตอรี่ส่วนประกอบหลักต้องใช้เทคโนโลยีการเชื่อมที่เข้มงวดส่วนใหญ่เป็นเพราะระบบแบตเตอรี่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนรวมถึงวัสดุที่หลากหลายและการเชื่อมต่อที่ซับซ้อน วิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิมเช่นการเชื่อมอัลตราโซนิกและการเชื่อมจุดต้านทานมีข้อ จำกัด ในการจัดการกับการเชื่อมต่อของวัสดุอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ (เช่นอลูมิเนียมทองแดงและเหล็ก) ตัวอย่างเช่นการเชื่อมอัลตราโซนิกไม่เหมาะสำหรับโครงสร้างแบตเตอรี่ทั่วไปของยานพาหนะไฟฟ้าและการเชื่อมจุดต้านทานเป็นเรื่องยากที่จะเชื่อมเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าสูงของอลูมิเนียมและทองแดง

เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับความหนาแน่นของพลังงานที่ไม่สัมผัสและพลังงานสูงการควบคุมอินพุตความร้อนที่แม่นยำและระบบอัตโนมัติที่ง่าย มันสามารถตอบสนองความต้องการการเชื่อมของวัสดุที่แตกต่างกันของระบบแบตเตอรี่เช่นเหล็กอลูมิเนียม, อลูมิเนียมทองแดง, การเชื่อมเหล็กทองแดงระหว่างอิเล็กโทรดแบตเตอรี่และบัส, และการเชื่อมเปลือกแบตเตอรี่อลูมิเนียม / เหล็กซึ่งมีบทบาทสำคัญในการรับรองความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อและปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และความปลอดภัย

02

ประเภทแบตเตอรี่พลังงาน

ประเภทแบตเตอรี่พลังงาน

①แบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดเล็ก (เช่นรุ่น 18650) ขนาดมาตรฐานความปลอดภัยและราคาค่อนข้างถูก

②แบตเตอรี่ปริซึมขนาดใหญ่ซึ่งทำงานได้ดีในแง่ของความหนาแน่นของพลังงานและความเสถียร

③แบตเตอรี่โพลิเมอร์เคลือบนุ่มมีแนวโน้มที่จะเกิดเรขาคณิตเมื่อชาร์จ

* ประเภทแบตเตอรี่

ชุดแบตเตอรี่ประกอบด้วยแบตเตอรี่หลายก้อนในซีรีส์หรือในซีรีส์และขนานซึ่งเชื่อมต่อผ่าน busbars สภาพแวดล้อมการทำงานมีความซับซ้อนและความน่าเชื่อถือการเชื่อมต่อส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของระบบแบตเตอรี่

* โครงสร้างแบตเตอรี่ A) แบตเตอรี่ทรงกระบอก b) แบตเตอรี่ปริซึม

ข้อ จำกัด ของเทคนิคการเชื่อมทั่วไป

การเชื่อมเหนือเสียง

ส่วนใหญ่ใช้การสั่นสะเทือนความถี่สูง (โดยปกติ 20 kHz ขึ้นไป) เพื่อให้วัสดุก่อตัวเป็นพันธะที่เป็นของแข็งภายใต้ความดันเพื่อให้ได้การเชื่อมต่อ

①วิธีนี้เหมาะสำหรับการเชื่อมฟอยล์บาง ๆ วัสดุที่แตกต่างกันหรือวัสดุนำไฟฟ้าสูงส่วนใหญ่ใช้กับแบตเตอรี่สตริป

②แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ามักจะเป็นแบตเตอรี่ทรงกระบอกหรือปริซึมซึ่งอาจทำลายความสมบูรณ์ของโครงสร้างแบตเตอรี่ภายใต้การรวมกันของความดันและการสั่นสะเทือนดังนั้นการเชื่อมอัลตราโซนิกจึงไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้า

การเชื่อมจุดต่อต้าน

หลักการทำงานส่วนใหญ่ใช้แรงกดดันบนพื้นผิวสัมผัสของชิ้นงานและใช้กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่เพื่อละลายชิ้นส่วนในพื้นที่ อย่างไรก็ตามวัสดุทั่วไปของแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าคืออลูมิเนียมและทองแดงซึ่งมีลักษณะของการนำไฟฟ้าสูงและการนำความร้อนทำให้ยากที่จะเชื่อมจุดต้านทานการเชื่อมจุดต้านทาน

03

หูเสาแบตเตอรี่เชื่อมกับรถบัส

ลักษณะการเชื่อม

การรวมกันของวัสดุ: วัสดุหูขั้วของแบตเตอรี่มักจะเป็นอลูมิเนียมทองแดงหรือเหล็กวัสดุบัสส่วนใหญ่เป็นทองแดงหรืออลูมิเนียมก่อตัวเป็นอลูมิเนียม-ทองแดง, เหล็กอลูมิเนียม, เหล็กทองแดงและชุดค่าผสมอื่น ๆ

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสูง: ไซต์การเชื่อมควรตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความต้านทานต่ำการนำไฟฟ้าสูงและความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเพื่อให้แน่ใจว่าการชาร์จแบตเตอรี่และประสิทธิภาพการคายประจุและเสถียรภาพในระยะยาว

* หูขั้วและบัสของแบตเตอรี่แบบนุ่ม / กระบอกสูบ

การเชื่อมเลเซอร์อลูมิเนียม

ปัญหาการเชื่อม:

①คุณสมบัติความร้อนอลูมิเนียมและเหล็กมีความแตกต่างกันมากการเชื่อมจะก่อให้เกิดสารประกอบ intermetallic โลหะที่เปราะบาง (IMC) เช่นFe₂al₅, Fe₄al₁₃ ฯลฯ ส่งผลกระทบต่อโครงสร้าง microstructure ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและประสิทธิภาพความร้อนของข้อต่อเพิ่มความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลดอายุการใช้งาน

②การสร้าง IMC ควรถูกควบคุมระหว่างการเชื่อม

1. พารามิเตอร์กระบวนการควบคุม

①ควบคุมอินพุตความร้อน: ปรับพลังงานเลเซอร์ความเร็วการเชื่อมและพารามิเตอร์พัลส์ (ความถี่อัตราส่วนหน้าที่) ปรับสมดุลความลึกของการหลอมละลายและขนาดของพื้นที่อิทธิพลความร้อนและลดการสร้าง IMC

②การปรับรูปคลื่นพัลส์ให้เหมาะสม: รูปคลื่นชีพจรพิเศษใช้ในการเปลี่ยนลักษณะวัฏจักรความร้อนเช่นการเพิ่มขึ้นช้าและรูปคลื่นแบบหล่นช้าเพื่อลดการไล่ระดับอุณหภูมิและความเครียดจากความร้อนและยับยั้งการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วซึ่งนำไปสู่การสร้าง IMCs ที่เปราะบางจำนวนมาก

• ใช้เลเยอร์กลาง

①องค์ประกอบ: การเลือกนิกเกิล, โลหะผสมที่ใช้ซิลิกอนและวัสดุชั้นกลางอื่น ๆ เนื่องจากปฏิกิริยากับเหล็กอลูมิเนียม นิกเกิลช่วยเพิ่มการแพร่กระจายและการแพร่กระจายขององค์ประกอบและความเหนียวของ IMC ที่มีนิกเกิลนั้นดีกว่าเหล็กอลูมิเนียม Si ในสารประกอบ Al-Si) ส่งผลกระทบต่อการเติบโตของสารประกอบ Fe-Si เพิ่มประสิทธิภาพทางกลของข้อต่อและเนื้อหา SI ได้รับการปรับอย่างละเอียดตามข้อกำหนดของวัสดุและกระบวนการ

②ความหนา: μ m ถึงสิบของช่วงความหนาμ m สามารถปรับการก่อตัวของ IMMC ได้อย่างมีประสิทธิภาพปรับปรุงประสิทธิภาพของข้อต่อและความน่าเชื่อถือ

• สนามแม่เหล็กเสริม

①ทิศทางสนามแม่เหล็ก: สนามแม่เหล็กแนวตั้งยับยั้งการแพร่กระจายขององค์ประกอบในสระว่ายน้ำหลอมเหลวเปลี่ยนการพาความร้อนและสัณฐานวิทยาการตกผลึกและลดการหลอมรวมของ Fe และอัลมากเกินไปเพื่อสร้าง IMC ที่เปราะบาง สนามแม่เหล็กแบบขนานส่งผลกระทบต่อการกระจายไมโครของการโยกย้ายตัวถูกละลายและการโยกย้ายเขตแดนและปรับแต่งธัญพืชและปรับการกระจายและการวางแนวของ IMCs ให้เหมาะสม

②การทำงานร่วมกันแบบหลายสนาม: รวมกับสนามแม่เหล็กและอัลตร้าซาวด์การทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็กและการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกเพื่อปรับแต่งธัญพืชลบการรวมปากใบและปรับปรุงโครงสร้าง IMC การสั่นสะเทือนของอัลตราโซนิกมีประโยชน์ในการทำลาย dendrites และองค์ประกอบที่สม่ำเสมอสนามแม่เหล็กนำทางทิศทางของการไหลของของเหลวโลหะและการเจริญเติบโตของผลึกปรับปรุงพฤติกรรมการแข็งตัวและความสม่ำเสมอของเนื้อเยื่อของสระว่ายน้ำหลอมเหลวลดความเปราะบางของ IMC และปรับปรุงความเหนียวและการนำไฟฟ้าของข้อต่อ

* เลเซอร์แกว่งการเชื่อมอลูมิเนียม (แอมพลิจูดสวิง 0.2-1.2 มม.)

* micromorphology ของสแตนเลส / อลูมิเนียมอัลลอยด์ข้อต่อ a) ni ฟอยล์ b) ไม่มีฟอยล์ Ni

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ทองแดงอลูมิเนียม

ปัญหาการเชื่อม:

ทองแดงและอลูมิเนียมมีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันค่าการนำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสร้าง Cu ₂ al และCu₄al₃ imc โดยการเชื่อมซึ่งส่งผลกระทบต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติเชิงกลของการเชื่อมและจำเป็นต้องยับยั้งการก่อตัวและการเจริญเติบโต

1. การเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์การเชื่อม

①การจับคู่ความเร็วการเชื่อมสูงกับพลังงานเลเซอร์ต่ำสามารถลดเวลาและความแข็งแรงของความร้อนและยับยั้งการก่อตัวของ IMC จำนวนมาก ตัวอย่างเช่นในระหว่างการเชื่อมความเร็วสูง cual ₂และสารประกอบอื่น ๆ จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

②เพิ่มประสิทธิภาพความถี่พัลส์และวัฏจักรหน้าที่เปลี่ยนการแพร่กระจายของอะตอมและเงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาของ Cu และ Al ทำให้ IMC เติบโตอย่างเป็นระเบียบและกระจายอย่างสม่ำเสมอและปรับปรุงประสิทธิภาพร่วม

• เติมเงิน, นิกเกิลและดีบุกทำจากวัสดุเติมเงินนิกเกิลและดีบุกหรือลวดเชื่อมโลหะผสมเฉพาะซึ่งสามารถละลายช่องว่างการเติมและเจือจางองค์ประกอบวัสดุพื้นฐานช้าลงปฏิกิริยาโดยตรงของ Cu และ Al และลดการสร้าง IMC ที่เปราะบาง

ตัวอย่างเช่นที่มีวัสดุเติมดีบุกการเชื่อมเพื่อสร้างเฟสcu₆sn₅และcu₃snเปลี่ยนรูปแบบเนื้อเยื่อของข้อต่อลดความเปราะบางโดยรวมปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียว

• การมอดูเลตของลำแสงใช้การสั่นของลำแสงการหมุนหรือการแยกลำแสงและเทคนิคการมอดูเลตอื่น ๆ เพื่อเปลี่ยนการกระจายพลังงานเลเซอร์และโหมดการกระทำ

* Cu-Al SEM Diagram (1500W, 30 mm/s)

การเชื่อมเลเซอร์ทองแดง

ปัญหาการเชื่อม:

คุณสมบัติทางกายภาพของทองแดงและเหล็กมีความแตกต่างกันมากและการแยกเฟสของเหลวและรอยแตกด้วยความร้อนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์เช่นการแทรกซึมของ Cu เข้าไปในขอบเขตของเม็ดเหล็กนำไปสู่รอยแตกด้วยความร้อน

1. ออฟเซ็ตเลเซอร์

คุณภาพการเชื่อมสามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยเบี่ยงเบนเลเซอร์ไปทางด้านทองแดง

• การแกว่งลำแสง

ภายใต้เงื่อนไขของการแกว่งลำแสงวงแหวนของทองแดงบริสุทธิ์และสแตนเลสความต้านทานรอยแตกของการเชื่อมสามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในระหว่างกระบวนการแข็งตัวการเพิ่มขอบเขตของเมล็ดข้าวจะช่วยลดความเข้มข้นของความเครียดอย่างมีนัยสำคัญและควบคุมความแข็งแรงของข้อต่อและการเสียรูปได้อย่างมีประสิทธิภาพ

* Unostillating ด้วย SEM แบบสั่น

04

การเชื่อมเปลือกแบตเตอรี่

* แบตเตอรี่ Tesla 4680

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ของเปลือกแบตเตอรี่อลูมิเนียม

เนื่องจากค่าการนำความร้อนสูงและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนขนาดใหญ่การเชื่อมโลหะผสมอลูมิเนียมเป็นเรื่องง่ายที่จะแสดงรอยแตกและข้อบกพร่องของรูขุมขน ฟิล์มออกไซด์พื้นผิวและสิ่งสกปรกนั้นง่ายต่อการสลายตัวที่อุณหภูมิสูงทำให้ก๊าซยากที่จะหลบหนีและทำให้รูขุมขน

1. การหมุนโฟกัสลำแสงเลเซอร์ + การแกว่งแนวตั้ง

เลเซอร์เชื่อม 1060 อลูมิเนียมอัลลอยด์ใช้การแกว่งในแนวตั้งเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพื้นผิวการเชื่อมลดความพรุนลง 91% ที่รัศมี 0.45 มม.

* การหมุนโฟกัสลำแสงเลเซอร์และการสั่นในแนวตั้ง SEM

• การสร้างจุด (สี่คาน)

การสร้างจุดแสงคือการเชื่อมแบบสี่คานซึ่งจะเพิ่มขนาดของรูเล็ก ๆ ในสระที่หลอมเหลวทำให้ไอของโลหะมีความเสถียรลดการสาดน้ำและรูขุมขนและปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม

* แผนผังไดอะแกรมของสี่คาน

เปลือกแบตเตอรี่เหล็กโดยการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเชื่อมของสแตนเลสออสเทนนิติกมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกด้วยความร้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบโลหะผสมและเนื้อหาที่ไม่บริสุทธิ์ ปัญหาของการแคร็กความร้อนสามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการ

กระตุ้น:

①ในปัจจุบันความยาวคลื่นการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่เป็น 1064nm โดยใช้วัสดุการเชื่อมเลเซอร์เลเซอร์สีน้ำเงิน / เลเซอร์สีเขียวอาจมีผลดี