wiadomości o firmie Wykorzystanie spawania laserowego w pojazdach elektrycznych: baterie zasilania

Dziś dzielimy się zastosowaniem technologii spawania laserowego w baterii pojazdów elektrycznych, głównie włączając elektrody baterii spawanie słuchawkowe, spawanie powłoki baterii itp., obejmujące Al-Fe, Al-Cu,Włókna z włókien włókiennych.

01

Temat aplikacji

W kontekście globalnego ocieplenia i zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, nowe pojazdy energetyczne, zwłaszcza pojazdy elektryczne, szybko rosną.wymaga ścisłej technologii spawaniaTradycyjne metody spawania, takie jak spawanie ultradźwiękowe i spawanie miejscowe o odporności,mają ograniczenia w zakresie łączenia materiałów elektrod akumulatorowych (takich jak aluminium, miedź i stal).spawanie ultradźwiękowe nie jest odpowiednie dla wspólnej struktury akumulatorów pojazdów elektrycznych, a spawanie punktowe oporu jest trudne do spawania ze względu na wysoką przewodność aluminium i miedzi.

Technologia spawania laserowego jest idealnym wyborem ze względu na jej brak kontaktu, wysoką gęstość energii, precyzyjne sterowanie wejściem cieplnym i łatwą automatyzację.Może spełniać potrzeby spawania różnych materiałów systemu baterii, takie jak spawanie stali aluminiowej, aluminium miedzianego, stali miedzianego między elektrodą akumulatora a autobusem oraz spawanie powłoki akumulatora aluminiowo- stalowego,który odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu niezawodności połączenia, a także poprawy wydajności i bezpieczeństwa baterii.

02

Typ baterii zasilania

Typ baterii zasilania

1 Mała bateria cylindryczna (np. model 18650), standaryzowany rozmiar, bezpieczeństwo i stosunkowo niski koszt;

2 Duże baterie prismowe, które osiągają dobre wyniki pod względem gęstości energii i stabilności;

3 Bateria polimerowa o warstwie miękkiej, skłonna do geometrii podczas ładowania.

* Typ baterii

Zestaw baterii składa się z wielu baterii w serii lub w serii i równolegle, które są połączone poprzez pręty.i niezawodność połączenia bezpośrednio wpływa na wydajność i bezpieczeństwo systemu baterii.

* Struktura akumulatora a) bateria cylindryczna b) bateria pryzmatyczna

Ograniczenia wspólnych technik spawania

spawanie naddźwiękowe

Wykorzystuje głównie wibracje o wysokiej częstotliwości (zwykle 20 kHz i wyżej), aby materiał uformował solidne połączenie pod ciśnieniem w celu osiągnięcia połączenia.

1 Ta metoda nadaje się do spawania cienkiej folii, różnych materiałów lub materiałów o wysokiej przewodności, stosowanych głównie do baterii.

2 Akumulatory pojazdów elektrycznych są zazwyczaj baterie cylindryczne lub pryzmatyczne, które mogą zniszczyć integralność struktury akumulatora w wyniku kombinacji ciśnienia i drgań,więc spawanie ultradźwiękowe nie nadaje się do spawania akumulatorów pojazdów elektrycznych.

spawanie punktowe o oporze

Zasada działania polega głównie na wywieranie ciśnienia na powierzchni styku obrabiarkę i wykorzystaniu dużego prądu do lokalnego stopienia części.Wspólnymi materiałami akumulatorów pojazdów elektrycznych są aluminium i miedź, które mają charakterystykę wysokiej przewodności elektrycznej i przewodności cieplnej, co utrudnia spawanie spawania punktowego o oporności.

03

Bateria słupka ucho jest spawany z autobusem

Charakterystyka spawania

Kombinacja materiałów: materiał słuchawkowy słupku baterii jest często aluminium, miedzi lub stali, materiał autobusowy jest głównie miedzi lub aluminium, tworząc aluminium-miedzi, aluminium-stal,Pozostałe, o masie przekraczającej 1 mm.

Wysokie wymagania dotyczące wydajności: miejsce spawania powinno zapewniać niskie opory, wysoką przewodność i dobrą wytrzymałość mechaniczną,w celu zapewnienia skuteczności ładowania i rozładowania baterii oraz długoterminowej stabilności.

* Ucho słupkowe i autobus baterii miękkiej / baterii cylindrycznej

Włókna z włókien sztucznych

Trudności spawania:

1 Właściwości termiczne aluminium i stali są bardzo różne, spawanie tworzy kruche związki międzymetalowe metali (IMC), takie jak Fe2Al5, Fe4Al13, itp., wpływają na mikrostrukturę,wydajność elektryczna i wydajność cieplna połączenia, zwiększyć wewnętrzny opór akumulatora, skrócić żywotność.

2 W trakcie spawania należy kontrolować wytwarzanie IMC.

1. Parametry procesu sterowania

1 Kontrola wejścia termicznego: regulacja mocy lasera, prędkości spawania i parametrów impulsu (częstotliwość, współczynnik pracy), zrównoważenie głębokości topnienia i wielkości obszaru wpływu termicznego,i zmniejszyć wytwarzanie IMC.

2 Optymalizacja formy fali impulsu: specjalna forma fali impulsu jest używana do zmiany cech cyklu cieplnego, takich jak powolny wzrost i powolny spadek formy fali w celu zmniejszenia gradientu temperatury i naprężenia cieplnego,i hamować szybkie chłodzenie prowadzące do powstania dużej liczby kruchych IMC.

• Użyj warstwy środkowej

1 Skład: selekcja niklu, stopów na bazie krzemu i innych materiałów warstwy pośredniej, ze względu na reakcję z stali aluminiowej.i wytrzymałość niklu zawierających IMC jest lepsza niż aluminiowej staliSi w związkach Al-Si) wpływa na wzrost związków Fe-Si, optymalizuje właściwości mechaniczne połączenia,a zawartość Si jest precyzyjnie dostosowana zgodnie z wymaganiami dotyczącymi materiału i procesu.

2 Grubość: zakres grubości od μ m do kilkudziesięciu μ m może skutecznie dostosować tworzenie IMMC, poprawić wydajność i niezawodność stawów.

• Pomocne pole magnetyczne

1 Kierunek pola magnetycznego: pionowe pole magnetyczne hamuje makroskopową dyfuzję pierwiastków w basenie stopienia, zmienia konwekcję i morfologię krystalizacji,i zmniejsza nadmierne stopienie Fe i Al do tworzenia kruchych IMC; równoległe pole magnetyczne wpływa na mikro-dyfuzję migracji rozpuszczalników i granicy ziarna, a także precyzuje ziarna i optymalizuje rozkład i orientację IMC.

2 Współpraca wieloobszarowa: w połączeniu z polem magnetycznym i ultradźwiękiem, współpraca z polem magnetycznym i wibracja ultradźwiękowa w celu dopracowania ziaren, usuwania włączeń stomatalnych,i poprawy struktury IMCUltrasłonne wibracje pomagają rozbić dendryty i jednolite składy, pole magnetyczne kieruje kierunkiem przepływu płynu metalowego i wzrostu kryształu,poprawia zachowanie utwardzania i jednolitość tkanek stopionego basenu, zmniejsza kruchość IMC i poprawia wytrzymałość i przewodność elektryczną stawów.

* Laserowe spawanie z kołyskami z aluminium i stali (amplituda kołysania 0,2-1,2 mm)

* Mikromorfologia połączenia ze stali nierdzewnej i stopów aluminium a) folia Ni b) żadna folia Ni

Włókna z włókien sztucznych

Trudności spawania:

Miedź i aluminium mają różne punkty topnienia, przewodność cieplną i współczynnik rozszerzenia cieplnego, tworząc Cu 2 Al i Cu 4 Al 3 IMC przez spawanie,które wpływają na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne spań, i muszą hamować ich powstawanie i wzrost.

1. Optymalizacja parametrów spawania

1 Dopasowanie wysokiej prędkości spawania z niską mocą lasera może zmniejszyć czas i wytrzymałość wejścia cieplnego i hamować powstawanie dużej liczby IMC.CuAl 2 i inne związki są znacząco zmniejszone.

2 zoptymalizować częstotliwość impulsu i cyklu pracy, zmienić dyfuzję atomową i warunki dynamiki reakcji Cu i Al, aby IMC rosły uporządkowane i równomiernie rozmieszczone,i poprawić wspólną wydajność.

• Wypełnienie srebra, niklu i cyny jest wykonane z materiałów wypełniających na bazie srebra, niklu i cyny lub specjalnego drutu spawalniczego ze stopu, który może stopić lukę wypełniającą i rozcieńczyć elementy materiału podstawowego,spowolnić bezpośrednią reakcję Cu i Al, a także zmniejszyć wytwarzanie kruchego IMC.

Na przykład, zawierające materiał wypełniający cyny, spawane w celu utworzenia faz Cu6Sn5 i Cu3Sn, zmieniają formę tkanki stawu, zmniejszają ogólną kruchość, poprawiają wytrzymałość i wytrzymałość.

• Modulacja wiązki wykorzystuje oscylację wiązki, obrót lub rozszczepienie wiązki oraz inne techniki modulacji w celu zmiany rozkładu energii lasera i sposobu działania.

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

Włókna z włókien sztucznych

Trudności spawania:

Właściwości fizyczne miedzi i stali są bardzo różne, a podczas spawania laserowego często występują separacja fazy ciekłej i pęknięcia termiczne,Na przykład infiltracja Cu w granicę ziarna stali, co prowadzi do pęknięć termicznych.

1. Ofset laserowy

Jakość spawania można skutecznie poprawić poprzez odchylenie lasera na stronę miedzi.

• Oscylacje wiązki

Pod warunkiem oscylacji pierścieniowej wiązki z czystej miedzi i stali nierdzewnej, odporność na pęknięcia spawania może być skutecznie poprawiona.zwiększenie granicy ziarna znacznie zmniejsza stężenie naprężeń i skutecznie kontroluje wytrzymałość i deformację stawu.

* Nieoscylujące z oscylującym SEM

04

Spawanie powłok baterii

* Tesla 4680 Bateria

Zgrzewanie laserowe powłoki akumulatora aluminiowego

Ze względu na wysoką przewodność cieplną i duży współczynnik rozszerzenia cieplnego spawanie stopów aluminium łatwo wykazuje pęknięcia i wady porów;folia oksydowa powierzchni i zanieczyszczenia są łatwe do rozkładu w wysokiej temperaturze, co utrudnia wydostanie się gazu i powoduje pory.

1. Obrót ostrości wiązki laserowej + oscylacja pionowa

Laserowo spawany stop aluminiowy 1060 wykorzystuje oscylację pionową do optymalizacji powierzchni spawania, zmniejszając porowatość o 91% w promieniu 0,45 mm.

* Obrót ostrości wiązki laserowej i oscylacja pionowa SEM

• Ukształtowanie punktów (czterogwizdkowe)

Ukształtowanie plam świetlnych jest spawaniem czterostronnym, które zwiększa rozmiar małego otworu w stopionej basenie, stabilizuje parę metalową, zmniejsza rozpraszanie i pory i poprawia jakość spawania.

* Schematyczny schemat czterech wiązek

Stalowa powłoka akumulatora przez spawanie laserowe

Spawanie austenitycznej stali nierdzewnej jest podatne na pęknięcie termiczne, które jest związane ze składem stopu i zawartością zanieczyszczeń.Problem krakingu termicznego można skutecznie rozwiązać poprzez dostosowanie parametrów procesu.

Wzbudzić:

1 Obecnie powszechnie stosowana długość fali spawania laserowego wynosi głównie 1064 nm, przy użyciu niebieskiego lasera / zielonego lasera spawania różnorodnych materiałów może mieć dobry efekt.