notizie sull'azienda Applicazione della saldatura laser nei veicoli elettrici: batterie di potenza

Oggi condividiamo l'applicazione della tecnologia di saldatura laser nella batteria di veicoli elettrici, principalmente compresa la saldatura dell'elettrodo dell'auricolare della batteria, la saldatura del guscio della batteria, ecc., che coinvolge Al-Fe, Al-Cu,Saldature a base di Cu-Fe e altre saldature a base di materiali diversi.

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Sfondo applicativo

Nel contesto del riscaldamento globale e della riduzione delle emissioni di gas serra, i veicoli a nuova energia, in particolare i veicoli elettrici, sono in rapida crescita.richiede una rigorosa tecnologia di saldaturaI metodi di saldatura tradizionali, come la saldatura ad ultrasuoni e la saldatura a punti di resistenza,hanno limitazioni nella connessione dei materiali degli elettrodi delle batterie (come alluminio, rame e acciaio).La saldatura ad ultrasuoni non è adatta alla struttura comune delle batterie dei veicoli elettrici, e la saldatura a punti di resistenza è difficile da saldare a causa dell'alta conducibilità dell'alluminio e del rame.

La tecnologia di saldatura laser è una scelta ideale per la sua non contatto, alta densità energetica, controllo termico preciso e facile automazione.Può soddisfare le esigenze di saldatura di diversi materiali di sistema di batterie, come ad esempio la saldatura in acciaio di alluminio, in acciaio di rame, in acciaio di rame tra elettrodo della batteria e bus, e la saldatura nella conchiglia della batteria in alluminio/acciaio,che svolge un ruolo chiave nel garantire l'affidabilità della connessione, e migliorare le prestazioni e la sicurezza delle batterie.

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Tipo di batteria di potenza

Tipo di batteria di potenza

1 batteria cilindrica di piccole dimensioni (ad esempio modello 18650), dimensioni standardizzate, sicurezza e costo relativamente basso;

2 Batterie a prisma di grandi dimensioni, che hanno buone prestazioni in termini di densità energetica e stabilità;

3 Batteria in polimero rivestita di materiale morbido, soggetta a geometrie durante la ricarica.

* Tipo di batteria

Il pacchetto batterie è composto da più batterie in serie o in serie e parallele, che sono collegate tramite barre di comando.e l'affidabilità della connessione influenza direttamente le prestazioni e la sicurezza del sistema di batterie.

* Struttura della batteria a) batteria cilindrica b) batteria prismatica

Limitazioni delle tecniche di saldatura comuni

saldatura supersonica

Utilizza principalmente vibrazioni ad alta frequenza (di solito da 20 kHz in su) per far sì che il materiale formi un legame solido sotto pressione per ottenere la connessione.

1 Questo metodo è adatto per la saldatura di fogli di colata sottili, di materiali diversi o di materiali ad alta conduttività, principalmente applicati alle batterie a strisce.

2 Le batterie dei veicoli elettrici sono di solito cilindriche o prismatiche, che possono distruggere l'integrità della struttura della batteria sotto la combinazione di pressione e vibrazione,quindi la saldatura ad ultrasuoni non è adatta per la saldatura delle batterie dei veicoli elettrici.

saldatura a punto a resistenza

Il principio di funzionamento consiste principalmente nell'applicare una pressione sulla superficie di contatto del pezzo da lavorare e nell'utilizzare una corrente elevata per fondere i pezzi localmente.i materiali comuni delle batterie per veicoli elettrici sono l'alluminio e il rame, che presentano le caratteristiche di elevata conduttività elettrica e di elevata conduttività termica, rendendo difficile la saldatura della saldatura a punti di resistenza.

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L' orecchio del palo della batteria è saldato con l' autobus

Caratteristiche di saldatura

Combinazione di materiali: il materiale dell'orecchio del palo della batteria è spesso alluminio, rame o acciaio, il materiale del bus è per lo più rame o alluminio, formando alluminio-rame, alluminio-acciaio,di acciaio o di rame.

Richieste di elevate prestazioni: il sito di saldatura deve garantire una bassa resistenza, una elevata conducibilità e una buona resistenza meccanica;per garantire l'efficienza di carica e scarica della batteria e la stabilità a lungo termine.

* Pollo orecchio e bus di soft pack / batteria cilindrica

Saldatura laser in acciaio e alluminio

Difficoltà di saldatura:

1 Le proprietà termiche dell'alluminio e dell'acciaio sono molto diverse, la saldatura formerà composti intermetallici metallici fragili (IMC), come Fe2Al5, Fe4Al13, ecc., che influenzano la microstruttura,prestazioni elettriche e termiche dell'articolazione, aumenta la resistenza interna della batteria, accorcia la vita utile.

2 La generazione di IMC deve essere controllata durante la saldatura.

1. Parametri del processo di controllo

1 Controllare l'input termico: regolare la potenza del laser, la velocità di saldatura e i parametri dell'impulso (frequenza, rapporto di carico), bilanciare la profondità di fusione e la dimensione dell'area di influenza termica,e ridurre la generazione di IMC.

2 Ottimizzare la forma d'onda dell'impulso: per modificare le caratteristiche del ciclo termico si utilizza una forma d'onda speciale dell'impulso, come la forma d'onda di lento aumento e lento calo per ridurre il gradiente di temperatura e lo stress termico,e inibiscono il raffreddamento rapido che porta a un gran numero di IMC fragili.

• Utilizzare lo strato medio

1 Composizione: selezione del nichel, lega a base di silicio e altri materiali a strato intermedio, a causa della sua reazione con l'acciaio di alluminio.e la resistenza dei CMI contenenti nichel è migliore di quella dell' acciaio di alluminio. Si nei composti Al-Si) influenza la crescita dei composti Fe-Si ottimizza le proprietà meccaniche dell'articolazione,e il contenuto di Si è regolato in base ai requisiti del materiale e del processo.

2 Spessore: da μ m a decine di μ m di spessore può regolare efficacemente la formazione di IMMC, migliorare le prestazioni e l'affidabilità delle articolazioni.

• Ausiliario del campo magnetico

1 Direzione del campo magnetico: il campo magnetico verticale inibisce la diffusione macroscopica degli elementi nella vasca di fusione, modifica la convezione e la morfologia della cristallizzazione,e riduce l'eccessiva fusione di Fe e Al per formare IMC fragiliIl campo magnetico parallelo influenza la micro-diffusione della migrazione dei solidi e dei grani di grano, raffinando i grani e ottimizzando la distribuzione e l'orientamento delle IMC.

2 Collaborazione multi-campo: combinata con campo magnetico e ultrasuoni, collaborazione di campo magnetico e vibrazione ad ultrasuoni per raffinare i grani, rimuovere le inclusioni stomacali,e migliorare la struttura IMCLa vibrazione ad ultrasuoni è utile per rompere i dendriti e la composizione uniforme, il campo magnetico guida la direzione del flusso del liquido metallico e la crescita dei cristalli,migliorare il comportamento di solidificazione e l'uniformità dei tessuti della vasca fusa, ridurre la fragilità dell'IMC e migliorare la robustezza e la conduttività elettrica delle giunture.

* Saldatura a laser di alluminio-acciaio (ampiezza di oscillazione 0,2-1,2 mm)

* Micromorfologia della giunzione acciaio inossidabile / lega di alluminio

Saldatura laser rame-alluminio

Difficoltà di saldatura:

Il rame e l'alluminio hanno punti di fusione, conduttività termica e coefficiente di espansione termica diversi, formando il Cu 2 Al e il Cu 4 Al 3 IMC per saldatura,che influenzano la microstruttura e le proprietà meccaniche delle saldature, e hanno bisogno di inibire la loro formazione e crescita.

1. Ottimizzazione dei parametri di saldatura

1 La corrispondenza di una velocità di saldatura elevata con una bassa potenza laser può ridurre il tempo di ingresso termico e la resistenza, e inibire la formazione di un gran numero di IMC.Il CuAl 2 e altri composti sono significativamente ridotti.

2 Ottimizzare la frequenza di impulso e il ciclo di lavoro, modificare le condizioni di diffusione atomica e la dinamica di reazione di Cu e Al, rendere l'IMC crescere in modo ordinato e uniformemente distribuito,e migliorare le prestazioni comuni.

• L'argento di riempimento, il nichel e lo stagno sono costituiti da materiali di riempimento a base di argento, nichel e stagno o da filo di saldatura specifico in lega, in grado di fondere il vuoto di riempimento e diluire gli elementi del materiale di base,rallentare la reazione diretta di Cu e Al, e ridurre la generazione di IMC fragile.

Ad esempio, contenenti materiale di riempimento di stagno, saldatura per formare le fasi Cu6Sn5 e Cu3Sn, modificare la forma del tessuto dell'articolazione, ridurre la fragilità complessiva, migliorare la resistenza e la robustezza.

• La modulazione del fascio utilizza l'oscillazione del fascio, la rotazione o la scissione del fascio e altre tecniche di modulazione per modificare la distribuzione dell'energia laser e il modo di azione.

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

Saldatura laser di rame e acciaio

Difficoltà di saldatura:

Le proprietà fisiche del rame e dell'acciaio sono molto diverse e la separazione della fase liquida e le crepe termiche sono inclini a verificarsi durante la saldatura laser.come l'infiltrazione di Cu nel confine del grano di acciaio, portando a crepe termiche.

1. Offset laser

La qualità della saldatura può essere efficacemente migliorata deviando il laser verso il lato di rame.

• Oscillazioni del fascio

In condizioni di oscillazione anulare del raggio di rame puro e acciaio inossidabile, la resistenza alle crepe della saldatura può essere efficacemente migliorata.l'aumento del limite del grano riduce significativamente la concentrazione di stress e controlla efficacemente la resistenza e la deformazione dell'articolazione.

* Non oscillante con SEM oscillante

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Saldatura della conchiglia della batteria

* Batteria Tesla 4680

Saldatura laser di una conchiglia di batteria in alluminio

A causa della sua elevata conduttività termica e del suo elevato coefficiente di espansione termica, la saldatura in lega di alluminio presenta facilmente crepe e difetti dei pori;la pellicola di ossido superficiale e le impurità si decompongono facilmente ad alta temperatura, rendendo difficile la fuga del gas e causando pori.

1. Rotare il raggio laser + oscillazione verticale

La lega di alluminio 1060 saldata al laser utilizza l'oscillazione verticale per ottimizzare la superficie della saldatura, riducendo la porosità del 91% ad un raggio di 0,45 mm.

* rotazione del fuoco del fascio laser e oscillazione verticale SEM

• Formazione a punti (quattro fasci)

La formazione dei punti luminosi è la saldatura a quattro raggi, che aumenta le dimensioni del piccolo foro nella vasca fusa, stabilizza il vapore metallico, riduce gli schizzi e i pori e migliora la qualità della saldatura.

* Diagramma schematico di quattro travi

Conchiglia della batteria in acciaio saldata al laser

La saldatura dell'acciaio inossidabile austenitico è soggetta a cracking termico, che è correlato alla composizione della lega e al contenuto di impurità.Il problema del cracking termico può essere efficacemente risolto regolando i parametri del processo.

Sorgere:

1 Attualmente, la lunghezza d'onda di saldatura laser comunemente utilizzata è per lo più di 1064 nm, utilizzando materiali eterogenei di saldatura laser blu / laser verde può avere un buon effetto.