новости компании о Применение лазерной сварки в электромобилях: батареи питания

Сегодня мы делимся применением технологии лазерной сварки в электромобильных батареях, в основном включая электрод батареи, сварку ушной шины, сварку оболочки батареи и т. д., включая Al-Fe, Al-Cu,Сварка Cu-Fe и прочая сварка различных материалов.

01

История применения

В контексте глобального потепления и сокращения выбросов парниковых газов, новые энергетические транспортные средства, особенно электромобили, быстро растут.требует строгой технологии сваркиТрадиционные методы сварки, такие как ультразвуковая сварка и точечная сварка с сопротивлением,имеют ограничения при подключении материалов электродов батареи (таких как алюминий, медь и сталь).Ультразвуковая сварка не подходит для общей структуры батареи электромобилей, а сварка точечной сварки сопротивления трудно сварка из-за высокой проводимости алюминия и меди.

Технология лазерной сварки является идеальным выбором из-за ее бесконтактности, высокой плотности энергии, точного управления тепловым входом и легкой автоматизации.Он может удовлетворить потребности в сварке различных материалов системы батареи, такие как сварка алюминиевой стали, медного алюминия, медной стали между электродом батареи и шиной, а также сварка алюминиевой/стальной батареи,который играет ключевую роль в обеспечении надежности соединения, и улучшение производительности и безопасности батареи.

02

Тип батареи питания

Тип батареи питания

1 Небольшая цилиндрическая батарея (например, модель 18650), стандартизированный размер, безопасность и относительно дешевая стоимость;

2 Большие призматические батареи, которые хорошо работают с точки зрения плотности энергии и стабильности;

3 Батарея из полимера с мягким покрытием, склонная к геометрии при зарядке.

* Тип батареи

Аккумуляторная батарея состоит из нескольких батарей в серии или в серии и параллельно, которые соединены через шины.и надежность соединения напрямую влияет на производительность и безопасность системы батарей.

* Структура аккумуляторной батареи а) цилиндрическая батарея б) призма

Ограничения распространенных методов сварки

сверхзвуковая сварка

В основном используется высокочастотная вибрация (обычно 20 кГц и выше), чтобы материал сформировал твердую связь под давлением для достижения соединения.

1 Этот метод подходит для сварки тонкой фольги, различных материалов или высокопроводящих материалов, в основном применяемых к батареям.

2 Аккумуляторы для электромобилей обычно цилиндрические или призматические, которые могут разрушить целостность структуры аккумулятора при сочетании давления и вибрации.поэтому ультразвуковая сварка не подходит для сварки батарей электромобилей.

сварка точечной сопротивляемостью

Принцип работы состоит в том, чтобы в основном накладывать давление на контактную поверхность заготовки и использовать большой ток для локального плавления деталей.Общие материалы аккумуляторов для электромобилей - алюминий и медь., которые имеют характеристики высокой электрической и теплопроводности, что затрудняет сварку точечной сварки сопротивления.

03

Ухо батареи на столбе сварлено с автобусом

Характеристики сварки

Комбинация материалов: материал для ушей батареи часто из алюминия, меди или стали, материал для автобуса в основном из меди или алюминия, образуя алюминий-мед, алюминий-сталь,медь-сталь и другие комбинации.

Высокие требования к производительности: на месте сварки должно быть обеспечено низкое сопротивление, высокая проводимость и хорошая механическая прочность;для обеспечения эффективности зарядки и разрядки батареи и долгосрочной стабильности.

* Половое ухо и шина мягкой пачки / цилиндрической батареи

Лазерная сварка алюминия и стали

Трудности сварки:

1 Алюминий и сталь имеют очень разные тепловые свойства, при сварке образуется хрупкое металлическое межметаллическое соединение (ММС), такое как Fe2Al5, Fe4Al13 и т.д., влияет на микроструктуру,электрические и тепловые характеристики соединения, увеличивает внутреннее сопротивление батареи, сокращает срок службы.

2 Производство IMC должно контролироваться во время сварки.

1. Параметры процесса управления

1 Управление тепловым входом: регулируйте мощность лазера, скорость сварки и параметры импульса (частота, коэффициент нагрузки), балансируйте глубину плавления и размер области теплового воздействия,и уменьшить производство IMC.

2 Оптимизировать форму волны импульса: специальная форма волны импульса используется для изменения характеристик теплового цикла, таких как медленный подъем и медленный падение волновой формы для уменьшения температурного градиента и теплового напряжения,и ингибирует быстрое охлаждение, что приводит к появлению большого количества хрупких IMC.

• Используйте средний слой

1 Состав: выбор никеля, сплава на основе кремния и других материалов промежуточного слоя из-за его реакции с алюминиевой сталью.и прочность никелесодержащих ИМК лучше, чем у алюминиевой стали. Si в соединениях Al-Si) влияет на рост соединений Fe-Si оптимизирует механические свойства соединения,и содержание Си тонко регулируется в соответствии с требованиями к материалу и процессу.

2 Толщина: диапазон толщины от μ м до десятков μ м может эффективно регулировать образование IMMC, улучшать производительность и надежность суставов.

• Помощник магнитного поля

1 Направление магнитного поля: вертикальное магнитное поле ингибирует макроскопическое диффузию элементов в бассейне плавления, изменяет конвекцию и морфологию кристаллизации,и уменьшает чрезмерное слияние Fe и Al для образования хрупких IMC; параллельное магнитное поле влияет на микродиффузию растворенных веществ и миграцию границ зерна, и усовершенствует зерна и оптимизирует распределение и ориентацию IMC.

2 Многополевое сотрудничество: в сочетании с магнитным полем и ультразвуком, сотрудничеством магнитного поля и ультразвуковой вибрацией для очистки зерен, удаления стоматологических включений,и улучшить структуру IMCУльтразвуковые вибрации помогают разрушить дендриты и равномерный состав, магнитное поле направляет направление потока металлической жидкости и роста кристаллов,улучшить поведение затвердевания и однородность тканей расплавленного бассейна, уменьшает ломкость IMC и улучшает прочность и электрическую проводимость суставов.

* Лазерная сварка колебания алюминиевой стали (амплитуда колебания 0,2-1,2 мм)

* Микроморфология соединения из нержавеющей стали / алюминиевого сплава а) Нифолиевая фольга б) Нифолиевая фольга нет

Лазерная сварка меди и алюминия

Трудности сварки:

Медь и алюминий имеют разные точки плавления, теплопроводность и коэффициент теплового расширения, образуя Cu 2 Al и Cu 4 Al 3 IMC путем сварки,которые влияют на микроструктуру и механические свойства сварки, и необходимо ингибировать их образование и рост.

1. Оптимизация параметров сварки

1 Сопоставление высокой скорости сварки с низкой мощностью лазера может уменьшить время и прочность теплового ввода и предотвратить образование большого количества IMC.CuAl 2 и другие соединения значительно уменьшаются.

2 Оптимизировать частоту импульсов и рабочий цикл, изменить условия атомной диффузии и реакционной динамики Cu и Al, сделать IMC расти упорядоченно и равномерно распределено,и улучшить совместную работу.

• Наполнители из серебра, никеля и олова изготавливаются из серебра, никеля и оловянных наполнителей или специальной сплавной сварной проволоки, которая может расплавить разрыв наполнения и разбавить элементы основного материала.замедляет прямую реакцию Cu и Al, и уменьшить образование хрупкого ИМК.

Например, содержащий оловянный наполнитель, сварка для формирования фаз Cu6Sn5 и Cu3Sn, изменение формы ткани сустава, снижение общей ломкости, улучшение прочности и прочности.

• Модуляция луча использует колебание луча, вращение или разделение луча и другие методы модуляции для изменения распределения энергии лазера и режима действия.

* Диаграмма Cu-Al SEM (1500W, 30 мм/с)

Лазерная сварка меди и стали

Трудности сварки:

Физические свойства меди и стали очень разные, а при лазерной сварке часто возникают разделение жидкой фазы и термические трещины.такие как проникновение Cu в границу стального зерна, что приводит к тепловым трещинам.

1. Лазерное смещение

Качество сварки может быть эффективно улучшено путем отклонения лазера на медную сторону.

• Колебания луча

При условии колебания кольцевого луча чистой меди и нержавеющей стали, стойкость к трещинам сварки может быть эффективно улучшена.увеличение границы зерна значительно снижает концентрацию напряжения и эффективно контролирует прочность и деформацию сустава.

* Неосциллирующая с осциллирующей SEM

04

Сварка корпуса батареи

* Батарея Tesla 4680

Лазерная сварка алюминиевой батареи

Из-за высокой теплопроводности и высокого коэффициента теплового расширения сварка из алюминиевого сплава легко проявляет трещины и дефекты пор;поверхностная оксидная пленка и примеси легко разлагаются при высокой температуре, что затрудняет выход газа и вызывает поры.

1. Повороты фокуса лазерного луча + вертикальные колебания

Лазерно сварный алюминиевый сплав 1060 использует вертикальное колебание для оптимизации поверхности сварки, уменьшая пористость на 91% при радиусе 0,45 мм.

* Фокусное вращение лазерного луча и вертикальные колебания SEM

• Плоскообразование (четыре луча)

Формирование световых пятен - это четырёхлучевая сварка, которая увеличивает размер небольшого отверстия в расплавленном бассейне, стабилизирует металлический пар, уменьшает брызги и поры и улучшает качество сварки.

* Схема четырех лучей

Оружие для батареи из стали, сварное лазером

Сварка аустенитной нержавеющей стали подвержена термическому трещину, что связано с составом сплава и содержанием примесей.Проблема термического крекинга может быть эффективно решена путем корректировки параметров процесса.

Возбудить:

1 В настоящее время широко используемая длина волны лазерной сварки в основном составляет 1064 нм, использование голубого лазера / зеленого лазера для сварки гетерогенных материалов может иметь хороший эффект.