berita perusahaan tentang Aplikasi las laser di kendaraan listrik: baterai daya

Hari ini kita berbagi aplikasi teknologi las laser di baterai kendaraan listrik, terutama termasuk las elektroda baterai ear-bus, las shell baterai, dll, yang melibatkan Al-Fe, Al-Cu,Pengelasan Cu-Fe dan lain-lain dari bahan yang berbeda.

01

Latar belakang aplikasi

Dalam konteks pemanasan global dan pengurangan emisi gas rumah kaca, kendaraan energi baru, terutama kendaraan listrik, meningkat pesat.membutuhkan teknologi las yang ketat, terutama karena sistem baterai memiliki struktur yang kompleks, termasuk berbagai bahan dan koneksi yang kompleks.,memiliki keterbatasan dalam menangani koneksi bahan elektroda baterai (seperti aluminium, tembaga dan baja).Pengelasan ultrasonik tidak cocok untuk struktur baterai umum kendaraan listrik, dan pengelasan titik resistensi sulit untuk dilas karena konduktivitas tinggi aluminium dan tembaga.

Teknologi las laser adalah pilihan yang ideal karena tidak kontak, kepadatan energi tinggi, kontrol input termal yang tepat dan otomatisasi yang mudah.Hal ini dapat memenuhi kebutuhan las dari bahan yang berbeda dari sistem baterai, seperti las baja aluminium, baja tembaga, las baja tembaga antara elektroda baterai dan bus, dan las cangkang baterai aluminium / baja,yang memainkan peran kunci dalam memastikan keandalan koneksi, dan meningkatkan kinerja dan keselamatan baterai.

02

Jenis baterai daya

Jenis baterai daya

1 Baterai silinder kecil (misalnya model 18650), ukuran standar, keamanan dan biaya yang relatif murah;

2 Baterai prisma besar, yang berkinerja baik dalam hal kepadatan energi dan stabilitas;

3 Baterai polimer lapis lunak, rentan terhadap geometri saat mengisi daya.

* Jenis baterai

Paket baterai terdiri dari beberapa baterai berturut-turut atau berturut-turut dan paralel, yang terhubung melalui busbar.dan keandalan koneksi secara langsung mempengaruhi kinerja dan keselamatan sistem baterai.

* Struktur baterai a) baterai silinder b) baterai prismatik

Keterbatasan teknik pengelasan umum

Pengelasan supersonik

Terutama menggunakan getaran frekuensi tinggi (biasanya 20 kHz dan di atas) untuk membuat bahan membentuk ikatan padat di bawah tekanan untuk mencapai koneksi.

1 Metode ini cocok untuk pengelasan foil tipis, bahan yang berbeda atau bahan konduktif tinggi, terutama diterapkan pada baterai strip.

2 Baterai kendaraan listrik biasanya baterai silinder atau prismatik, yang dapat menghancurkan integritas struktur baterai di bawah kombinasi tekanan dan getaran,Jadi las ultrasonik tidak cocok untuk las baterai kendaraan listrik.

pengelasan titik resistensi

Prinsip kerja terutama adalah menerapkan tekanan pada permukaan kontak benda kerja, dan menggunakan arus besar untuk melelehkan bagian-bagian secara lokal.bahan umum baterai kendaraan listrik adalah aluminium dan tembaga, yang memiliki karakteristik konduktivitas listrik dan konduktivitas panas yang tinggi, sehingga sulit untuk mengelas pengelasan titik resistensi.

03

Baterai tiang telinga dilas dengan bus

Karakteristik las

Kombinasi bahan: bahan telinga tiang baterai seringkali aluminium, tembaga atau baja, bahan bus sebagian besar tembaga atau aluminium, membentuk aluminium-tembaga, aluminium-baja,Tembaga-baja dan kombinasi lainnya.

Persyaratan kinerja yang tinggi: lokasi pengelasan harus memastikan resistensi rendah, konduktivitas tinggi dan kekuatan mekanik yang baik,untuk memastikan efisiensi pengisian dan pengurangan baterai dan stabilitas jangka panjang.

* Pole ear dan bus soft pack / baterai silinder

Pengelasan laser aluminium-baja

Kesulitan pengelasan:

1 Aluminium dan baja memiliki sifat termal yang sangat berbeda, pengelasan akan membentuk senyawa intermetallic logam rapuh (IMC), seperti Fe2Al5, Fe4Al13, dll, mempengaruhi mikrostruktur,kinerja listrik dan kinerja termal sendi, meningkatkan resistensi internal baterai, memperpendek umur layanan.

2 Generasi IMC harus dikontrol selama pengelasan.

1. Parameter proses kontrol

1 Mengontrol input termal: menyesuaikan kekuatan laser, kecepatan las dan parameter pulsa (frekuensi, rasio tugas), menyeimbangkan kedalaman peleburan dan ukuran daerah pengaruh termal,dan mengurangi generasi IMC.

2 Optimalkan bentuk gelombang pulsa: bentuk gelombang pulsa khusus digunakan untuk mengubah karakteristik siklus termal, seperti bentuk gelombang naik lambat dan turun lambat untuk mengurangi gradien suhu dan tekanan termal,dan menghambat pendinginan yang cepat yang mengarah ke sejumlah besar IMCs mudah pecah generasi.

• Gunakan lapisan tengah

1 Komposisi: nikel selektif, paduan berbasis silikon dan bahan lapisan perantara lainnya, karena reaksi dengan baja aluminium.dan ketahanan IMC yang mengandung nikel lebih baik daripada baja aluminium. Si dalam senyawa Al-Si) mempengaruhi pertumbuhan senyawa Fe-Si mengoptimalkan sifat mekanik dari sendi,dan kandungan Si disesuaikan sesuai dengan persyaratan bahan dan proses.

2 Ketebalan: dari μm hingga puluhan μm ketebalan rentang dapat secara efektif menyesuaikan pembentukan IMMC, meningkatkan kinerja sendi dan keandalan.

• Bantuan medan magnet

1 Arah medan magnet: medan magnet vertikal menghambat difusi makroskopik unsur-unsur di kolam lebur, mengubah konveksi dan morfologi kristalisasi,dan mengurangi perpaduan Fe dan Al yang berlebihan untuk membentuk IMC rapuh; medan magnet paralel mempengaruhi difusi mikro larut dan migrasi batas biji-bijian, dan memperbaiki biji-bijian dan mengoptimalkan distribusi dan orientasi IMC.

2 Kolaborasi multi-bidang: dikombinasikan dengan medan magnet dan ultrasound, kolaborasi medan magnet dan getaran ultrasonik untuk memperbaiki biji-bijian, menghilangkan inklusi stomatal,dan meningkatkan struktur IMC. Getaran ultrasonik membantu untuk memecah dendrit dan komposisi seragam, medan magnet membimbing arah aliran cairan logam dan pertumbuhan kristal,meningkatkan perilaku pengerasan dan seragam jaringan kolam cair, mengurangi kerapuhan IMC, dan meningkatkan ketangguhan dan konduktivitas listrik sendi.

* Laser swing welding aluminium-baja (swing amplitudo 0.2-1.2mm)

* Mikromorfologi dari stainless steel / paduan aluminium gabungan a) Ni foil b) tidak ada Ni foil

Pengelasan laser tembaga-aluminium

Kesulitan pengelasan:

Tembaga dan aluminium memiliki titik lebur yang berbeda, konduktivitas termal dan koefisien ekspansi termal, membentuk Cu 2 Al dan Cu 4 Al 3 IMC dengan pengelasan,yang mempengaruhi mikrostruktur dan sifat mekanik las, dan perlu menghambat pembentukan dan pertumbuhan mereka.

1. Optimalisasi parameter las

1 Mencocokkan kecepatan las yang tinggi dengan kekuatan laser yang rendah dapat mengurangi waktu dan kekuatan input termal, dan menghambat pembentukan sejumlah besar IMC.CuAl 2 dan senyawa lainnya berkurang secara signifikan.

2 Mengoptimalkan frekuensi pulsa dan siklus kerja, mengubah kondisi difusi atom dan reaksi dinamika Cu dan Al, membuat IMC tumbuh teratur dan merata didistribusikan,dan meningkatkan kinerja bersama.

• Isi perak, nikel dan timah terbuat dari bahan pengisi berbasis perak, nikel dan timah atau kawat las paduan khusus yang dapat melelehkan celah pengisian dan mencairkan elemen bahan dasar,memperlambat reaksi langsung Cu dan Al, dan mengurangi produksi IMC rapuh.

Misalnya, yang mengandung bahan pengisi timah, pengelasan untuk membentuk fase Cu6Sn5 dan Cu3Sn, mengubah bentuk jaringan sendi, mengurangi kerapuhan keseluruhan, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan.

• Modulasi sinar menggunakan osilasi sinar, rotasi atau pemisahan sinar dan teknik modulasi lainnya untuk mengubah distribusi energi laser dan mode tindakan.

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

Pengelasan laser tembaga-baja

Kesulitan pengelasan:

Sifat fisik tembaga dan baja sangat berbeda, dan pemisahan fase cair dan retakan termal cenderung terjadi selama las laser,seperti Cu infiltrasi ke dalam batas biji baja, yang menyebabkan retakan termal.

1. Laser offset

Kualitas las dapat ditingkatkan secara efektif dengan mengalihkan laser ke sisi tembaga.

• Osilasi balok

Di bawah kondisi osilasi balok cincin tembaga murni dan baja tahan karat, ketahanan retak las dapat secara efektif ditingkatkan.peningkatan batas butir secara signifikan mengurangi konsentrasi stres dan secara efektif mengontrol kekuatan sendi dan deformasi.

* Unoscillating dengan oscillating SEM

04

Pengelasan shell baterai

* Tesla 4680 Baterai

Pengelasan laser dari shell baterai aluminium

Karena konduktivitas termalnya yang tinggi dan koefisien ekspansi termal yang besar, las paduan aluminium mudah menunjukkan retakan dan cacat pori;film oksida permukaan dan kotoran mudah terurai pada suhu tinggi, membuat gas sulit untuk keluar dan menyebabkan pori-pori.

1. Rotasi fokus sinar laser + osilasi vertikal

Laser las 1060 paduan aluminium menggunakan osilasi vertikal untuk mengoptimalkan permukaan las, mengurangi porositas sebesar 91% pada jari-jari 0,45mm.

* Rotasi fokus sinar laser dan osilasi vertikal SEM

• Bentuk titik (empat balok)

Pembentukan titik cahaya adalah las empat balok, yang meningkatkan ukuran lubang kecil di kolam cair, menstabilkan uap logam, mengurangi percikan dan pori-pori, dan meningkatkan kualitas las.

* Skema empat balok

Shell baterai baja dengan las laser

Pengelasan stainless steel austenitic rentan terhadap retakan termal, yang terkait dengan komposisi paduan dan kandungan kotoran.Masalah thermal cracking dapat secara efektif diselesaikan dengan menyesuaikan parameter proses.

Membangkitkan:

1 Saat ini, panjang gelombang las laser yang umum digunakan sebagian besar adalah 1064nm, menggunakan las laser biru / laser hijau bahan heterogen dapat memiliki efek yang baik.