وضعیت فعلی و چشم انداز توسعه فناوری جوش لیزری برای باتری های قدرت

در پس زمینه توسعه سریع صنعت خودروهای انرژی جدید، باتری های نیرو، به عنوان واحد انرژی اصلی کل سیستم خودرو، مستقیماً سطح عملکرد کلی خودرو را از طریق ایمنی، قابلیت اطمینان و ثبات خود تعیین می کنند. از سلول‌های منفرد گرفته تا ماژول‌ها و سپس تا کل بسته باتری، کیفیت جوش یکی از عوامل کلیدی موثر بر عمر باتری، عملکرد ایمنی و بازده در تولید در مقیاس بزرگ است. در میان روش‌های مختلف جوشکاری، جوش لیزری به دلیل چگالی انرژی بالا، دقت بالا و قابلیت‌های اتوماسیون بالا، به یک فرآیند کلیدی ضروری در ساخت باتری‌های قدرت تبدیل شده است.

 

 

برای برآورده کردن نیازهای توسعه سبک وزن و{0}}تراکم انرژی بالا در وسایل نقلیه انرژی جدید، معمولاً از مواد آلیاژ آلومینیوم برای تأمین انرژی اجزای ساختاری باتری استفاده می‌شود. قطعاتی مانند محفظه سلول، پوشش ها و شینه ها معمولاً از آلیاژهای آلومینیومی سری 1- یا سری 3 استفاده می کنند که دارای رسانایی، مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری خوبی هستند. در برخی مناطق که نیاز به رسانایی بالا دارند، از مواد کامپوزیت مس یا آلومینیوم-مس استفاده می شود.

 

با این حال، آلیاژهای آلومینیوم خود واکنش‌پذیری شیمیایی بالا، هدایت حرارتی بالا و ضریب انبساط خطی بالایی دارند و سطح آن‌ها به راحتی یک لایه اکسید متراکم را تشکیل می‌دهد و آن‌ها را به شدت مستعد نقص‌هایی مانند تخلخل، پاشش، ترکیدگی و ترک‌های داغ در حین جوشکاری می‌کند. علاوه بر این، در اتصال مواد غیرمشابه آلومینیوم{1}}مس، ممکن است ترکیبات بین فلزی شکننده ایجاد شود که استحکام اتصال را کاهش دهد. این خواص مواد، تقاضاهای بسیار بالایی را برای کنترل انرژی، شکل‌دهی پایداری و ثبات فرآیند جوشکاری ایجاد می‌کند.

 

 

تولید باتری قدرت معمولاً شامل سه مرحله اصلی است: سلول، ماژول و بسته. پوشش خارجی بسته باتری در درجه اول پشتیبانی و حفاظت ساختاری را فراهم می کند، معمولاً از پروفیل های آلیاژ آلومینیوم ضخیم تر استفاده می کند و جوشکاری آن عمدتاً با استفاده از جوش قوس الکتریکی یا جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام می شود.

 

در مقابل، اجزای داخلی سلول‌ها و ماژول‌ها اندازه کوچکی دارند، ساختار دقیقی دارند و نیاز به فاصله جوش تنگ دارند، که تعادل کیفیت جوش و سرعت تولید را برای روش‌های جوشکاری سنتی دشوار می‌کند. جوشکاری لیزری با چگالی توان بالا، دسترسی خوب و ویژگی‌های پردازش غیرتماسی، به فرآیند ترجیحی برای محفظه‌های سلول باتری، پوشش‌ها، دریچه‌های ضد انفجار-، شینه‌ها و سایر اجزا تبدیل شده است. این به طور گسترده ای در ساختارهای باتری منشوری با محفظه آلومینیومی، مانند صفحات پوشش باتری برق، صفحات پوشش باتری لیتیوم{5} یون و جعبه های آلومینیومی باتری لیتیومی استفاده می شود.

 

 

محفظه ها و پوشش های باتری در درجه اول برای آب بندی الکترولیت و ایجاد پشتیبانی ساختاری پایدار برای الکترودهای داخلی استفاده می شوند. کیفیت جوش به طور مستقیم عملکرد آب بندی و مقاومت فشار باتری را تعیین می کند. مواد رایج شامل آلیاژ آلومینیوم Al3003 با ضخامت معمولاً بین 0.3 تا 0.5 میلی متر است. این ناحیه اغلب از فرآیندهای جوشکاری لیزر کامپوزیت یا لیزر حلقه ای استفاده می کند.

 

در تولید واقعی، این جوش ها مستعد نقص هایی مانند نفوذ ناقص، تخلخل، فروپاشی و پاشش هستند. با کنترل منطقی حرارت ورودی، سرعت جوش و توزیع انرژی لیزر، عمق نفوذ را می توان به طور موثر تثبیت کرد و الزامات مقاومت فشار برآورده شد. با پیشرفت های تکنولوژیکی، مدولاسیون شکل موج پالس و جوشکاری لیزری با سرعت بالا و پیوسته به تدریج به راه حل های اصلی تبدیل شده اند و به طور قابل توجهی بازده تولید را بهبود می بخشند و یکنواختی جوش را افزایش می دهند.

 

برای بهبود بیشتر کیفیت داخلی جوش، جوشکاری اسکن گالوانومتر و فناوری نوسان لیزری در جوشکاری پوشش باتری معرفی شده است. هم زدن دینامیکی حوضچه مذاب، خروج حباب را تسریع می کند و ساختار دانه را اصلاح می کند، در نتیجه خواص مکانیکی و قابلیت اطمینان آب بندی اتصال جوش را بهبود می بخشد. این فرآیندها به طور گسترده در ساخت اجزای ساختاری مانند پوسته های آلومینیومی سلول منشوری و پوشش باتری های آلومینیومی استفاده می شود.

 

 

دریچه های ضد انفجار{0}}قطعات حیاتی در سیستم های ایمنی باتری قدرت هستند. هنگامی که فشار داخلی باتری به طور غیر عادی افزایش می یابد، پارگی کنترل شده باعث آزاد شدن گاز می شود و از فرار حرارتی و انفجار جلوگیری می کند. شیرهای ضد انفجار معمولاً از ورقه‌های آلومینیومی خالص ساخته می‌شوند که فقط 0.08-0.1 میلی‌متر ضخامت دارند و به حرارت ورودی جوشکاری بسیار حساس هستند.

 

در طول جوشکاری لیزری، چگالی توان بیش از حد بالا می‌تواند به راحتی منجر به گرم شدن بیش از حد و سوراخ شدن{0}}شیر ضد انفجار شود، در حالی که خروج شدید گاز از حوضچه مذاب می‌تواند باعث ایجاد نقص در منافذ شود. با بهینه سازی طراحی شکل موج لیزری، معرفی یک مقدار پیک کوتاه مدت-در مرحله اولیه جوشکاری برای بهبود جذب مواد، و کاهش تدریجی انرژی خروجی در مراحل بعدی، می‌توان به طور موثر از سوختن- و در عین حال اطمینان از یکپارچگی جوش جلوگیری کرد.

 

علاوه بر این، تقویت تمیز کردن قبل از جوشکاری برای کاهش باقیمانده روغن و رطوبت، و کنترل شکاف‌های مونتاژ از طریق یک توالی جوش مناسب، ابزارهای مهمی برای کاهش عیوب تخلخل هستند. این اقدامات بهینه‌سازی فرآیند با موفقیت در ساختارهایی مانند سرپوش باتری لیتیومی و درب بالایی برای سلول‌های باتری منشوری اعمال شده‌اند.

 

 

با گسترش سریع خودروهای انرژی جدید و بازارهای ذخیره‌سازی انرژی، تقاضا برای فرآیندهای جوشکاری با-سازگاری و{1} قابلیت اطمینان بالا برای باتری‌های قدرت همچنان در حال افزایش است. جهت توسعه آینده فناوری جوش لیزری عمدتاً بر جنبه های زیر متمرکز است:

 

اول، استفاده از منابع لیزری با چگالی توان بالاتر و کنترل انرژی دقیق تر برای رفع نیازهای جوشکاری سازه های نازک تر و پیچیده تر. دوم، نظارت آنلاین و{0}}کنترل حلقه بسته فرآیند جوشکاری برای بهبود پایداری جوش از طریق-تشخیص واقعی وضعیت حوضچه مذاب. و سوم، بهینه سازی فرآیند برای اتصال مواد غیر مشابه مانند آلومینیوم و مس برای رفع نیازهای توسعه ساختارهای باتری جدید و اجزای مواد مرکب مانند صفحات دو قطبی دو فلزی مس و آلومینیوم.

 

در همین حال، با ادامه پذیرش گسترده ساختارهای باتری منشوری در وسایل نقلیه انرژی جدید، استانداردسازی و کاربرد فرآیندهای جوشکاری لیزری در مقیاس بزرگ برای اجزایی مانند جعبه‌های باتری منشوری آلیاژ آلومینیوم، محفظه‌های آلومینیومی باتری و پوسته‌های آلومینیومی قابل شارژ به یک جهت مهم برای تکامل فناوری در صنعت تبدیل خواهد شد.

 

 

فناوری جوش لیزری عمیقاً در کل فرآیند تولید باتری های قدرت ادغام شده است و پشتیبانی مهمی را برای دستیابی به ایمنی بالا، سازگاری بالا و تولید با راندمان بالا ارائه می دهد. با تکامل مداوم سیستم های مواد، طراحی سازه و سرعت ساخت، جوشکاری لیزر همچنان نقش اصلی را در زمینه ایفا می کند.باتری‌های برقی{0}}قابی آلومینیومیو چشم انداز کاربرد گسترده تری را در صنعت انرژی های جدید آینده نشان خواهد داد.