فرآیند تولید باتری نیرو: فناوری جوشکاری لیزری توضیح داده شده است

در پس زمینه توسعه سریع صنعت خودروهای انرژی جدید، کیفیت ساخت باتری های قدرت، به عنوان یکی از اجزای اصلی خودرو، به طور مستقیم بر ایمنی، عمر چرخه و چگالی انرژی خودرو تأثیر می گذارد. سیستم های باتری قدرت معمولاً از سلول ها، ماژول های باتری و بسته های باتری (PACK) تشکیل شده اند. ساختار داخلی آنها شامل اتصالات مواد فلزی متعدد، از جمله زبانه های الکترود، قطعات اتصال رسانا، محفظه باتری و ساختارهای کپسوله است. در میان این لینک‌های اتصال حیاتی، جوشکاری لیزری با چگالی انرژی بالا، پردازش غیرتماسی و سازگاری بالای اتوماسیون، به تدریج به یکی از فرآیندهای مهم در تولید باتری‌های قدرت تبدیل شده است. به خصوص در ساختارهای پوشش آلیاژ آلومینیوم، مانند محفظه آلومینیومی باتری یا قاب سلول منشوری، جوشکاری لیزری می‌تواند به اتصالات مهر و موم شده با دقت بالا{5} دست یابد و یک محیط محصورسازی پایدار و قابل اعتماد برای فضای داخلی باتری فراهم کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فرآیند تولید باتری‌های برق معمولاً شامل مراحل متعددی است، مانند تولید سلولی، مونتاژ{0}مرحله میانی و ادغام PACK در انتهای{1}. در این مراحل، جوشکاری لیزری به طور گسترده در فرآیندهای کلیدی مانند جوشکاری زبانه ای، جوشکاری نقطه ای الکترود، پیش{3}}جوشکاری سلولی، جوشکاری آب بندی پوشش و پوشش بالایی و آب بندی پورت تزریق مایع استفاده می شود. در همین حال، در مرحله مونتاژ ماژول پایین دست و PACK، فرآیندهایی مانند جوشکاری قطعه اتصال، جوش-دریچه ضد انفجار، و جوشکاری ترمینال باتری نیز باید تکمیل شوند. این ساختارها اغلب مستقیماً در اجزای ساختاری مانند جعبه های باتری منشوری آلیاژ آلومینیوم یا پوسته های آلومینیومی برای سلول های باتری لیتیوم یونی ادغام می شوند. بنابراین، کیفیت جوش نقش تعیین کننده ای در عملکرد آب بندی باتری، استحکام ساختاری و پایداری حرارتی دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در ساختار سلولی، جوشکاری آب بندی بین محفظه باتری و صفحه پوششی یکی از حیاتی ترین مراحل ساخت است. بدنه باتری های برق معمولاً از آلیاژ آلومینیوم سری 3003 ساخته می شوند که ضخامت آن معمولاً بین 0.6 تا 0.8 میلی متر کنترل می شود. جوش های با کیفیت بالا بین پوشش و صفحه پوشش را می توان از طریق جوشکاری لیزری پالسی کم-به دست آورد، بنابراین یک فضای ثابت و مهر و موم شده را تشکیل می دهد. برای سلول‌های منشوری، این ساختار معمولاً به‌عنوان یک پوسته آلومینیومی سلولی منشوری یا یک پوسته آلومینیومی برای باتری‌های لیتیوم{8}} منشوری نشان داده می‌شود. در تولید واقعی، عیوب جوشکاری عمدتاً شامل نفوذ ناقص، تخلخل و فروپاشی جوش است. این عیوب مستقیماً بر عملکرد آب بندی و مقاومت فشاری بدنه باتری تأثیر می گذارد و در نتیجه بر عمر باتری و عملکرد ایمنی تأثیر می گذارد. جوشکاری ترمینال باتری یک ساختار اتصال حیاتی برای هدایت جریان در باتری های قدرت است. ترمینال ها به طور کلی به الکترودهای مثبت و منفی تقسیم می شوند که الکترود مثبت معمولاً از آلومینیوم و الکترود منفی از مس ساخته می شود.

 

چندین سلول را می توان به صورت سری یا موازی با استفاده از کانکتورهای جوشکاری وصل کرد تا یک ماژول باتری کامل را تشکیل دهد. ترمینال ها معمولاً با درپوش باتری یکپارچه می شوند و در ساختار بالایی پوسته آلومینیومی سلول لیتیومی یا پوسته آلومینیومی باتری سلول لیتیومی نصب می شوند. در جوشکاری واقعی، جوشکاری ترمینال مستعد عیوبی مانند منافذ است که عمدتاً به دلیل قطر کم ناحیه جوش و تمایل به باقی ماندن ناخالصی هایی مانند روغن کوبنده یا مواد تمیزکننده است. این ناخالصی‌ها تحت تابش لیزر با{3}}انرژی{4} با چگالی بالا، به سرعت تبخیر می‌شوند و حباب‌هایی را تشکیل می‌دهند که فرار کرده و حفره‌های جوش ایجاد می‌کنند. بنابراین، تمیز کردن قبل از جوشکاری و بهینه سازی منحنی توان لیزری اهمیت ویژه ای دارد.

 

جوشکاری دریچه ضد انفجار{0}}یک جزء مهم از ساختار ایمنی باتری های قدرت است. دریچه‌های ضد انفجار معمولاً روی درپوش باتری نصب می‌شوند و عملکرد آنها این است که در صورت افزایش غیرعادی فشار داخلی باتری، به طور فعال پاره می‌شوند و فشار را آزاد می‌کنند، بنابراین از حوادث انفجار باتری جلوگیری می‌کنند. دریچه‌های ضد انفجار معمولاً از دو لایه لیزر ورق‌های آلومینیومی ساخته می‌شوند-که به یکدیگر جوش داده شده‌اند و فشار انفجار آنها معمولاً بین 0.4 تا 0.7 مگاپاسکال کنترل می‌شود. این ساختار اغلب در بسته بندی جعبه های باتری آلومینیومی خودروهای انرژی جدید یا بسته های باتری با محفظه های آلومینیومی ادغام می شود، بنابراین نیاز به کنترل بسیار دقیق روی آب بندی جوش و ورودی گرما دارد. انرژی بیش از حد یا ناکافی جوش می‌تواند منجر به فشارهای ماشه ناپایدار در{10}شیر ضد انفجار شود و بر عملکرد ایمنی کلی باتری تأثیر بگذارد.

 

در طول ساخت ماژول باتری، جوشکاری آداپتور یک فرآیند مهم است که سلول باتری را به صفحه پوشش متصل می کند. آداپتور نه تنها به رسانایی خوب نیاز دارد، بلکه باید بارهای جریان قابل توجهی و تنش های مکانیکی را نیز تحمل کند. در طرح‌های عملی، آداپتور معمولاً به محفظه باتری آلومینیومی عمیق یا بسته آلومینیومی جوش داده می‌شود و اتصال پایداری با زبانه‌های سلول ایجاد می‌کند. از آنجایی که مس دارای جذب لیزر کم و بازتابش بالا است، برای اطمینان از نفوذ جوش و استحکام باند، چگالی انرژی بالاتری در طول جوشکاری فلزات غیرمشابه مس{3}}آلومینیوم مورد نیاز است. به طور همزمان، کنترل دقیق پاشش برای جلوگیری از ورود ذرات به سلول باتری و ایجاد اتصال کوتاه ضروری است.

 

در سیستم های بسته باتری قدرت، کیفیت جوش ماژول های باتری به طور مستقیم بر یکنواختی فعلی و عملکرد مدیریت حرارتی کل سیستم تأثیر می گذارد. یک ماژول باتری شامل چندین سلول است که به صورت سری و موازی به هم متصل شده اند و همچنین برای نظارت و حفاظت به یک سیستم مدیریت باتری (BMS) نیاز دارد. در این ساختار پیچیده، جوش قطعات اتصال معمولاً به تجهیزات لیزری با قدرت{2} بالا برای دستیابی به جوشکاری پایدار مواد ضخیم مس یا آلومینیوم نیاز دارد. به عنوان مثال، در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ یا بسته‌های وسایل نقلیه انرژی جدید، ساختار اتصال معمولاً در چارچوب ساختاری یک پوسته آلومینیومی برای سلول‌های فسفات آهن لیتیوم یا یک پوسته آلومینیومی برای باتری‌های لیتیوم یونی منشوری نصب می‌شود تا از استحکام ساختاری و قابلیت اطمینان الکتریکی ماژول اطمینان حاصل شود.

 

اگرچه جوشکاری لیزری مزایای قابل توجهی در تولید باتری های قدرت دارد، چالش های فنی متعددی در جوشکاری مواد آلیاژ آلومینیوم باقی مانده است. اول، بحث تخلخل وجود دارد. به دلیل حلالیت بالای هیدروژن در حوضچه آلیاژ آلومینیوم مذاب، منافذ هیدروژن به راحتی در طی انجماد سریع تشکیل می شوند. علاوه بر این، فروپاشی سوراخ سوزن در حین جوشکاری لیزری نیز می تواند نقص های تخلخل ایجاد کند. دوم، بحث ترک داغ وجود دارد. از آنجایی که آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای یوتکتیک معمولی هستند، ترک‌های مایع‌گرایی مرز دانه‌ای مستعد ایجاد ترک در هنگام سرد شدن جوش هستند و در نتیجه استحکام اتصال جوش را کاهش می‌دهند. این مشکلات به ویژه در جوشکاری اجزای ساختاری حیاتی مانند پوسته‌های آلومینیومی برای سلول‌های لیتیوم{6} یون باتری یا جعبه‌های باتری منشوری آلیاژ آلومینیوم رایج است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

یکی دیگر از عیب های رایج، پاشش جوش است که به آن «پاشیده» نیز می گویند. این پدیده معمولاً به دلیل آلودگی سطحی مواد، چگالی بیش از حد انرژی لیزر یا پایداری ناکافی پرتو لیزر ایجاد می شود. هنگامی که منافذ یا برآمدگی‌هایی روی سطح مواد در ناحیه جوش وجود دارد، لیزر پرانرژی به سرعت می‌تواند باعث تبخیر موضعی و در نتیجه پاشش فلز شود. برای ماژول های باتری نصب شده در پوسته های آلومینیومی سلول منشوری یا سازه های محفظه آلومینیومی باتری، ورود پاشش به سلول می تواند منجر به خرابی عایق یا خطرات اتصال کوتاه شود. بنابراین، در تولید واقعی، مشکلات پاشش باید با بهینه سازی پارامترهای لیزر، بهبود تمیزی مواد و کنترل مناسب اندازه نقطه کاهش یابد.

 

فرآیندهای جوشکاری نیز در ساختارهای مختلف باتری متفاوت است. به عنوان مثال، در فرآیند جوشکاری زبانه‌ای باتری‌های کیسه‌ای، ابزار خاصی برای فشار دادن زبانه‌ها برای اطمینان از شکاف جوش پایدار مورد نیاز است و در نتیجه به یک مسیر جوش S شکل یا مارپیچی می‌رسد. برای باتری‌های استوانه‌ای، جوشکاری عمدتاً در ناحیه اتصال الکترود مثبت متمرکز می‌شود، زیرا پوسته الکترود منفی نازک‌تر است و مستعد سوختن-از طریق آن است. باتری‌های منشوری عمدتاً از روش جوشکاری پوسته-و-درپوش کپسوله‌سازی استفاده می‌کنند که معمولاً به ساختارهای-جوش داده شده و جانبی- تقسیم می‌شوند. روش‌های جوشی{10}جانب، خطر ورود پاشش به سلول را کاهش می‌دهند، اما به استانداردهای بالاتر تمیزی مواد و پایداری تجهیزات نیاز دارند. روش‌های جوش{12}بالا برای تولید انبوه مناسب‌تر هستند، اما به تکنیک‌های پردازش پوسته دقیق‌تری نیاز دارند. این سازه‌های جوشی معمولاً در ساختارهای پوشش باتری، مانند پوسته‌های آلومینیومی برای باتری‌های لیتیوم{14} منشوری یا جعبه‌های باتری آلومینیومی خودروهای انرژی جدید استفاده می‌شوند.

 

به طور کلی، با توسعه وسایل نقلیه انرژی جدید و صنایع ذخیره‌سازی انرژی، تولید باتری‌های قدرت به سمت دقت، اتوماسیون و هوشمندی بالاتر در حال تکامل است. فناوری جوش لیزری با مزایای بازده بالا، تاثیر حرارت کم و قابلیت کاربرد در ساختارهای پیچیده، به یک فرآیند تولید کلیدی در تولید باتری های برق تبدیل شده است. از بسته بندی سلولی گرفته تا مونتاژ ماژول و ادغام سیستم PACK، فناوری جوش لیزری در کل فرآیند تولید اجرا می شود و درجه بالایی از هم افزایی را با اجزای ساختاری کلیدی مانند سلول های لیتیومی، پوسته های آلومینیومی و بسته های باتری با محفظه های آلومینیومی تشکیل می دهد.

 

 

در فرآیند تولید باتری‌های نیرو، روکش‌های باتری با کیفیت-نه تنها به خواص مواد عالی نیاز دارند، بلکه باید بتوانند با فرآیندهای جوشکاری دقیق سازگار شوند. شرکت ما در تحقیق، توسعه و ساخت اجزای ساختاری برای باتری‌های انرژی جدید، ارائه انواع راه‌حل‌های{2}}حفظ باتری با دقت بالا، از جمله محفظه باتری آلومینیومی عمیق، محفظه سلولی منشوری، و پوسته‌های آلومینیومی برای سلول‌های باتری لیتیوم-. این قطعات از آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا ساخته می‌شوند و از طریق فرآیندهای مهر زنی دقیق و کشش عمیق ساخته می‌شوند و نیازهای سخت باتری‌های قدرت را از نظر آب‌بندی، استحکام ساختاری و جوش‌پذیری برآورده می‌کنند.

 

محصولات ما به طور گسترده در سیستم‌های باتری خودروهای انرژی جدید، سیستم‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی، و ماژول‌های باتری با کارایی بالا استفاده می‌شوند و به مشتریان مسکن آلومینیومی و باتری قابل اعتماد ارائه می‌کنند.بسته بندی مسکن آلومینیومیراه حل هایی برای کمک به بهبود ایمنی و راندمان ساخت سیستم های باتری.