01 Ievads
Laikā, kad globālā automobiļu rūpniecība pāriet uz elektrifikāciju, jaudas akumulatori kā jaunu enerģijas transportlīdzekļu galvenais enerģijas avots nosaka elektrisko transportlīdzekļu konkurētspēju tirgū, ņemot vērā to veiktspēju, drošību un izmaksas. Strāvas akumulatoru ražošana ir sarežģīts process, kas ietver starpdisciplināras zināšanas, tostarp materiālu zinātni, elektroķīmiju un precīzijas inženieriju. Augstas-kvalitātes savienojuma tehnoloģija ir būtiska saikne visā šajā procesā. Tradicionālās savienošanas metodes, piemēram, pretestības metināšana un ultraskaņas metināšana, arvien vairāk uzrāda ierobežojumus-, piemēram, lielu termisko efektu, sliktu konsistenci un šauru procesa parametru logu-apmēru, automatizētu strāvas akumulatoru ražošanu un apstrādājot augstas siltumvadītspējas materiālus, piemēram, varu un alumīniju. Lāzermetināšanas tehnoloģija ar augstu enerģijas blīvumu, kontrolējamu siltuma ievadi, bezkontakta raksturu un vieglu automatizāciju atbilst striktajām akumulatoru ražošanas prasībām attiecībā uz precizitāti, efektivitāti un uzticamību, un tā ir kļuvusi par pamatprocesu visā darbplūsmā no šūnu ražošanas līdz akumulatoru komplekta montāžai. Šī raksta mērķis ir ilustrēt lāzermetināšanas tehnoloģijas specifiskos pielietojumus dažādos barošanas akumulatoru ražošanas posmos un apkopot tās nozīmīgo lomu akumulatoru nozares attīstības veicināšanā.
02 Pielietojums akumulatora elementu ražošanas posmā
Akumulatora elements ir barošanas akumulatora pamatvienība, un tā ražošanas precizitāte un blīvējums ir būtiskas akumulatora drošības un veiktspējas garantijas. Lāzermetināšanu galvenokārt izmanto akumulatora elementu precīzai savienošanai un galīgai blīvēšanai. Pirmkārt, elektriskajiem savienojumiem akumulatora elementa iekšpusē, cilpiņu metināšanai izmanto lāzermetināšanu. Pēc uztīšanas vai sakraušanas procesa pabeigšanas ir nepieciešams stingri sametināt pozitīvā (alumīnija folija) un negatīvā (vara folija) elektrodu izciļņus, kas var sastāvēt no desmitiem vai pat simtiem slāņu, kopā ar strāvas kolektoriem un izveidot uzticamu elektrisko ceļu ar ārējiem spailēm vai savienojošiem materiāliem, kā parādīts 1. attēlā. veido metināšanas punktus ar zemu pretestību un augstu izturību. Tā priekšrocība ir minimālā siltuma-ietekmētā zona, kas efektīvi novērš blakus esošo separatoru un aktīvo materiālu siltuma bojājumus, tādējādi saglabājot akumulatora elementa elektroķīmisko veiktspēju.
Otrkārt, akumulatoru elementu pēdējā iepakošanas stadijā lāzera metināšana ir viena no efektīvajām metodēm, lai panāktu hermētisku blīvējumu. Tajā pašā laikā tiek izmantota lāzera metināšana, lai savienotu augšējo vāku un korpusu gan kvadrātveida alumīnija apvalka akumulatoros, gan cilindriskā tērauda korpusa akumulatoros. Precīzi kontrolējot lāzera jaudu, ātrumu un fokusa pozīciju, uz korpusa var izveidot nepārtrauktu, gludu un blīvu metināšanas šuvi, kas efektīvi novērš elektrolīta noplūdi un ārējā mitruma iekļūšanu, nodrošinot akumulatora elementa ķīmisko stabilitāti visā tā kalpošanas laikā. Maisiņu šūnām tiek izmantota lāzermetināšana augšējā blīvējuma un sānu blīvējuma procesos, metinot izvirzītās cilpas pie savienojošajiem un aizsargājošajiem pārejas elementiem (parasti ar niķelētu varu vai alumīniju). Tā bezkontakta raksturs nodrošina iepakošanas efektivitāti un bez bojājumiem alumīnija-plastmasas plēves iepakojuma materiālam, kā parādīts 2. attēlā.
03 Akumulatoru moduļu un akumulatoru komplektu pielietojums montāžas stadijā ietver atsevišķu elementu integrēšanu moduļos un akumulatoru komplektos, kam nepieciešams liels elektrisko savienojumu un konstrukcijas stiprinājums. Šis ir posms, kurā lāzermetināšana ir visvairāk koncentrēta un tehniski sarežģītākā. Attiecībā uz elektriskajiem savienojumiem galvenais pielietojums ir sērijveida un paralēlā metināšana starp elementiem. Savienojot kopnes (parasti alumīnija vai vara stieņus) ar elementu spailēm, tiek konstruēta visa akumulatora bloka elektriskās ķēdes sistēma.
Grūtības šajā procesā ir saistītas ar: 1) materiālu raksturlielumu izaicinājumiem-varam un alumīnijam ir augsta atstarošana pret parasti izmantotajiem infrasarkanajiem lāzeriem un augsta siltumvadītspēja, kas apgrūtina metināšanu; 2) dažādu materiālu savienošana, piemēram, savienojums starp vara kopnēm un alumīnija spailēm, kas var veidot trauslus intermetāliskus savienojumus (IMC), kas ietekmē savienojuma ilgtermiņa uzticamību. Lai risinātu šīs problēmas, nozare ir izstrādājusi progresīvus procesus, piemēram, oscilējošu lāzermetināšanu, hibrīdmetināšanu (piemēram, lāzera -loka) un jaunu viļņa garuma lāzeru, piemēram, zaļo vai zilo lāzeru, izmantošanu. Šīs tehnoloģijas efektīvi nomāc defektus, piemēram, šļakatas un porainību, un kontrolē IMC slāņa biezumu, paplašinot izkusušo baseinu, uzlabojot maisīšanu un palielinot enerģijas absorbciju, tādējādi panākot elektriskos savienojumus. Strukturālo savienojumu ziņā liela nozīme ir arī lāzermetināšanai. Piemēram, to var izmantot konstrukciju komponentiem, piemēram, moduļa sānu plāksnēm un gala plāksnēm, kas nostiprina šūnas, kā arī savienot akumulatora korpusa korpusu un vāku. Salīdzinot ar tradicionālajiem skrūvju vai kniežu savienojumiem, lāzermetināšana var sasniegt augstāku integrācijas pakāpi un konstrukcijas izturību, kas palīdz uzlabot akumulatora bloka izturību pret vibrācijām un triecieniem. Turklāt akumulatoru pārvaldības sistēmu sprieguma un temperatūras sensoru uztveršanas ķēdēs arvien biežāk tiek veiktas nelielas šuves, izmantojot lāzermetināšanu, lai nodrošinātu signāla uztveršanas ilglaicīgu stabilitāti un uzticamību.
04 Kopsavilkums Lāzermetināšanas tehnoloģija ar savu augsto precizitāti, ātrumu un uzticamību ir integrēta katrā jaudas bateriju ražošanas posmā. Lāzermetināšanai ir neaizvietojama galvenā loma, sākot no mikromēroga elementu cilpas metināšanas līdz makro mēroga akumulatora bloka konstrukcijas savienojumiem, no hermētiskā iepakojuma, kas nodrošina elementu drošību, līdz zemas-pretestības elektriskiem savienojumiem, kas nosaka akumulatora veiktspēju. Tas ne tikai efektīvi atrisina problēmas, kas saistītas ar grūti --metināmu materiālu, piemēram, vara un alumīnija, apstrādi, izpildot liela mēroga- automatizētas ražošanas efektivitātes un konsekvences prasības, bet arī maksimāli aizsargā akumulatora elektroķīmisko veiktspēju, precīzi kontrolējot metināšanas karstumu. Lāzermetināšanas tehnoloģijas nobriešana un attīstība ir kļuvusi par galveno tehnoloģisko dzinēju, kas veicina jaudas akumulatora enerģijas blīvuma palielināšanos, ražošanas izmaksu samazināšanos un drošības uzlabojumus, nodrošinot stabilu ražošanas pamatu globālo jaunu enerģijas transportlīdzekļu nozares straujai attīstībai.
