Современное состояние и перспективы развития технологии лазерной сварки аккумуляторных батарей

На фоне быстрого развития автомобильной промышленности на новой энергии силовые аккумуляторы, как основная энергетическая единица всей системы автомобиля, напрямую определяют общий уровень производительности автомобиля благодаря своей безопасности, надежности и стабильности. Качество сварки — от отдельных элементов до модулей, а затем и всего аккумуляторного блока — является одним из ключевых факторов, влияющих на срок службы аккумулятора, показатели безопасности и производительность в крупномасштабном-производстве. Среди различных методов сварки лазерная сварка благодаря своей высокой плотности энергии, высокой точности и высоким возможностям автоматизации стала незаменимым ключевым процессом в производстве аккумуляторов.

 

 

Чтобы удовлетворить потребности в разработке легких и-высокоэнергетических транспортных средств на новых источниках энергии, материалы из алюминиевых сплавов обычно используются для структурных компонентов силовых аккумуляторов. В таких компонентах, как корпуса ячеек, крышки и шины, обычно используются алюминиевые сплавы серии 1- или серии 3, которые обладают хорошей проводимостью, коррозионной стойкостью и пластичностью. В некоторых областях, требующих высокой проводимости, используются медные или алюминиево-медные композиционные материалы.

 

Однако сами алюминиевые сплавы обладают высокой химической активностью, высокой теплопроводностью и высоким коэффициентом линейного расширения, а на их поверхности легко образуется плотная оксидная пленка, что делает их очень восприимчивыми к таким дефектам, как пористость, брызги, разрывы и горячие трещины во время сварки. Кроме того, при соединении разнородных материалов алюминий-медь могут образовываться хрупкие интерметаллические соединения, снижающие прочность соединения. Эти свойства материала предъявляют чрезвычайно высокие требования к контролю энергии, стабильности штамповки и постоянству сварочного процесса.

 

 

Производство силовых батарей обычно включает три основных этапа: элемент, модуль и аккумулятор. Внешний корпус аккумуляторной батареи в первую очередь обеспечивает структурную поддержку и защиту, обычно с использованием более толстых профилей из алюминиевого сплава, а его сварка в основном выполняется с помощью дуговой сварки или сварки трением с перемешиванием.

 

Напротив, внутренние компоненты ячеек и модулей имеют небольшие размеры, имеют точную структуру и требуют малого расстояния между сварными швами, что затрудняет совмещение качества сварки и скорости производства с помощью традиционных методов сварки. Лазерная сварка, благодаря высокой плотности мощности, хорошей доступности и характеристикам бесконтактной обработки, стала предпочтительным процессом для изготовления корпусов аккумуляторных элементов, крышек, взрывозащищенных клапанов, шин и других компонентов. Он широко используется в призматических аккумуляторных конструкциях с алюминиевым-корпусом, таких как крышки силовых батарей, крышки литий-ионных батарей и алюминиевые корпуса литиевых батарей.

 

 

Корпуса и крышки аккумуляторов в основном используются для герметизации электролита и обеспечения стабильной структурной поддержки внутренних электродов. Качество сварки напрямую определяет герметичность аккумулятора и устойчивость к давлению. Обычные материалы включают алюминиевый сплав Al3003 толщиной обычно от 0,3 до 0,5 мм. В этой области часто используются процессы композитной лазерной или кольцевой лазерной сварки.

 

В реальном производстве эти сварные швы склонны к появлению таких дефектов, как неполное проплавление, пористость, разрушение и разбрызгивание. Рационально контролируя подвод тепла, скорость сварки и распределение лазерной энергии, можно эффективно стабилизировать глубину проникновения и удовлетворить требования по устойчивости к давлению. С развитием технологий модуляция импульсной волны и непрерывная высокоскоростная лазерная сварка постепенно стали общепринятыми решениями, значительно повышающими эффективность производства и одновременно повышающими однородность сварного шва.

 

Для дальнейшего улучшения внутреннего качества сварного шва при сварке корпуса аккумулятора была внедрена технология гальванометрической сканирующей сварки и лазерной осцилляции. Динамическое перемешивание ванны расплава ускоряет выход пузырьков и измельчает зеренную структуру, тем самым улучшая механические свойства и надежность герметизации сварного соединения. Эти процессы широко используются при производстве структурных компонентов, таких как алюминиевые корпуса призматических элементов и алюминиевые крышки батарей.

 

 

Взрывозащищенные-клапаны — важнейшие компоненты систем безопасности аккумуляторных батарей. Когда внутреннее давление батареи аномально возрастает, контролируемый разрыв высвобождает газ, предотвращая тепловой разгон и взрыв. Взрывозащищенные-клапаны обычно изготавливаются из листов чистого алюминия толщиной всего 0,08–0,1 мм и чрезвычайно чувствительны к тепловому воздействию при сварке.

 

При лазерной сварке чрезмерно высокая плотность мощности может легко привести к перегреву и пробою взрывозащищенного клапана, а бурный выход газа из ванны расплава может привести к дефектам пор. Оптимизируя форму лазерного сигнала, вводя кратковременное-пиковое значение на начальном этапе сварки для улучшения поглощения материала и постепенно снижая выходную энергию на последующих этапах, можно эффективно избежать прожога-при сохранении целостности сварного шва.

 

Кроме того, важными средствами уменьшения дефектов пористости являются усиление пред-очистки перед сваркой для уменьшения остаточного масла и влаги, а также контроль зазоров при сборке посредством разумной последовательности сварки. Эти меры по оптимизации процесса были успешно применены в таких конструкциях, как верхняя крышка литиевой батареи и верхняя крышка для призматических аккумуляторных элементов.

 

 

В связи с быстрым расширением рынков новых энергетических транспортных средств и накопителей энергии спрос на высоко-постоянные и высоко-надежные процессы сварки для силовых аккумуляторов продолжает расти. Будущее направление развития технологии лазерной сварки в основном сосредоточено на следующих аспектах:

 

Во-первых, применение лазерных источников с более высокой плотностью мощности и более точным контролем энергии для удовлетворения потребностей в сварке более тонких и сложных конструкций; во-вторых, онлайн-мониторинг и замкнутый-управление сварочным процессом для повышения стабильности сварки за счет-определения состояния сварочной ванны в реальном времени; и, в-третьих, оптимизация процесса соединения разнородных материалов, таких как алюминий и медь, для удовлетворения потребностей в разработке новых аккумуляторных конструкций и компонентов из композитных материалов, таких как медные и алюминиевые биметаллические биполярные пластины.

 

Между тем, учитывая продолжающееся широкое внедрение призматических аккумуляторных конструкций в транспортных средствах на новых источниках энергии, стандартизация и широкомасштабное-применение процессов лазерной сварки для таких компонентов, как призматические корпуса аккумуляторов из алюминиевых сплавов, алюминиевые корпуса аккумуляторов и алюминиевые корпуса перезаряжаемых аккумуляторов, станут важным направлением технологического развития в отрасли.

 

 

Технология лазерной сварки глубоко интегрирована во весь процесс производства аккумуляторов, обеспечивая решающую поддержку для достижения высокой безопасности, высокой стабильности и высокой эффективности производства. Учитывая непрерывную эволюцию систем материалов, структурного проектирования и темпов производства, лазерная сварка будет продолжать играть ключевую роль в области сварки.аккумуляторы в алюминиевом-корпусеи продемонстрирует более широкие перспективы применения в будущей новой энергетической отрасли.