Применение лазерной сварки на сборочных линиях аккумуляторных батарей.
Сварка является важнейшим производственным процессом, начиная от изготовления элементов аккумуляторных батарей и заканчивая сборкой батарейных блоков. Проводимость, прочность, герметичность, усталость металла и коррозионная стойкость литиевых батарей являются типичными критериями оценки качества сварки батарей. Выбор методов и процессов сварки напрямую влияет на стоимость, качество, безопасность и стабильность батарей.
Среди различных методов сварки лазерная сварка выделяется следующими преимуществами: во-первых, лазерная сварка обладает высокой плотностью энергии, малой деформацией при сварке и небольшой зоной термического воздействия, что позволяет эффективно повысить точность деталей, обеспечивая гладкие, без примесей, однородные и плотные сварные швы без необходимости дополнительной шлифовки.
Во-вторых, лазерная сварка обеспечивает точное управление, с малой фокусной точкой и высокоточным позиционированием. В сочетании с роботизированными манипуляторами она легко автоматизируется, повышая эффективность сварки, сокращая время работы и снижая затраты. Кроме того, при лазерной сварке тонких пластин или проволоки малого диаметра она менее подвержена проблеме повторного расплавления, чем дуговая сварка.
К основным методам сварки для аккумуляторных батарей относятся волновая пайка, ультразвуковая сварка, лазерная сварка и лазерная сварка разнородных металлов, при этом лазерная сварка в настоящее время является наиболее распространенным методом.
Методы сварки аккумуляторных батарей:
① Волнообразная пайка
По сути, это сочетание ультразвуковой и лазерной сварки;
② Ультразвуковая сварка
Этот метод прост в использовании, но требует больше места, что приводит к снижению эффективности сборки модулей;
③ Лазерная сварка
В настоящее время это наиболее широко используемый метод, но с небольшими структурными отличиями;
④ Лазерная сварка разнородных металлов
Этот метод сварки также отличается высокой эффективностью сборки и быстрой скоростью производства.
Что такое лазерная сварка?
Лазерная сварка использует оптическую систему для фокусировки лазерного луча высокой плотности энергии в качестве источника тепла на очень малой площади, создавая зону высокой концентрации тепла в месте сварки за очень короткое время. Это расплавляет свариваемые материалы, образуя прочный сварной шов или сварочный шов.
Лазерная сварка — это новый метод сварки, находящийся в настоящее время на стадии быстрого развития. Лазерная сварка предлагает ряд преимуществ: меньшую зону термического воздействия, меньшие размеры сварных швов, более высокую точность размеров и бесконтактную сварку, не требующую внешнего воздействия, что приводит к минимальной деформации изделия, высокому качеству сварки, высокой эффективности и простоте автоматизации.
В состав батарей обычно входят различные материалы, такие как сталь, алюминий, медь и никель. Эти металлы могут использоваться для изготовления электродов, проводов или корпусов. Поэтому сварка между отдельными или несколькими материалами предъявляет высокие требования к процессу сварки.
Преимущество лазерной сварки заключается в ее способности сваривать широкий спектр материалов, что позволяет осуществлять сварку между различными материалами.
Виды лазерной сварки
Лазерная сварка включает в себя лазерную теплопроводную сварку и лазерную сварку с глубоким проплавлением. Основное различие между теплопроводной сваркой и сваркой с глубоким проплавлением заключается в плотности мощности, прикладываемой к поверхности металла в единицу времени; для разных металлов существуют разные критические значения.
Три наиболее часто используемых лазера для лазерной сварки аккумуляторных батарей
Аккумуляторные батареи представляют собой интегрированную систему, состоящую из устройств хранения энергии (от отдельных компонентов → модулей аккумуляторных батарей → батарейных шкафов → блоков хранения энергии → оборудования для хранения энергии), системы управления питанием (PCS) и фильтрующих компонентов.
В области лазерной сварки для аккумуляторных батарей наиболее часто используются импульсные лазеры, лазеры непрерывного действия и квазинепрерывные лазеры.
-
Импульсные лазеры
YAG-лазеры, MOPA-лазеры;
-
Непрерывные лазеры
: Полупроводниковые лазеры непрерывного действия, волоконные лазеры непрерывного действия;
-
Квазинепрерывные лазеры
: Серия лазеров QCW.
Принцип действия этих лазеров можно интерпретировать следующим образом: забивание канцелярской кнопки одним движением за раз — это импульсный режим; вдавливание канцелярской кнопки непосредственно рукой — это непрерывный режим; непрерывное сверление в течение 10 секунд с перерывом в одну секунду, затем непрерывное сверление в течение еще 10 секунд с перерывом в одну секунду — это квазинепрерывный режим.
Импульсные лазеры
Речь идёт о лазерах с длительностью одного лазерного импульса менее 0,25 секунды, работающих только один раз через равные промежутки времени. Они обладают высокой выходной мощностью и подходят для лазерной маркировки, резки и измерения расстояний.
К распространенным импульсным лазерам относятся твердотельные лазеры, такие как иттрий-алюминиевые гранатовые (YAG) лазеры, рубиновые лазеры и неодимовые стеклянные лазеры, а также азотные молекулярные лазеры и эксимерные лазеры. Импульсные лазеры основаны на принципе работы YAG-лазера, обладают высокой энергией одиночного импульса и высоким энергопотреблением, что требует регулярной замены расходных материалов, таких как ксеноновые лампы, и использования системы охлаждения.
Эти лазеры хорошо отработаны, имеют относительно низкую себестоимость и в настоящее время являются наиболее широко используемыми лазерами для сварки металлов. Однако из-за технологических ограничений, основанных на принципе работы YAG-лазера, отрасль в целом в настоящее время не может достичь очень высокой мощности лазера; эффективность электрооптического преобразования невысока (около 13%).
Лазеры непрерывного действия
Лазеры непрерывного излучения — это лазеры, которые излучают свет непрерывно, то есть имеют стабильное рабочее состояние, то есть стационарное. В лазере непрерывного излучения количество частиц на каждом энергетическом уровне и поле излучения внутри резонатора имеют стабильное распределение.
Характерной особенностью лазеров непрерывного действия является возможность непрерывного возбуждения рабочей среды и соответствующего лазерного излучения в течение относительно длительного периода времени. К этой категории относятся твердотельные лазеры, возбуждаемые источниками непрерывного света, а также газовые лазеры и полупроводниковые лазеры, работающие от непрерывного электрического возбуждения.
Поскольку перегрев при непрерывной работе часто неизбежен, в большинстве случаев требуются соответствующие меры охлаждения.
Лазеры непрерывного действия основаны на принципе волоконных лазеров YLP. Благодаря возможности непрерывного излучения света с постоянной мощностью (когда точек излучения достаточно много и они расположены в линию), выходная энергия лазера остается постоянной, стабильность лазерного излучения очень хорошая, диаграмма направленности превосходная, а эффективность электрооптического преобразования очень высока (около 30%).
Портальный тип ACEY
аппарат для лазерной сварки с непрерывным гальванометрическим нагревом
В качестве источника лазерного излучения используется передовой волоконный лазер международного класса. В сочетании с портальным станком, разработанным, спроектированным и изготовленным нашей компанией, он обладает превосходной жесткостью и стабильностью. Он работает с помощью прецизионной направляющей и оснащен высокоточным серводвигателем, обеспечивающим высокую точность и скорость. Подходит для сварки меди, алюминия, железа, никеля или их сплавов, и особенно подходит для сварки алюминиевых шин или соединений никеля с квадратными клеммами аккумуляторных батарей.
Квазинепрерывные лазеры (QCW)
Квазинепрерывные лазеры (QCW), также называемые лазерами с длинными импульсами, генерируют импульсы длительностью порядка миллисекунд с коэффициентом заполнения 10%. Это позволяет импульсному свету иметь пиковую мощность более чем в десять раз выше, чем у непрерывного света, что очень выгодно для таких применений, как сверление. Частота повторения может модулироваться до 500 Гц в зависимости от ширины импульса. Квазинепрерывные лазеры могут работать одновременно в непрерывном режиме и в импульсном режиме с высокой пиковой мощностью. В отличие от традиционных лазеров непрерывного излучения (CW), квазинепрерывные лазеры (QCW) всегда поддерживают одинаковую пиковую и среднюю мощность как в режиме CW, так и в режиме CW/модуляции. Напротив, пиковая мощность QCW-лазера в импульсном режиме в 10 раз выше, чем его средняя мощность.
Таким образом, это позволяет генерировать высокоэнергетические микросекундные и миллисекундные импульсы с частотой повторения от десятков герц до килогерц, достигая средней и пиковой мощности в киловатты.
Преимущества лазерной сварки в аккумуляторных батареях:
1. Процесс сварки является бесконтактным, что минимизирует внутренние напряжения в сварных швах.
2. Процесс сварки не приводит к переливам или выделению каких-либо веществ, предотвращая вторичное загрязнение.
3. Сварной шов обладает высокой прочностью и воздухонепроницаемостью, отвечая функциональным требованиям.
4. Лазерная сварка позволяет сваривать различные материалы, включая мембранные материалы и разнородные материалы.
5. Лазерная сварка легко интегрируется в автоматизированные системы и может осуществляться синхронно в соответствии с потребностями производственной мощности, что обеспечивает высокую эффективность и низкое внутреннее напряжение.
6. Лазерная сварка позволяет создавать простые и удобные конструкции, снижая сложность пресс-форм.
7. Процесс сварки может контролироваться в цифровом и интеллектуальном режиме, что удовлетворяет потребность в визуализации данных.
8. Этот тип сварочного процесса может быть эффективно интегрирован с автоматизированными производственными линиями, удовлетворяя потребности массового производства и обеспечивая высокоэффективное производство при низком потреблении ресурсов.
Эйси Нью Энерджи
Компания специализируется на предоставлении полного комплекта производственного оборудования и комплексных решений для
сборочная линия литий-ионных аккумуляторных батарей
—от ячейки до блока — разработано специально для новичков в области литий-ионных аккумуляторных систем хранения энергии. Будь то планирование производственной линии, интеграция оборудования или ключевые этапы, такие как сборка модулей, лазерная сварка, интеграция BMS и окончательное тестирование блока, мы предоставляем надежную техническую поддержку и эффективные, стабильные производственные системы. Мы искренне приветствуем клиентов со всего мира и надеемся стать вашим профессиональным и надежным партнером для совместного создания лучшего будущего.
