اخبار شرکت کاربرد جوش لیزر در وسایل نقلیه الکتریکی: باتری های قدرت

امروز ما استفاده از تکنولوژی جوش لیزر در باتری خودروهای الکتریکی را به اشتراک می گذاریم، عمدتا شامل جوش الکترودی گوش باتری، جوش پوسته باتری، و غیره، شامل Al-Fe،جوش از مواد مختلف.

01

سابقه درخواست

در زمینه گرمایش جهانی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، خودروهای انرژی جدید، به ویژه خودروهای الکتریکی به سرعت در حال افزایش هستند.نیاز به تکنولوژی جوش دقیق داردروش های جوش سنتی، مانند جوش فوق صوتی و جوش نقطه ای مقاومت,محدودیت هایی در برخورد با اتصال مواد الکترود باتری (مانند آلومینیوم، مس و فولاد) دارند.جوش فوق صوتی برای ساختار باتری متداول خودروهای الکتریکی مناسب نیست، و جوش نقطه مقاومت به دلیل رسانایی بالا آلومینیوم و مس، جوش دادن دشوار است.

تکنولوژی جوش لیزر یک انتخاب ایده آل برای عدم تماس، تراکم انرژی بالا، کنترل ورودی حرارتی دقیق و اتوماسیون آسان آن است.می تواند نیازهای جوش مواد مختلف سیستم باتری را برآورده کند، مانند جوش فولاد آلومینیوم، آلومینیوم مس، جوش فولاد مس بین الکترود باتری و بس و جوش پوسته باتری آلومینیوم / فولاد،که نقش کلیدی در تضمین قابلیت اطمینان اتصال دارد.، و بهبود عملکرد و ایمنی باتری.

02

نوع باتری قدرت

نوع باتری قدرت

1 باتری کوچک استوانه ای (به عنوان مثال مدل 18650) ، اندازه استاندارد، ایمنی و هزینه نسبتا ارزان؛

2 باتری های پریزمی بزرگ که از نظر چگالی انرژی و ثبات عملکرد خوبی دارند.

3 باتری پلیمر پوشش نرم، مستعد هندسه در هنگام شارژ.

* نوع باتری

بسته باتری متشکل از چندین باتری در سری یا در سری و موازی است که از طریق busbars متصل می شوند. محیط کار پیچیده است،و قابلیت اطمینان اتصال به طور مستقیم بر عملکرد و ایمنی سیستم باتری تاثیر می گذارد.

* ساختار بسته باتری a) باتری استوانه ای b) باتری پرزماتیک

محدودیت های تکنیک های مشترک جوش

جوشکاری فوق صوتی

عمدتاً از ارتعاش فرکانس بالا (معمولاً 20 کیلو هرتز و بالاتر) برای ایجاد یک پیوند جامد در زیر فشار برای دستیابی به اتصال استفاده می کند.

1 این روش مناسب برای جوش فلز نازک، مواد مختلف یا مواد بسیار رسانا است که عمدتاً برای باتری های نوار استفاده می شود.

2 باتری های خودروهای الکتریکی معمولاً باتری های استوانه ای یا پرزماتیک هستند که می توانند در اثر ترکیب فشار و ارتعاش یکپارچگی ساختار باتری را از بین ببرند.بنابراین جوش فوق صوتی برای جوش باتری وسایل نقلیه الکتریکی مناسب نیست.

جوش نقطه ای با مقاومت

اصل کار این است که به طور عمده فشار روی سطح تماس قطعه کار اعمال شود و از یک جریان بزرگ برای ذوب کردن قطعات به صورت محلی استفاده شود.مواد متداول باتری های وسایل نقلیه الکتریکی آلومینیوم و مس هستند.، که دارای ویژگی های رسانایی الکتریکی بالا و رسانایی حرارتی هستند، باعث می شود جوش نقطه مقاومت دشوار شود.

03

گوش قطب باتري با اتوبوس جوش داده شده است

ویژگی های جوش

ترکیبی از مواد: مواد گوش قطب باتری اغلب آلومینیوم، مس یا فولاد است، مواد اتوبوس عمدتا مس یا آلومینیوم است، تشکیل آلومینیوم-مس، آلومینیوم-فولاد،سنگ های مس و فولاد و ترکیب های دیگر.

الزامات عملکرد بالا: محل جوش باید مقاومت کم، رسانایی بالا و مقاومت مکانیکی خوب را تضمین کند.برای اطمینان از کارایی شارژ و تخلیه باتری و ثبات طولانی مدت.

* گوش قطب و اتوبوس بسته نرم / باتری استوانه

جوش لیزری آلومینیوم و فولاد

مشکلات جوش:

1 خواص حرارتی آلومینیوم و فولاد بسیار متفاوت است، جوش ترکیبی بین فلزی شکننده (IMC) مانند Fe2Al5، Fe4Al13 و غیره را تشکیل می دهد، میکروسروکتوری را تحت تاثیر قرار می دهد،عملکرد الکتریکی و عملکرد حرارتی مفصل، مقاومت داخلی باتری را افزایش می دهد، عمر کار را کوتاه می کند.

2 تولید IMC باید در طول جوش کنترل شود.

1. پارامترهای فرآیند کنترل

1 کنترل ورودی حرارتی: تنظیم قدرت لیزر، سرعت جوش و پارامترهای پالس (فریکونسی، نسبت وظیفه) ، تعادل عمق ذوب و اندازه منطقه تاثیر حرارتی،و کاهش تولید IMC.

2 بهینه سازی شکل موج پالس: شکل موج پالس خاص برای تغییر ویژگی های چرخه حرارتی استفاده می شود، مانند افزایش آهسته و شکل موج کاهش آهسته برای کاهش گرادیانت دمایی و استرس حرارتی،و خنک کننده خنک شدن سریع منجر به تولید تعداد زیادی IMC شکننده.

• از لایه وسط استفاده کنید

۱ ترکیب: انتخاب نیکل، آلیاژ مبتنی بر سیلیکون و سایر مواد لایه متوسط، به دلیل واکنش آن با فولاد آلومینیومی.و سختی IMC های حاوی نیکل بهتر از فولاد آلومینیوم است(Si در ترکیبات Al-Si) بر رشد ترکیبات Fe-Si تأثیر می گذارد و خواص مکانیکی مفصل را بهینه می کند.و محتوای Si با توجه به مواد و الزامات فرآیند تنظیم شده است..

2 ضخامت: محدوده ضخامت از μm تا ده ها μm می تواند به طور موثر تشکیل IMMC را تنظیم کند، عملکرد و قابلیت اطمینان مفصل را بهبود بخشد.

• کمک کننده میدان مغناطیسی

1 جهت میدان مغناطیسی: میدان مغناطیسی عمودی انتشار کلان عناصر در حوضه ذوب را مهار می کند، مورفولوژی کنوکشن و بلوری را تغییر می دهد،و باعث کاهش همجوشی بیش از حد Fe و Al برای تشکیل IMC های شکننده می شود.; میدان مغناطیسی موازی بر میکرو دیفیوژن مهاجرت مرزهای محلول و دانه تاثیر می گذارد و دانه ها را تصفیه می کند و توزیع و جهت گیری IMC ها را بهینه می کند.

2 همکاری چند زمینه ای: ترکیب با میدان مغناطیسی و سونوگرافی، همکاری میدان مغناطیسی و ارتعاش سونوگرافی برای تصفیه دانه ها، حذف گنجانده های استوما،و بهبود ساختار IMCارتعاشات فوق صوتي براي شکستن دندريت ها و ترکيب يکپارچه کمک مي کند، ميدان مغناطيسي جهت جريان مايع فلزي و رشد بلور را راهنمايي مي کند،بهبود رفتار جامد شدن و یکنواخت بافت حوضچه ذوب شده، شکنندگی IMC را کاهش می دهد و سفتی و رسانایی الکتریکی مفاصل را بهبود می بخشد.

* ليزر جوش سوئیچ آلومینیوم فولاد (طول سوئیچ 0.2-1.2mm)

* میکرومورفولوژی ترکیب فولاد ضد زنگ / آلومینیوم

جوش لیزری مس و آلومینیوم

مشکلات جوش:

مس و آلومینیوم دارای نقاط ذوب، رسانایی حرارتی و ضریب انبساط حرارتی متفاوت هستند و با جوش Cu 2 Al و Cu 4 Al 3 IMC را تشکیل می دهند.که بر میکروساخت و خواص مکانیکی جوش ها تاثیر می گذارد، و نیاز به مهار شکل گیری و رشد آنها دارند.

1. بهینه سازی پارامترهای جوش

1 تطبیق سرعت بزرگ جوش با قدرت لیزر کم می تواند زمان ورودی حرارتی و قدرت را کاهش دهد و تشکیل تعداد زیادی از IMC را مهار کند.CuAl 2 و ترکیبات دیگر به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

2 بهینه سازی فرکانس پالس و چرخه کار، تغییر حالت پراکندگی اتمی و دینامیک واکنش Cu و Al، ایجاد IMC رشد منظم و به طور مساوی توزیع،و بهبود عملکرد مشترک.

• پر کردن نقره، نیکل و قلع ساخته شده از مواد پر کردن نقره، نیکل و قلع یا سیم جوش آلیاژ خاص است که می تواند شکاف پر کردن را ذوب کند و عناصر مواد پایه را رقیق کند.واکنش مستقیم Cu و Al را کند می کند، و تولید IMC شکننده را کاهش می دهد.

به عنوان مثال، حاوی مواد پرکننده قلع، جوش برای تشکیل فاز Cu6Sn5 و Cu3Sn، تغییر شکل بافت مفصل، کاهش شکنندگی کلی، بهبود قدرت و سختی.

• مدولاسیون پرتو از نوسان پرتو، چرخش یا تقسیم پرتو و سایر تکنیک های مدولاسیون برای تغییر توزیع انرژی لیزر و حالت عمل استفاده می کند.

* نمودار Cu-Al SEM (1500W، 30 mm/s)

جوش لیزری مس و فولاد

مشکلات جوش:

خواص فیزیکی مس و فولاد بسیار متفاوت است و جدایی فاز مایع و ترک های حرارتی در طول جوش لیزر رخ می دهد.مانند نفوذ Cu به مرز دانه فولاد، که منجر به ترک های حرارتی می شود.

1. لیزر آفست

کیفیت جوش را می توان به طور موثر با انحراف لیزر به سمت مس بهبود بخشید.

• نوسانات پرتو

در شرایط نوسانات حلقه ای از مس خالص و فولاد ضد زنگ، مقاومت ترک جوش را می توان به طور موثر بهبود بخشید.افزایش مرز دانه به طور قابل توجهی غلظت استرس را کاهش می دهد و به طور موثر قدرت و تغییر شکل مفصل را کنترل می کند.

* بدون نوسان با SEM نوسان

04

جوشکاری پوسته باتری

* باتري تسلا 4680

جوشکاری لیزری از پوسته باتری آلومینیومی

به دلیل رسانایی حرارتی بالا و ضریب انبساط حرارتی بزرگ، جوش آلیاژ آلومینیوم به راحتی ترک ها و نقایص منافذ را نشان می دهد.فیلم اکسید سطح و ناخالصی ها در دمای بالا به راحتی تجزیه می شوند.، باعث می شود که گاز فرار کند و باعث ایجاد منافذ شود.

1. چرخش تمرکز پرتو لیزر + نوسان عمودی

آلیاژ آلومینیوم 1060 با لیزر جوش داده شده از نوسان عمودی برای بهینه سازی سطح جوش استفاده می کند و در شعاع 0.45 میلی متر منافذ را 91٪ کاهش می دهد.

* چرخش تمرکز پرتو لیزر و نوسان عمودی SEM

• شکل گیری نقطه ای (چهار شعاع)

شکل گیری نقطه نور جوش چهار شعاع است که اندازه سوراخ کوچک در استخر ذوب شده را افزایش می دهد، بخار فلزی را ثبات می دهد، اسپرت و منافذ را کاهش می دهد و کیفیت جوش را بهبود می بخشد.

* نمودار طرحی از چهار پرتو

پوسته باتری فولادی با جوش لیزر

جوش فولاد ضد زنگ آستنیتیک مستعد ترک شدن حرارتی است که به ترکیب آلیاژ و محتوای ناخالصی مربوط است.مشکل ترکابی حرارتی را می توان با تنظیم پارامترهای فرآیند به طور موثر حل کرد.

برانگيختگي:

1 در حال حاضر، طول موج جوش لیزری که معمولاً استفاده می شود بیشتر 1064nm است، استفاده از لیزر آبی / لیزر سبز جوش مواد ناهمگن ممکن است اثر خوبی داشته باشد.