Unternehmensnachrichten über Anwendung des Laserschweißens in Elektrofahrzeugen: Leistungssäulen

Heute teilen wir die Anwendung der Laserschweißtechnologie in der Batterie für Elektrofahrzeuge, hauptsächlich einschließlich Batterieelektroden-Ohrbus-Schweißen, Batterie-Schalen-Schweißen usw., die Al-Fe, Al-Cu,Schweißen mit Cu-Fe und anderen unterschiedlichen Stoffen.

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Anwendungshintergrund

Im Kontext der globalen Erwärmung und der Verringerung der Treibhausgasemissionen nehmen neue Energiefahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, rasant zu.erfordert eine strenge SchweißtechnikTraditionelle Schweißmethoden wie Ultraschallschweißen und Widerstands-Punktschweißen,haben Einschränkungen bei der Verbindung von Batterieelektroden (wie Aluminium, Kupfer und Stahl).Das Ultraschallschweißen eignet sich nicht für die allgemeine Batteriestruktur von Elektrofahrzeugen, und das Widerstandsspotschweißen ist aufgrund der hohen Leitfähigkeit von Aluminium und Kupfer schwer zu schweißen.

Die Laserschweißtechnologie ist eine ideale Wahl wegen ihrer Berührungslosigkeit, hoher Energiedichte, präziser Wärmeeinspeisung und einfacher Automatisierung.Es kann die Schweißbedürfnisse verschiedener Materialien des Batteriesystems erfüllen, z. B. Schweißen aus Aluminiumstahl, Kupfer-Aluminium, Kupferstahl zwischen Batterielektrode und Bus und Schweißen aus Aluminium/Stahl-Batterieschalen,die eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung der Zuverlässigkeit der Verbindung spielt, und Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Sicherheit der Batterie.

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Typ der Leistungssäule

Typ der Leistungssäule

1 Kleine zylindrische Batterie (z.B. Modell 18650), standardisierte Größe, Sicherheit und relativ günstige Kosten;

2 große Prismenbatterien, die in Bezug auf Energiedichte und Stabilität gute Leistungen erbringen;

3 Weichbeschichtete Polymerbatterie, bei dem beim Aufladen Geometrie auftritt.

* Typ der Batterie

Das Batteriepaket besteht aus mehreren Batterien in Serie oder in Serie und parallel, die über Busbars miteinander verbunden sind.und die Zuverlässigkeit der Verbindung beeinflusst direkt die Leistung und Sicherheit des Batteriesystems.

* Struktur der Batterie a) zylindrische Batterie b) prismatische Batterie

Einschränkungen gemeinsamer Schweißtechniken

Überschallschweißen

Es wird hauptsächlich mit Hochfrequenz-Vibrationen (in der Regel 20 kHz und höher) eine feste Verbindung unter Druck hergestellt, um die Verbindung zu erreichen.

1 Dieses Verfahren eignet sich zum Schweißen von dünnen Folien, anderen Materialien oder hochleitenden Materialien, die hauptsächlich auf Streifenbatterien angewendet werden.

2 Batterien für Elektrofahrzeuge sind in der Regel zylindrische oder prismatische Batterien, die die Integrität der Batteriestruktur unter der Kombination von Druck und Vibration zerstören können.Daher ist das Ultraschallschweißen nicht für das Batterie-Schweißen von Elektrofahrzeugen geeignet..

Widerstandsspotschweißen

Das Arbeitsprinzip besteht hauptsächlich darin, Druck auf die Kontaktfläche des Werkstücks auszuüben und einen großen Strom zu verwenden, um die Teile lokal zu schmelzen.die üblichen Materialien von Elektrofahrzeugbatterien sind Aluminium und Kupfer, die die Eigenschaften einer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit aufweisen, wodurch das Widerstandsspotschweißen erschwert wird.

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Batterie-Stäbe Ohr ist mit dem Bus geschweißt

Schweißmerkmale

Materialkombination: Das Ohrmaterial für die Batterie ist oft Aluminium, Kupfer oder Stahl, das Busmaterial ist meist Kupfer oder Aluminium und bildet Aluminium-Kupfer, Aluminium-Stahl,mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm.

Hohe Leistungsanforderungen: Der Schweißplatz sollte einen geringen Widerstand, eine hohe Leitfähigkeit und eine gute mechanische Festigkeit gewährleisten.um die Lade- und Entladeeffizienz der Batterie und ihre langfristige Stabilität sicherzustellen.

* Poole Ear und Bus von Softpack / Zylinderbatterie

Laserschweißen aus Aluminium und Stahl

Schweißschwierigkeiten:

1 Die thermischen Eigenschaften von Aluminium und Stahl unterscheiden sich sehr, das Schweißen bildet brüchige metallintermetallische Verbindungen (IMC), wie Fe2Al5, Fe4Al13 usw., die Mikrostruktur beeinflussen,elektrische Leistung und thermische Leistung der Verbindung, erhöhen den inneren Widerstand der Batterie, verkürzen die Lebensdauer.

2 Während des Schweißens sollte die IMC-Generation kontrolliert werden.

1. Kontrollprozessparameter

1 Steuerung des thermischen Eingangs: Anpassung der Laserleistung, der Schweißgeschwindigkeit und der Impulsparameter (Frequenz, Leistungsverhältnis), Ausgleich der Schmelztiefe und der Größe des thermischen Einflussbereichs,und die IMC-Erzeugung reduzieren.

2 Optimierung der Pulswellenform: Eine spezielle Pulswellenform wird verwendet, um die Eigenschaften des thermischen Zyklus zu ändern, z. B. eine langsame Wellenform, um den Temperaturgradienten und die thermische Belastung zu reduzieren.und die schnelle Abkühlung hemmen, was zu einer großen Anzahl an zerbrechlichen IMCs führt.

• Verwenden Sie die mittlere Schicht

1 Zusammensetzung: Nickelselektion, Siliziumlegierung und andere Zwischenschichtmaterialien aufgrund ihrer Reaktion mit Aluminiumstahl.und die Zähigkeit von nickelhaltigen IMCs ist besser als die von AluminiumstahlSi in den Al-Si-Verbindungen) beeinflusst das Wachstum der Fe-Si-Verbindungen, optimiert die mechanischen Eigenschaften der Verbindung,und der Si-Gehalt entsprechend den Material- und Prozessanforderungen fein angepasst wird.

2 Dicke: Der Dickebereich von μ m bis zu zehn μ m kann die Bildung von IMMC wirksam anpassen, die Gelenkleistung und Zuverlässigkeit verbessern.

• Magnetfeldhilfe

1 Magnetfeldrichtung: Das vertikale Magnetfeld hemmt die makroskopische Diffusion von Elementen im Schmelzbecken, verändert die Konvektions- und Kristallisierungsmorphologie,und reduziert die übermäßige Fusion von Fe und Al, um spröde IMCs zu bildenDas parallele Magnetfeld beeinflusst die Mikrodiffusion von gelösten Stoffen und die Grenzwanderung von Körnern, verfeinert die Körner und optimiert die Verteilung und Ausrichtung der IMCs.

2 Multi-Feld-Zusammenarbeit: kombiniert mit Magnetfeld und Ultraschall, Magnetfeld-Zusammenarbeit und Ultraschall-Vibration zur Verfeinerung von Körnern, Entfernung von Stomaten,und Verbesserung der IMC-StrukturUltraschallschwingungen sind hilfreich, um Dendriten und gleichmäßige Zusammensetzung zu brechen, Magnetfeld leitet die Richtung des Metallflüssigkeitsflusses und Kristallwachstums,Verbesserung des Verfestigungsverhaltens und der Gewebeeinheitlichkeit des geschmolzenen Pools, reduziert die Bruchbarkeit des IMC und verbessert die Zähigkeit und elektrische Leitfähigkeit der Gelenke.

* Laserschwingschweißen aus Aluminium-Stahl (Schwing-Amplitude 0,2-1,2 mm)

* Mikromorphologie der Verbindung aus Edelstahl/Aluminiumlegierung a) Nifolie b) keine Nifolie

Laserschweißen aus Kupfer und Aluminium

Schweißschwierigkeiten:

Kupfer und Aluminium weisen unterschiedliche Schmelzpunkte, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und bilden beim Schweißen Cu 2 Al und Cu 4 Al 3 IMC.die sich auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Schweißungen auswirken, und müssen ihre Bildung und ihr Wachstum hemmen.

1. Optimierung der Schweißparameter

1 Durch die Übereinstimmung hoher Schweißgeschwindigkeit mit niedriger Laserleistung kann die thermische Eingangszeit und -stärke reduziert und die Bildung einer großen Anzahl von IMC gehemmt werden.CuAl 2 und andere Verbindungen werden deutlich reduziert.

2 Optimierung der Impulsfrequenz und des Arbeitszyklus, Änderung der Atomdiffusions- und Reaktionsdynamikbedingungen von Cu und Al, ordnungsgemäßes und gleichmäßig verteilte Wachstum des IMC,und verbessern die gemeinsame Leistung.

• Die Füllstoffe aus Silber, Nickel und Zinn bestehen aus Füllstoffen auf Silber-, Nickel- und Zinnbasis oder aus spezifischen Legierungsschweißdraht, die die Fülllücke schmelzen und die Grundstoffelemente verdünnen können.die direkte Reaktion von Cu und Al verlangsamen, und reduzieren die Erzeugung von brüchigen IMC.

Zum Beispiel mit Zinnfüllmaterial, das geschweißt wird, um Cu6Sn5 und Cu3Sn-Phasen zu bilden, verändert die Gewebeform des Gelenks, reduziert die allgemeine Bruchbarkeit, verbessert die Festigkeit und Zähigkeit.

• Bei der Strahlmodulation werden Strahlschwingungen, Rotationen oder Strahlspaltung und andere Modulationstechniken verwendet, um die Verteilung der Laserenergie und den Wirkungsmodus zu ändern.

* Cu-Al SEM-Diagramm (1500 W, 30 mm/s)

Laserschweißen aus Kupfer und Stahl

Schweißschwierigkeiten:

Die physikalischen Eigenschaften von Kupfer und Stahl sind sehr unterschiedlich, und die Trennung der Flüssigphasen und thermische Risse treten während des Laserschweißens häufig auf.Wie Cu-Infiltration in die Stahlkorngrenze, was zu thermischen Rissen führt.

1. Laserverschiebung

Die Schweißqualität kann durch Ablenkung des Lasers auf die Kupferseite effektiv verbessert werden.

• Strahlschwingungen

Unter dem Zustand der ringförmigen Strahlschwingung von reinem Kupfer und Edelstahl kann die Rissfestigkeit des Schweißes effektiv verbessert werden.die Erhöhung der Korngrenze reduziert die Spannungskonzentration erheblich und kontrolliert effektiv die Gelenkfestigkeit und -verformung.

* Unoscillierend mit einem oscillierenden SEM

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Schweißen von Batterieschalen

* Tesla 4680 Batterie

Laserschweißen von Aluminiumbatterien

Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist das Schweißen von Aluminiumlegierungen leicht zu Rissen und Porenfehlern;die Oberflächen-Oxidfolie und Verunreinigungen sind bei hoher Temperatur leicht zu zersetzen, wodurch das Gas schwer zu entkommen und Poren zu verursachen ist.

1. Laserstrahlfokus-Rotation + vertikale Schwingung

Lasergeschweißte 1060-Aluminiumlegierung verwendet vertikale Schwingung, um die Schweißoberfläche zu optimieren und die Porosität bei einem Radius von 0,45 mm um 91% zu reduzieren.

* Laserstrahlfokus Rotation und vertikale Schwingung SEM

• Punkteform (vierstrahl)

Die Lichtfleckenformung erfolgt durch Vierstrahlschweißen, wodurch das kleine Loch im geschmolzenen Becken größer wird, der Metalldampf stabilisiert, Spritz und Poren reduziert und die Schweißqualität verbessert wird.

* Schematisches Diagramm von vier Balken

Stahlbatterieschalen durch Laserschweißen

Das Schweißen aus austenitischem Edelstahl ist anfällig für thermisches Cracken, was mit der Zusammensetzung der Legierung und dem Verunreinigungsgehalt zusammenhängt.Das Problem des thermischen Crackens kann durch Anpassung der Prozessparameter wirksam gelöst werden.

Erwecken:

1 Derzeit beträgt die häufig verwendete Wellenlänge des Laserschweißens meistens 1064 nm, wobei die Verwendung von heterogenen Materialien mit blauem Laser/grünem Laser eine gute Wirkung haben kann.