notícias da empresa sobre Aplicação da soldagem a laser em veículos elétricos: baterias de potência

Hoje, compartilhamos a aplicação da tecnologia de soldagem a laser em baterias de energia elétrica de veículos, principalmente incluindo soldagem de elétrodos de baterias, soldagem de cartuchos de baterias, etc., envolvendo Al-Fe, Al-Cu,Cu-Fe and other different-material welding.

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Antecedentes da aplicação

No contexto do aquecimento global e redução das emissões de gases de efeito estufa, os veículos de nova energia, especialmente os veículos elétricos, estão a aumentar rapidamente.requer tecnologia de soldagem rigorosa., principalmente porque o sistema de bateria tem uma estrutura complexa, incluindo uma variedade de materiais e conexão complexa.,têm limitações em lidar com a ligação de materiais de elétrodos de bateria (como alumínio, cobre e aço).A soldagem por ultrassom não é adequada para a estrutura comum de baterias de veículos elétricos., e a soldagem por pontos de resistência é difícil de soldar devido à alta condutividade de alumínio e cobre.

A tecnologia de soldagem a laser é uma escolha ideal por seu não contato, alta densidade de energia, controle de entrada térmica preciso e fácil automação.Ele pode atender as necessidades de soldagem de diferentes materiais do sistema de bateria, tais como alumínio de aço, alumínio de cobre, aço de cobre welding entre bateria electrode e ônibus, e alumínio / aço bateria shell welding,que desempenha um papel fundamental na garantia da confiabilidade da ligação, e melhorando o desempenho e segurança da bateria.

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Tipo de bateria

Tipo de bateria

1 Small cylindrical battery (e. g. model 18650), standardized size, safety and relatively cheap cost;

2 Large prism batteries, which perform well in terms of energy density and stability; 2 Large prism batteries, which perform well in terms of energy density and stability; 2 Large prism batteries, which perform well in terms of energy density and stability; 2 Large prism batteries, which perform well in terms of energy density and stability;

3 Bateria de polímero revestida de polipropileno, propensa a geometria quando carregada.

* Tipo de bateria

O pacote de baterias é composto por várias baterias em série ou em série e paralelas, que são conectadas através de barras de ônibus.e a confiabilidade da conexão afeta diretamente o desempenho e segurança do sistema de bateria..

* Bateria de pacote estrutura a) bateria cilíndrica b) bateria prismática

Limitations of common welding techniques (Limitações de técnicas comuns de soldagem)

Soldadura supersônica

Usam principalmente vibração de alta frequência (geralmente 20 kHz e acima) para fazer o material formar uma ligação sólida sob pressão para alcançar a ligação.

1 Este método é adequado para soldar folhas finas, diferentes materiais ou materiais de alta condutividade, principalmente aplicado a baterias de tira.

2 As baterias de veículos elétricos são normalmente cilindricas ou prismáticas, o que pode destruir a integridade da estrutura da bateria sob a combinação de pressão e vibração,Então a soldagem por ultrassom não é adequada para a soldagem de baterias de veículos elétricos..

Resistência de localização

O princípio de trabalho é principalmente aplicar pressão na superfície de contato da peça de trabalho, e usar uma grande corrente para derreter as partes localmente.Os materiais comuns de baterias de veículos elétricos são alumínio e cobre.A resistência é muito alta, o que tem as características de alta condutividade elétrica e condutividade térmica, tornando difícil a soldagem do ponto de resistência.

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A bateria do pólo de orelha é soltada com o autocarro.

Características da solda

Combinação de materiais: o material da bateria é muitas vezes alumínio, cobre ou aço, o material do ônibus é principalmente cobre ou alumínio, formando alumínio-cobre, alumínio-aço,Copper-steel and other combinations (Cobre-aço e outras combinações).

High performance requirements: the welding site should ensure low resistance, high conductivity and good mechanical strength: o local de solda deve garantir baixa resistência, alta condutividade e boa resistência mecânicain order to ensure the battery charge and discharge efficiency and long-term stability (Para garantir a eficiência de carga e descarga da bateria e estabilidade a longo prazo).

* Pole ear and bus of soft pack / Bateria cilíndrica

Soldadura a laser de alumínio e aço

Dificuldades de solda:

1 Aluminium and steel thermal properties are very different, welding will form brittle metal intermetallic compound (IMC), such as Fe2Al5, Fe4Al13, etc., affect the microstructure,electrical performance and thermal performance of the joint (performance elétrica e térmica do conjunto)Aumenta a resistência interna da bateria, reduz a vida útil.

2 A geração de IMC deve ser controlada durante a soldagem.

1. Parâmetros do processo de controlo

1 Control the thermal input: adjust the laser power, welding speed and pulse parameters (frequency, duty ratio), balance the melting depth and the size of the thermal influence area, ajuste a potência do laser, a velocidade de soldagem e os parâmetros de pulso (frequência, relação de trabalho), balance the melting depth and the size of the thermal influence area,e reduzir a geração de IMC.

2 Optimize pulse waveform: special pulse waveform is used to change the thermal cycle characteristics, such as slow rise and slow drop waveform to reduce the temperature gradient and thermal stress, a forma de onda de pulso especial é usada para alterar as características do ciclo térmico, como o aumento lento e a queda lenta da forma de onda para reduzir o gradiente de temperatura e o estresse térmico,e inibir o arrefecimento rápido levando a um grande número de IMCs quebradiças geração.

• Use a camada média

1 Composição: nickel selection, silicon based alloy and other intermediate layer materials, because of its reaction with aluminum steel.e a resistência de IMCs que contêm níquel é melhor do que a de aço de alumínio.O Si nos compostos Al-Si afeta o crescimento dos compostos Fe-Si e optimiza as propriedades mecânicas da junção.e o conteúdo de Si é ajustado de acordo com os requisitos de material e processo.

2 espessura: μ m a dezenas de μ m espessura range can effectively adjust the formation of IMMC, improve joint performance and reliability.

• Campo magnético auxiliar.

1 Direção do campo magnético: O campo magnético vertical inibe a difusão macroscópica de elementos no pool de fusão, altera a convecção e a morfologia de cristalização,e reduz a fusão excessiva de Fe e Al para formar IMCs frágeis.O campo magnético paralelo afeta a micro-difusão de solução e migração de fronteira de grãos, e refina os grãos e otimiza a distribuição e orientação dos IMCs.

2 Colaboração multi-campo: combinada com campo magnético e ultra-som, colaboração de campo magnético e vibração ultrassônica para refinar grãos, remover inclusões estomatal,e melhorar a estrutura do IMCA vibração ultrassônica é útil para quebrar dendrites e composição uniforme, o campo magnético guia a direção do fluxo de líquido metálico e crescimento do cristal.Melhorar o comportamento de solidificação e uniformidade de tecido do pool fundido, reduzir a fragilidade do IMC, e melhorar a dureza e condutividade elétrica das juntas.

* Laser swing welding alumínio-aço (swing amplitude 0.2-1.2mm)

* Micromorphology of stainless steel / aluminum alloy joint a) Ni foil b) no Ni foil

Soldadura a laser de cobre e alumínio

Dificuldades de solda:

O cobre e o alumínio têm diferentes pontos de fusão, condutividade térmica e coeficiente de expansão térmica, formando o Cu 2 Al e o Cu 4 Al 3 IMC por soldagem.que afetam a microstrutura e propriedades mecânicas das soldasE precisam de inibir a sua formação e crescimento.

1. Optimização de parâmetros de soldagem

1 Matching high welding speed with low laser power can reduce the thermal input time and strength, and inhibit the formation of a large number of IMC. Por exemplo, durante a soldagem de alta velocidade,CuAl 2 e outros compostos são significativamente reduzidos.

2 Optimize the pulse frequency and duty cycle, change the atomic diffusion and reaction dynamics conditions of Cu and Al, make the IMC grow orderly and evenly distributed. 2 Optimize the pulse frequency and duty cycle, change the atomic diffusion and reaction dynamics conditions of Cu and Al.e melhorar o desempenho conjunto.

• Fill silver, nickel and tin are made of silver, nickel and tin-based filling materials or specific alloy welding wire, which can melt the filling gap and dilute the base material elements, que é feito de materiais de enchimento baseados em prata, níquel e estanho, ou de fio de soldagem de liga específica, que pode derreter a lacuna de enchimento e diluir os elementos de material base,Reduza a reação direta de Cu e Al., e reduzir a geração de IMC frágil.

Por exemplo, contendo material de enchimento de estanho, a soldagem para formar as fases Cu6Sn5 e Cu3Sn, alteram a forma do tecido da articulação, reduzem a fragilidade geral, melhoram a força e a resistência.

• A modulação de feixe usa oscilação de feixe, rotação ou divisão de feixe e outras técnicas de modulação para alterar a distribuição de energia laser e o modo de ação.

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

Soldadura a laser de cobre e aço

Dificuldades de solda:

As propriedades físicas do cobre e do aço são muito diferentes, e a separação da fase líquida e as rachaduras térmicas são propensas a ocorrer durante a soldagem a laser.como a infiltração de Cu no limite do grão de aço., levando a rachaduras térmicas.

1. Laser offset.

A qualidade de soldagem pode ser efetivamente melhorada por desviar o laser para o lado de cobre.

• Oscilações de feixe

Under the condition of annular beam oscillation of pure copper and stainless steel, the crack resistance of weld can be effectively improved. Durante o processo de solidificação, a resistência à quebra da solda pode ser melhorada.O aumento do limite do grão reduz significativamente a concentração de estresse e controla eficazmente a força e deformação da articulação..

* Unoscillating with an oscillating SEM * Não oscilando com um SEM oscilante

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Soldadura de casca de bateria

* Tesla 4680 Bateria

Laser welding of aluminum battery shell (soldadura a laser da casca da bateria de alumínio)

Devido à sua alta condutividade térmica e grande coeficiente de expansão térmica, a soldagem de liga de alumínio é fácil de mostrar rachaduras e defeitos nos poros;O filme de óxido de superfície e as impurezas são fáceis de decompor a alta temperatura.O que torna o gás difícil de escapar e causar poros.

1. Laser beam focus rotation + oscilação vertical

Laser welded 1060 aluminum alloy uses vertical oscillation to optimize the weld surface, reducing the porosity by 91% at a radius of 0.45mm. O laser welded 1060 alumínio usa oscilação vertical para otimizar a superfície da solda, reduzindo a porosidade em 91% em um raio de 0,45 mm.

* Laser beam focus rotation and vertical oscillation SEM

• Spot shaping (quatro-beam)

A formação do ponto de luz é a soldagem de quatro feixes, o que aumenta o tamanho do pequeno buraco no pool de fusão, estabiliza o vapor de metal, reduz os splatters e poros, e melhora a qualidade da soldagem.

* Diagrama esquemático de quatro vigas

Shell de bateria de aço por soldagem a laser

The welding of austenitic stainless steel is prone to thermal cracking, which is related to the alloy composition and impurity content. A soldagem de aço inoxidável austenítico é propensa ao cracking térmico, que está relacionado à composição da liga e ao conteúdo de impurezas.O problema da craqueação térmica pode ser eficazmente resolvido ajustando os parâmetros do processo..

- Não.

1 Atualmente, o comprimento de onda de soldagem a laser comumente usado é principalmente 1064nm, usando laser azul / laser verde para soldagem de materiais heterogêneos pode ter um bom efeito.