01 Įvadas
Pasaulinei automobilių pramonei pereinant prie elektrifikacijos, maitinimo elementai, kaip pagrindinis naujų energiją naudojančių transporto priemonių energijos šaltinis, lemia elektrinių transporto priemonių konkurencingumą rinkoje dėl jų veikimo, saugumo ir kainos. Maitinimo baterijų gamyba yra sudėtingas procesas, apimantis tarpdisciplinines žinias, įskaitant medžiagų mokslą, elektrochemiją ir tiksliąją inžineriją. Aukštos-kokybės ryšio technologija yra esminė šio proceso grandis. Tradiciniai sujungimo metodai, pvz., varžinis suvirinimas ir ultragarsinis suvirinimas, vis dažniau susiduria su apribojimais-, pvz., dideliu šiluminiu poveikiu, prasta konsistencija ir siaurais proceso parametrų langais-, kai susiduriama su dideliu-mastu, automatizuota maitinimo baterijų gamyba ir tvarkant didelio šilumos laidumo medžiagas, tokias kaip varis ir aliuminis. Lazerinio suvirinimo technologija, pasižyminti dideliu energijos tankiu, kontroliuojamu šilumos įvedimu, bekontakčiu pobūdžiu ir paprastu automatizavimu, atitinka griežtus baterijų gamybos tikslumo, efektyvumo ir patikimumo reikalavimus ir tapo pagrindiniu procesu per visą darbo eigą nuo elementų gamybos iki baterijų bloko surinkimo. Šiuo straipsniu siekiama iliustruoti specifinius lazerinio suvirinimo technologijos pritaikymus skirtinguose maitinimo baterijų gamybos etapuose ir apibendrinti jos reikšmingą vaidmenį skatinant baterijų pramonės plėtrą.
02 Taikymas baterijų elementų gamybos etape
Akumuliatoriaus elementas yra pagrindinis maitinimo akumuliatoriaus blokas, o jo gamybos tikslumas ir sandarinimas yra esminės akumuliatoriaus saugos ir veikimo garantijos. Lazerinis suvirinimas daugiausia naudojamas tiksliam akumuliatoriaus elementų sujungimui ir galutiniam sandarinimui. Pirma, elektrinėms jungtims akumuliatoriaus elemento viduje naudojamas lazerinis suvirinimas, kad būtų suvirinti skirtukai. Pasibaigus vyniojimo ar sukrovimo procesui, reikia tvirtai suvirinti teigiamo (aliuminio folija) ir neigiamo (vario folija) elektrodų, kurie gali būti sudaryti iš dešimčių ar net šimtų sluoksnių, ąselius kartu su srovės kolektoriais ir suformuoti patikimą elektros kelią su išoriniais gnybtais arba jungiamomis medžiagomis, kaip parodyta 1 paveiksle. mažo atsparumo ir didelio stiprumo suvirinimo taškų formavimas. Jo pranašumas slypi minimalioje{5}}šilumos paveiktoje zonoje, efektyviai išvengiant šilumos žalos gretimiems separatoriams ir aktyviosioms medžiagoms ir taip išsaugomas akumuliatoriaus elemento elektrocheminis veikimas.
Antra, paskutiniame akumuliatoriaus elementų pakavimo etape lazerinis suvirinimas yra vienas iš veiksmingų būdų hermetiškam sandarinimui pasiekti. Tuo pačiu metu lazerinis suvirinimas naudojamas viršutiniam dangčiui ir korpusui sujungti tiek kvadratiniuose aliuminio korpuso akumuliatoriuose, tiek cilindriniuose plieno korpuso akumuliatoriuose. Tiksliai valdant lazerio galią, greitį ir židinio padėtį, ant korpuso galima suformuoti ištisinę, lygią ir tankią suvirinimo siūlę, efektyviai užkertančią kelią elektrolito nuotėkiui ir išorinės drėgmės patekimui, užtikrinant cheminį akumuliatoriaus elemento stabilumą visą jo naudojimo laiką. Maišelio elementams suvirinimas lazeriu naudojamas viršutinio sandarinimo ir šoninio sandarinimo procesuose, suvirinant išsikišusius skirtukus prie jungiamųjų ir apsauginių pereinamųjų dalių (dažniausiai nikeliuotu variu arba aliuminiu). Ne{5}}kontaktinis jo pobūdis užtikrina pakavimo efektyvumą ir nepažeidžia aliuminio -plastikinės plėvelės pakavimo medžiagos, kaip parodyta 2 paveiksle.
03 Akumuliatorių modulių ir baterijų blokų surinkimo stadijoje taikymas apima atskirų elementų integravimą į modulius ir akumuliatorių blokus, todėl reikia daug elektros jungčių ir konstrukcijų tvirtinimo. Tai etapas, kai lazerinis suvirinimas yra labiausiai koncentruotas ir techniškai sudėtingiausias. Kalbant apie elektros jungtis, pagrindinis pritaikymas yra nuoseklus ir lygiagretus suvirinimas tarp elementų. Prijungus šynas (dažniausiai aliuminio arba vario strypus) prie elementų gnybtų, sukonstruojama viso akumuliatoriaus bloko elektros grandinės sistema.
Šio proceso sunkumai yra šie: 1) medžiagų charakteristikų iššūkiai-varis ir aliuminis pasižymi dideliu atspindinčiu dažniu infraraudonųjų spindulių lazeriu ir dideliu šilumos laidumu, todėl sunku suvirinti; 2) skirtingų medžiagų, pvz., varinių šynų ir aliuminio gnybtų jungtis, sujungimas, dėl kurio gali susidaryti trapūs intermetaliniai junginiai (IMC), kurie turi įtakos ilgalaikiam jungties patikimumui. Siekdama išspręsti šiuos iššūkius, pramonė sukūrė pažangius procesus, tokius kaip virpesinis lazerinis suvirinimas, hibridinis suvirinimas (pvz., lazerinis{7}}lankas) ir naujų bangos ilgio lazerių, pvz., žalių arba mėlynų lazerių, naudojimas. Šios technologijos veiksmingai slopina defektus, tokius kaip purslų ir poringumo, ir kontroliuoja IMC sluoksnio storį, plečiant išlydytą baseiną, pagerinant maišymą ir energijos absorbciją, taip sukuriant elektros jungtis. Kalbant apie konstrukcines jungtis, svarbų vaidmenį atlieka ir suvirinimas lazeriu. Pavyzdžiui, jis gali būti naudojamas konstrukciniams komponentams, tokiems kaip modulio šoninės plokštės ir galinės plokštės, kurios tvirtina elementus, taip pat akumuliatoriaus korpuso korpusui ir dangčiui sujungti. Palyginti su tradicinėmis sraigtinėmis arba kniedinėmis jungtimis, suvirinant lazeriu galima pasiekti didesnį integracijos laipsnį ir konstrukcijos stiprumą, o tai padeda pagerinti akumuliatoriaus atsparumą vibracijai ir smūgiams. Be to, mažos baterijų valdymo sistemos įtampos ir temperatūros jutiklių gavimo grandinių suvirinimo siūlės vis dažniau atliekamos naudojant lazerinį suvirinimą, siekiant užtikrinti ilgalaikį signalo gavimo stabilumą ir patikimumą.
04 Santrauka Lazerinio suvirinimo technologija, pasižyminti dideliu tikslumu, greičiu ir patikimumu, buvo integruota į kiekvieną maitinimo elementų gamybos žingsnį. Lazerinis suvirinimas atlieka nepakeičiamą pagrindinį vaidmenį – nuo mikroskopinio elementų suvirinimo iki didelio masto akumuliatoriaus bloko konstrukcinių jungčių, nuo sandarios pakuotės, užtikrinančios elementų saugumą, iki mažo-varžumo elektros jungčių, lemiančių akumuliatoriaus veikimą. Tai ne tik efektyviai išsprendžia sudėtingai{4}}suvirinamų medžiagų, tokių kaip varis ir aliuminis, apdorojimo iššūkius, atitinka didelio-masto automatizuotos gamybos efektyvumo ir nuoseklumo reikalavimus, bet ir maksimaliai apsaugo akumuliatoriaus elektrocheminį veikimą tiksliai valdant suvirinimo šilumą. Lazerinio suvirinimo technologijos brendimas ir plėtra tapo pagrindiniu technologiniu varikliu, skatinančiu akumuliatoriaus energijos tankio padidėjimą, gamybos sąnaudų mažinimą ir saugos gerinimą, suteikdamas tvirtą gamybos pagrindą sparčiai pasaulinei naujų energetinių transporto priemonių pramonei.
