noticias de la compañía sobre Aplicación de la soldadura por láser en vehículos eléctricos: baterías de potencia

Hoy compartimos la aplicación de la tecnología de soldadura por láser en la batería de vehículos eléctricos, principalmente incluyendo la soldadura de electrodos de la batería, la soldadura del bus de la batería, la soldadura de la cáscara de la batería, etc., que involucra Al-Fe, Al-Cu,Saldas de Cu-Fe y otras soldaduras de materiales diferentes.

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Antecedentes de la solicitud

En el contexto del calentamiento global y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, los vehículos de nueva energía, especialmente los vehículos eléctricos, están aumentando rápidamente.Requiere una tecnología de soldadura estrictaLos métodos de soldadura tradicionales, como la soldadura por ultrasonidos y la soldadura por puntos de resistencia, se han desarrollado con el fin de mejorar el rendimiento de las baterías.,tienen limitaciones en el manejo de la conexión de materiales de electrodos de la batería (como aluminio, cobre y acero).La soldadura por ultrasonidos no es adecuada para la estructura de baterías común de los vehículos eléctricos., y la soldadura por puntos de resistencia es difícil de soldar debido a la alta conductividad del aluminio y el cobre.

La tecnología de soldadura por láser es una opción ideal por su no contacto, alta densidad de energía, control térmico preciso y fácil automatización.Puede satisfacer las necesidades de soldadura de diferentes materiales del sistema de baterías, tales como soldadura de acero de aluminio, aluminio de cobre, soldadura de acero de cobre entre el electrodo de la batería y el bus, y soldadura de la cáscara de la batería de aluminio / acero,que desempeña un papel clave para garantizar la fiabilidad de la conexión, y mejorar el rendimiento y la seguridad de las baterías.

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Tipo de batería de potencia

Tipo de batería de potencia

1 Batería cilíndrica pequeña (por ejemplo, modelo 18650), tamaño estandarizado, seguridad y coste relativamente bajo;

2 Baterías de prisma de gran tamaño, que tienen un buen rendimiento en términos de densidad de energía y estabilidad;

3 Batería de polímero revestida con revestimiento blando, propensa a la geometría al cargar.

* Tipo de batería

El paquete de baterías está compuesto por varias baterías en serie o en serie y paralelas, que están conectadas a través de barras de bus.y la fiabilidad de la conexión afecta directamente el rendimiento y la seguridad del sistema de baterías.

* Estructura de la batería a) batería cilíndrica b) batería prismática

Limitaciones de las técnicas comunes de soldadura

soldadura supersónica

Utiliza principalmente vibración de alta frecuencia (generalmente 20 kHz y más) para hacer que el material forme una unión sólida bajo presión para lograr la conexión.

1 Este método es adecuado para soldar láminas finas, materiales diferentes o materiales de alta conductividad, principalmente aplicados a las baterías de tira.

2 Las baterías de los vehículos eléctricos suelen ser de forma cilíndrica o prismática, que pueden destruir la integridad de la estructura de la batería bajo la combinación de presión y vibración,por lo que la soldadura por ultrasonidos no es adecuada para la soldadura de baterías de vehículos eléctricos.

soldadura puntual de resistencia

El principio de funcionamiento consiste principalmente en aplicar presión sobre la superficie de contacto de la pieza de trabajo y utilizar una gran corriente para fundir las piezas localmente.Los materiales comunes de las baterías de vehículos eléctricos son el aluminio y el cobre., que tienen las características de alta conductividad eléctrica y conductividad térmica, lo que dificulta la soldadura de la soldadura puntual de resistencia.

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La batería del oído está soldada con el autobús.

Características de soldadura

Combinación de materiales: el material del oído del poste de la batería es a menudo aluminio, cobre o acero, el material del bus es principalmente cobre o aluminio, formando aluminio-cobre, aluminio-acero,de acero y cobre y otras combinaciones.

Requisitos de alto rendimiento: el sitio de soldadura debe garantizar una baja resistencia, una alta conductividad y una buena resistencia mecánica,para garantizar la eficiencia de carga y descarga de la batería y su estabilidad a largo plazo.

* Puente de escucha y bus de paquete blando / batería cilíndrica

Soldadura por láser de acero y aluminio

Dificultades de soldadura:

1 Las propiedades térmicas del aluminio y del acero son muy diferentes, la soldadura formará compuestos intermetálicos metálicos frágiles (IMC), tales como Fe2Al5, Fe4Al13, etc., afectan a la microestructura,rendimiento eléctrico y rendimiento térmico de la unión, aumentar la resistencia interna de la batería, acortar la vida útil.

2 La generación de IMC debe controlarse durante la soldadura.

1. Parámetros del proceso de control

1 Controlar la entrada térmica: ajustar la potencia del láser, la velocidad de soldadura y los parámetros de pulso (frecuencia, relación de trabajo), equilibrar la profundidad de fusión y el tamaño del área de influencia térmica,y reducir la generación de IMC.

2 Optimizar la forma de onda de pulso: se utiliza una forma de onda de pulso especial para cambiar las características del ciclo térmico, como la forma de onda de subida lenta y caída lenta para reducir el gradiente de temperatura y el estrés térmico,y inhibir el enfriamiento rápido que conduce a una gran cantidad de IMCs frágiles generación.

• Utilice la capa media

1 Composición: selección de níquel, aleación a base de silicio y otros materiales de capa intermedia, debido a su reacción con el acero de aluminio.y la dureza de los IMC que contienen níquel es mejor que la del acero de aluminioSi en los compuestos de Al-Si) afecta el crecimiento de los compuestos de Fe-Si optimiza las propiedades mecánicas de la unión,y el contenido de Si se ajusta con precisión de acuerdo con los requisitos del material y del proceso.

2 espesor: de μ m a decenas de μ m de espesor puede ajustar eficazmente la formación de IMMC, mejorar el rendimiento de la articulación y la fiabilidad.

• Auxiliar del campo magnético

1 Dirección del campo magnético: el campo magnético vertical inhibe la difusión macroscópica de elementos en el estanque de fusión, cambia la convección y la morfología de cristalización,y reduce la fusión excesiva de Fe y Al para formar IMC frágilesEl campo magnético paralelo afecta a la microdifusión de la migración de los límites de los solutos y de los granos, y refina los granos y optimiza la distribución y la orientación de los IMC.

2 Colaboración de múltiples campos: combinado con el campo magnético y el ultrasonido, la colaboración del campo magnético y la vibración ultrasónica para refinar los granos, eliminar las inclusiones estomales,y mejorar la estructura de la CMILa vibración ultrasónica es útil para romper las dendritas y la composición uniforme, el campo magnético guía la dirección del flujo de líquido metálico y el crecimiento del cristal,Mejorar el comportamiento de solidificación y la uniformidad de los tejidos de la piscina fundida, reduce la fragilidad de la CMI y mejora la dureza y la conductividad eléctrica de las articulaciones.

* Soldadura por oscilación láser de aluminio y acero (amplitud de oscilación 0,2-1,2 mm)

* Micromorfología de la unión de acero inoxidable / aleación de aluminio a) papel de níquel b) sin papel de níquel

Saldado por láser de cobre y aluminio

Dificultades de soldadura:

El cobre y el aluminio tienen diferentes puntos de fusión, conductividad térmica y coeficiente de expansión térmica, formando Cu 2 Al y Cu 4 Al 3 IMC por soldadura,que afectan a la microestructura y a las propiedades mecánicas de las soldaduras, y necesitan inhibir su formación y crecimiento.

1. Optimización de los parámetros de soldadura

1 La combinación de una alta velocidad de soldadura con una baja potencia láser puede reducir el tiempo de entrada térmica y la resistencia, e inhibir la formación de un gran número de IMC.CuAl 2 y otros compuestos se reducen significativamente.

2 Optimizar la frecuencia de pulso y el ciclo de trabajo, cambiar las condiciones de difusión atómica y dinámica de reacción de Cu y Al, hacer que el IMC crezca ordenada y uniformemente distribuida,y mejorar el rendimiento conjunto.

• El relleno de plata, níquel y estaño está hecho de materiales de relleno a base de plata, níquel y estaño o alambre de soldadura de aleación específica que puede derretir el hueco de relleno y diluir los elementos del material base,ralentizar la reacción directa de Cu y Al, y reducir la generación de IMC frágil.

Por ejemplo, con material de relleno de estaño, la soldadura para formar las fases Cu6Sn5 y Cu3Sn, cambia la forma del tejido de la articulación, reduce la fragilidad general, mejora la resistencia y la dureza.

• La modulación del haz utiliza la oscilación del haz, la rotación o la división del haz y otras técnicas de modulación para cambiar la distribución de la energía del láser y el modo de acción.

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

Soldadura por láser de cobre y acero

Dificultades de soldadura:

Las propiedades físicas del cobre y el acero son muy diferentes, y la separación de la fase líquida y las grietas térmicas son propensas a ocurrir durante la soldadura con láser,como la infiltración de Cu en el límite del grano de acero, lo que conduce a grietas térmicas.

1. Desviación por láser

La calidad de la soldadura puede mejorarse efectivamente desviando el láser hacia el lado de cobre.

• Oscilaciones del haz

En el proceso de solidificación, la resistencia a las grietas de las soldaduras puede ser mejorada.el aumento del límite de grano reduce significativamente la concentración de esfuerzo y controla eficazmente la resistencia y deformación de la articulación.

* Sin oscilar con un SEM oscilante

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Soldadura de la cáscara de la batería

* Batería Tesla 4680

Soldadura por láser del caparazón de la batería de aluminio

Debido a su alta conductividad térmica y su elevado coeficiente de expansión térmica, la soldadura de aleación de aluminio presenta fácilmente grietas y defectos de poros.la película de óxido superficial y las impurezas se descomponen fácilmente a altas temperaturas, haciendo que el gas sea difícil de escapar y causar poros.

1. Rotación del foco del haz láser + oscilación vertical

La aleación de aluminio 1060 soldada con láser utiliza oscilación vertical para optimizar la superficie de soldadura, reduciendo la porosidad en un 91% en un radio de 0,45 mm.

* Rotación del foco del haz láser y oscilación vertical SEM

• Formación de puntos (cuatro haces)

La formación de puntos de luz es soldadura de cuatro haces, que aumenta el tamaño del pequeño orificio en el estanque fundido, estabiliza el vapor de metal, reduce las salpicaduras y los poros y mejora la calidad de la soldadura.

* Diagrama esquemático de cuatro haces

Conchas de baterías de acero por soldadura láser

La soldadura de acero inoxidable austenítico es propensa al agrietamiento térmico, que está relacionado con la composición de la aleación y el contenido de impurezas.El problema del craqueo térmico puede resolverse eficazmente ajustando los parámetros del proceso.

¿ Qué es eso?

1 En la actualidad, la longitud de onda de soldadura láser comúnmente utilizada es en su mayoría de 1064nm, utilizando láser azul / láser verde de soldadura de materiales heterogéneos puede tener un buen efecto.