パワーリチウム電池の製造におけるレーザーの用途は何ですか？

1990年以来、リチウム電池は、その高エネルギー密度、高電圧、環境保護、および3 cデジタル、電動工具、その他の業界に魅了された長寿命と高速充電の利点により、新エネルギー自動車業界に多大な貢献をしています。エネルギー自動車に電源を供給する新しいリチウム電池産業として、市場の可能性は途方もないです。それは国家戦略開発の重要な部分です。業界規模は、今後5〜10年で1,600億元を超えると予想されています。

新エネルギー車のコアコンポーネントとしてのパワーバッテリーは、その品質が車両の性能を直接決定します。リチウム電池製造装置は一般的にフロントエンド装置であり、最終的には、3つのエンド装置の後、装置の精度と自動化レベルが製品の生産効率と一貫性に直接影響します。従来の溶接技術に代わるレーザー加工技術は、リチウムイオン電池製造装置で広く使用されています。

この論文では、パワーバッテリー産業のアプリケーションにおけるレーザーは、レーザー溶接のプロセス特性を説明し、アルミニウム合金レーザー溶接は、溶接および溶接モードの品質の難しさを分析し、正方形のパワーバッテリーおよびバッテリーパックのプロセス特性を列挙しますおよび機器開発の傾向。

レーザー溶接プロセス

リチウムイオン電池の製造から電池パックグループまで、溶接は重要な製造工程であり、リチウム電池の導電性、強度、気密性、金属疲労および耐食性は、代表的な電池溶接品質評価基準です。

溶接方法と溶接技術の選択は、バッテリーのコスト、品質、安全性、バッテリーの一貫性に直接影響します。多くの溶接方法において、レーザー溶接は次のように際立って有利です：まず第一に、高エネルギー密度レーザー溶接、小さな溶接変形、熱影響部が小さく、製造の精度を効果的に向上させることができ、不純物のない滑らかな溶接、均一な密度、追加の研削作業なし。第二に、レーザー溶接は正確な制御が可能で、小さな光点に焦点を合わせ、高精度の位置決めを行い、機械式アームと組み合わせると、自動化の実現、溶接の効率の向上、作業時間の短縮、コストの削減が容易になります。さらに、薄いシートまたは細い直径のワイヤーのレーザー溶接は、メルトバックアーク溶接の影響を受けにくいです。

バッテリーの構造には通常、鋼、アルミニウム、銅、ニッケルなどのさまざまな材料が含まれています。これらは、金属電極、ワイヤー、またはシェルから作成できます。したがって、それが材料またはさまざまな材料の間にあるかどうかにかかわらず、溶接技術のための溶接は、より高い要件を提唱します。レーザー溶接技術の利点は、多種多様な溶接材料が可能であり、異なる材料間の溶接を実現できることです。

技術的な難しさ

「軽い」の原則に従うパワーバッテリーバッテリーの製造は、通常「軽い」アルミニウムを採用しますが、より「薄い」ために、一般的にシェル、カバー、ボトムの基本的な厚さは1.0mm未満を必要とします。基礎材料のいくつかの主流メーカーの厚さは約0.8mmです。統計によると、バッテリーシェルのアルミニウム合金材料は、パワーバッテリー全体の90％以上を占めています。

アルミニウム溶接の難しさは、アルミニウム合金のレーザービームの高い初期反射率とそれ自体の高い熱伝導率にあり、溶接プロセスのパフォーマンス中のイオン化エネルギー、アルミニウムプラズマが低いため、レーザーの吸収率がアルミニウム合金の溶融前に低くなりますに広がりにくい、溶接安定性を作ります。さらに、合金元素損失の溶接プロセスは、アルミニウム合金溶接継手の機械的特性を低下させます。溶接工程での気孔感度が高いため、溶接欠陥は必然的にいくつかの問題を引き起こしました。最も主要なものの1つは多孔性と熱亀裂です。アルミニウム合金ガスのレーザー溶接の過程で発生するのは、主に2つのカテゴリがあります。水素の多孔性と多孔性の鍵穴バーストです。レーザー溶接の冷却速度が速すぎるため、水素穴の問題はより深刻であり、また、細孔の崩壊によって生成されるより多くの穴のクラスのレーザー溶接でも問題があります。

ホットクラックの問題。アルミニウム合金は典型的なタイプの共晶合金に属し、結晶化溶接亀裂や亀裂を含む高温亀裂を溶接するときに現れやすく、溶接領域の組成偏析のために液化したHAZは、応力の作用下で共晶偏析と粒子境界溶融を示します結晶粒境界で液化亀裂が発生し、溶接継手の性能が低下します。

揚げ火（スプラッシュとも呼ばれる）の問題。材料の純度、材料自体の純度、材料自体の特性、そして決定的な役割など、多くの要因によって引き起こされる揚げ火は、レーザーの安定性です。バンプ、多孔性、内部バブルシェル表面、その理由を調査します。主に、ファイバーコアの直径が小さすぎるか、レーザーエネルギーによって引き起こされるものが高すぎます。

上記の問題を考慮して、適切なプロセスパラメータを見つけることが問題を解決するための鍵となります。

溶接モード分析

（1）パルス溶接モード

アルミニウム合金の表面光の反射率が高すぎるため、パルスレーザーで一般的に使用される方形波パルス波形、スパイク波、バイモーダル波など、適切な溶接波形を選択する必要があります。材料の表面にレーザービームを入射すると、金属表面の高強度は反射によるレーザーエネルギー損失の60％〜98％になり、反射率は物体表面の温度によって変化します。アルミニウム合金の溶接、最適な選択の尖ったバイモーダル波、パルス幅の減速部分の背後にあるこれらの2種類の溶接波形が長い場合、細孔と亀裂を効果的に減らすことができます。

レーザーの反射率が高いのはアルミニウム合金であるため、垂直方向の反射を防ぎ、入射レーザービームによる損傷がミラーに集束するのを防ぐために、溶接プロセスでは通常、ヘッドの偏向角を溶接します。はんだ接合部と効果的に直径を組み合わせると、レーザー角度の増加とともに、レーザー角度が40°になると、最大のはんだ接合部と接合面が効果的に増加します。また、レーザー角度による溶融はんだ接合部の有効侵入深さは減少し、レーザー角度が60°を超えると、有効溶接侵入はゼロになります。したがって、溶接ヘッドを特定の視点に傾けると、溶接深さと溶接幅を適切に増やすことができます。さらに、溶接ラインへの溶接中、レーザースポット溶接は部分シェルカバー65％、溶接では35％でなければならないため、火災によるカバーの接近の問題のために効果的に削減できます。

（2）連続溶接のモデル

パルス溶接とは異なり、熱急冷熱による連続レーザー溶接プロセスは、溶接の品質を向上させるために、連続レーザー溶接を使用して、滑らかで均一、飛沫、欠陥、内部に亀裂がないことを確認します。溶接。アルミニウム合金溶接に関して、連続レーザーの明らかな利点：従来の溶接方法と比較して、ワイヤーを充填せずに高効率。パルスレーザー溶接と比較して、亀裂、空気穴、スプラッシュなどの溶接後の欠陥を解決して、溶接後のアルミニウム合金の良好な機械的特性を確保できます。溶接後にたるまないでください。研磨研削量が減り、製造コストを節約できますが、連続レーザースポットが少ないため、要件が高くなり、ワークピースの取り付け精度が向上します。

溶接プロセス中のパワーバッテリーでは、溶接技術と技術者がバッテリーの材料、形状、厚さ、張力の要件に応じて、溶接速度、波形、ピーク、溶接ヘッドの傾きなどの適切なレーザー溶接プロセスパラメーターを選択します最終的な溶接結果がパワーバッテリーメーカーの要件を満たすことを保証するなど、妥当な溶接プロセスパラメータを設定するための角度。

四角電池溶接

正方形のセルの溶接プロセスでは、最も重要な作業手順の1つは、カプセル化シェルカバーです。正方形のバッテリーシェルシール方法は、通常、バッテリーの上部に長方形のプレートがあり、アノード入力端のあるプレートがシェルプレートに挿入されます。口と同じ高さにし、次にパルスまたは連続レーザー溶接によるレーザー長方形開口部を備えたプレートとシェルの間で、良好なシーリングを溶接します。

溶接方法は、角型電池の側面溶接と溶接に分けられます。片面溶接は、内部電池への影響が少ないという主な利点であり、内部のシェルカバーに飛沫が入りにくいです。溶接後に上昇する可能性があるため、組み立ては後続のプロセスのわずかな影響になります。したがって、側面溶接プロセスは、高い清浄度要件の材料であるレーザーの安定性に影響します。平面での上部溶接のため、溶接装置の統合の要件が低くなります。

現在、パワーバッテリーセットの溶接方法は業界で広く支持されており、収束ノードを垂直溶接することで、4つの収束ノードが横にスライドするリスクを大幅に低減できますが、大量生産も可能です。武漢エスケープフライングレーザー機器株式会社「高速レーザー溶接装置」バッテリーシェルは、roaおよび12 PPMの溶接生産効率の99.5％以上を達成しました。

バッテリーパックプロセス

（1）バッテリーパック

保護回路、シェル、出力を追加することによってバッテリーバッテリーを追加し、PACKと呼ばれるバッテリー製造プロセスのアプリケーションを形成します。バッテリーパックは、さまざまな分野でのバッテリーアプリケーションの重要なステップです。 PACKプロセスの継続的な開発に伴い、接続モードも最初のはんだ付けから後の抵抗溶接まで改善され続け、これまでの開発では、溶接の精度、信頼性、高度な自動化の利点により、レーザー溶接が行われるようになりました。現在のPACKプロセスは最も普及している接続方法であり、インテリジェントオートメーション機器のレーザー溶接技術を搭載することは、正方形、円筒形、ソフトバッグ、18650種類のバッテリーパックグループのハイエンド製造機器になりました。

（2）インテリジェント機器の開発動向

新エネルギー自動車産業の発展は、標準ステレオタイプと標準化の仕様で使用されるパワーバッテリーとバッテリーモジュール、多くの互換性のない仕様システムの問題、現在の技術プロセスと生産テンポと手動操作の効率が企業を制限していません、製品の品質と生産能力を効果的に改善します。したがって、パワーバッテリーモジュールアセンブリの自動化のレベルを上げることが非常に必要です。今日、インテリジェントソリューションの「ライン機器全体+ +ロボットソフトウェア制御」の実現は、互換性、ライン全体のテンポと効率の両方にユーザーの焦点を解決し、ユーザーのバッテリーパックの注文を解決するために、小さなバッチと多くの仕様。

管理ソフトウェア。 MESシステム全体が生産ラインから無人生産ワークショップに直接送られ、人工的に外部の材料をオンラインで補足するだけで済み、安全性を向上させ、人的介入を減らすことができます。溶接プロセスリンクは、MES管理ソフトウェアシステムにレーザー溶接プロセスデータを統合するだけで、ユーザーの呼び出しを容易にし、直接切り替えることができます。バッテリーからパックグループまで、すべての作業手順のパラメーター、データ、その他の受信情報などは、プロセス制御を行うだけでなく、生産効率を効果的に保証するために、MESシステムを介して迅速にクエリとタイムリーな分析を行うことができます。リモート監視と管理を実現するために産業用通信インターフェースによって予約されており、インテリジェントオートメーション製造特性を完全に具現化しています。レーザーソリューションにより、製品は高インテリジェンス、高自動化の方向性のトレンドに向かっています。

概要

中国のレーザー溶接技術はますます成熟していますが、パワーバッテリーメーカーの品質は依然として人員を設計する必要があり、レーザー溶接技術者は材料、形状、厚さ、プロセス最適化設計、リアルタイム検出などから緊密に協力しています溶接の理想的な効果を達成するために、さまざまな側面。武漢はレーザー機器株式会社から飛ぶ。パワーバッテリー溶接の分野で10年以上の経験を持ち、バッテリーセルとモジュールの生産ラインおよびPACKインテリジェントオートメーションソリューションの高精度、高効率、高信頼性、無人、視覚化および情報を作成します。

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