01 Úvod
Uprostřed posunu globálního automobilového průmyslu směrem k elektrifikaci určují napájecí baterie jako hlavní zdroj energie nových energetických vozidel tržní konkurenceschopnost elektrických vozidel prostřednictvím jejich výkonu, bezpečnosti a ceny. Výroba napájecích baterií je složitý proces, který zahrnuje mezioborové znalosti včetně materiálové vědy, elektrochemie a přesného inženýrství. Vysoce-kvalitní technologie připojení je klíčovým článkem celého tohoto procesu. Tradiční metody spojování, jako je odporové svařování a ultrazvukové svařování, stále více vykazují omezení,-jako jsou velké tepelné efekty, špatná konzistence a úzká okna procesních parametrů,-když čelíme velkému-rozsahu, automatizované výrobě napájecích baterií a manipulaci s materiály s vysokou tepelnou vodivostí, jako je měď a hliník. Technologie laserového svařování se svou vysokou hustotou energie, regulovatelným tepelným příkonem, bez-dotykovou povahou a snadnou automatizací splňuje přísné požadavky výroby napájecích baterií na přesnost, účinnost a spolehlivost a stala se základním procesem v celém pracovním postupu od výroby článků až po montáž bateriových sad. Tento článek si klade za cíl ilustrovat specifické aplikace technologie laserového svařování v různých fázích výroby napájecích baterií a shrnout její významnou roli při podpoře rozvoje průmyslu energetických baterií.
02 Aplikace ve fázi výroby bateriových článků
Bateriový článek je základní jednotkou napájecí baterie a jeho výrobní přesnost a těsnění jsou základními zárukami bezpečnosti a výkonu baterie. Laserové svařování se používá především pro přesné spojení a konečné utěsnění článků baterie. Za prvé, pro elektrické spoje uvnitř bateriového článku se ke svaření jazýčků používá laserové svařování. Po dokončení procesu navíjení nebo stohování je nutné pevně svařit výstupky kladné (hliníková fólie) a záporné (měděná fólie) elektrod, které mohou sestávat z desítek nebo dokonce stovek vrstev, spolu s proudovými kolektory a tvořit spolehlivou elektrickou cestu s vnějšími svorkami nebo spojovacími kusy, jak je znázorněno na obrázku 1. Laserové svařování dokáže tyto tenké materiály okamžitě spojit s vysokou pevností a s extrémně krátkou dobou trvání svaru. Jeho výhoda spočívá v minimální tepelně-ovlivněné zóně, účinně zabraňuje tepelnému poškození sousedních separátorů a aktivních materiálů, a tím zachovává elektrochemický výkon bateriového článku.
Za druhé, v konečné fázi balení bateriových článků je laserové svařování jednou z účinných metod k dosažení vzduchotěsného utěsnění. Současně je laserové svařování použito pro spojení horního krytu a pláště jak u čtyřhranných hliníkových plášťových baterií, tak u válcových ocelových plášťových baterií. Přesným řízením výkonu, rychlosti a ohniskové polohy laseru lze na plášti vytvořit souvislý, hladký a hustý svar, který účinně zabraňuje úniku elektrolytu a pronikání vnější vlhkosti a zajišťuje chemickou stabilitu bateriového článku po celou dobu jeho životnosti. U váčkových článků se laserové svařování používá v procesech horního těsnění a bočního těsnění, přivařením vyčnívajících jazýčků ke spojovacím a ochranným přechodovým dílům (obvykle poniklovaná-měď nebo hliník). Jeho bez{5}}kontaktní povaha zajišťuje efektivitu balení a nulové poškození obalového materiálu z hliníkové-plastové fólie, jak ukazuje obrázek 2.
03 Aplikace ve fázi montáže bateriových modulů a bateriových sad zahrnuje integraci jednotlivých článků do modulů a bateriových sad, což vyžaduje velké množství elektrických spojů a konstrukčního upevnění. Toto je fáze, kde je laserové svařování nejvíce koncentrované a technicky náročné. Pokud jde o elektrické spojení, hlavní aplikací je sériové a paralelní svařování mezi články. Připojením přípojnic (obvykle hliníkových nebo měděných tyčí) ke svorkám článků je zkonstruován systém elektrického obvodu celé sady baterií.
Potíže tohoto procesu spočívají v: 1) problémech s materiálovými charakteristikami-měď a hliník mají vysokou odrazivost vůči běžně používaným infračerveným laserům a vysokou tepelnou vodivost, což ztěžuje svařování; 2) spojování různých materiálů, jako je spojení mezi měděnými přípojnicemi a hliníkovými koncovkami, které je náchylné k tvorbě křehkých intermetalických sloučenin (IMC), které ovlivňují dlouhodobou- spolehlivost spojení. K řešení těchto výzev průmysl vyvinul pokročilé procesy, jako je oscilační laserové svařování, hybridní svařování (např. laserový-oblouk) a použití nových laserů s vlnovou délkou, jako jsou zelené nebo modré lasery. Tyto technologie účinně potlačují defekty, jako je rozstřik a pórovitost, a kontrolují tloušťku IMC vrstvy rozšířením roztavené lázně, zvýšením míchání a zvýšením absorpce energie, čímž se dosáhne elektrických spojení. Z hlediska konstrukčních spojů hraje důležitou roli také laserové svařování. Lze jej například použít pro konstrukční součásti, jako jsou boční desky modulu a koncové desky, které zajišťují články, a také pro připojení krytu a krytu baterie. Ve srovnání s tradičními šroubovými nebo nýtovými spoji může laserové svařování dosáhnout vyššího stupně integrace a strukturální pevnosti, což pomáhá zlepšit odolnost baterie vůči vibracím a nárazům. Drobné svary v akvizičních obvodech napěťových a teplotních senzorů v systémech správy baterií se navíc stále častěji provádějí pomocí laserového svařování, aby byla zajištěna dlouhodobá-stabilita a spolehlivost získávání signálu.
04 Shrnutí Technologie laserového svařování se svou vysokou přesností, rychlostí a spolehlivostí byla integrována do každého kroku výroby napájecích baterií. Laserové svařování hraje nezastupitelnou klíčovou roli, od svařování mikročlánkových destiček po makrostrukturní spojení baterie, od vzduchotěsného obalu, který zajišťuje bezpečnost článku až po nízkoodporová elektrická spojení, která určují výkon baterie. Nejen, že efektivně řeší problémy se zpracováním obtížně svařitelných--materiálů, jako je měď a hliník, a splňuje požadavky na efektivitu a konzistenci automatické-výroby ve velkém, ale také maximalizuje ochranu elektrochemického výkonu baterie díky přesné kontrole svařovacího tepla. Dozrávání a vývoj technologie laserového svařování se staly klíčovým technologickým motorem, který pohání zvýšení hustoty energie baterií, snížení výrobních nákladů a zlepšení bezpečnosti, což poskytuje solidní výrobní základ pro rychlý rozvoj globálního průmyslu nových energetických vozidel.
