회사 소식 전기 차량의 레이저 용접 응용: 전력 배터리

오늘날 우리는 전기 차량 전력 배터리 레이저 용접 기술의 응용을 공유합니다. 주로 배터리 전극 귀 버스 용접, 배터리 껍질 용접, 등,큐-페 및 다른 다른 재료의 용접.

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지원 배경

지구 온난화와 온실가스 감축의 맥락에서, 새로운 에너지 차량, 특히 전기 자동차는 빠르게 증가하고 있습니다.엄격한 용접 기술을 필요로 합니다., 주로 배터리 시스템은 다양한 재료와 복잡한 연결을 포함한 복잡한 구조를 가지고 있기 때문입니다. 초음파 용접 및 저항 점 용접과 같은 전통적인 용접 방법,배터리 전극 재료 (알루미늄, 구리 및 강철과 같은) 의 연결에 제한이 있습니다. 예를 들어,초음파 용접은 전기 차량의 일반적인 배터리 구조에 적합하지 않습니다., 그리고 저항 점 용접은 알루미늄과 구리의 높은 전도성으로 인해 용접하기가 어렵습니다.

레이저 용접 기술은 비 접촉, 높은 에너지 밀도, 정확한 열 입력 제어 및 쉬운 자동화로 이상적인 선택입니다.그것은 배터리 시스템의 다른 재료의 용접 요구를 충족시킬 수 있습니다, 알루미늄 스틸, 구리 알루미늄, 배터리 전극과 버스 사이의 구리 스틸 용접 및 알루미늄 / 스틸 배터리 껍질 용접,연결의 신뢰성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다., 배터리 성능과 안전성 향상

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전력 배터리 유형

전력 배터리 유형

1 작은 실린더형 배터리 (예: 18650 모델), 표준화된 크기, 안전성 및 비교적 저렴한 비용

2 에너지 밀도와 안정성 측면에서 좋은 성능을 보이는 큰 프리즘 배터리

3 부드럽게 코팅 된 폴리머 배터리, 충전 시 기하학에 유연합니다.

* 배터리 종류

배터리 팩은 일련 또는 일련 및 병렬로 여러 개의 배터리로 구성되며 버스 바를 통해 연결됩니다. 작업 환경은 복잡합니다.그리고 연결 신뢰성은 배터리 시스템의 성능과 안전에 직접적으로 영향을 미칩니다..

* 배터리 팩 구조 (a) 실린더 배터리 (b) 프리즘 배터리

일반적인 용접 기법의 한계

초음속 용접

주로 고 주파수 진동 (일반적으로 20 kHz 이상) 을 사용하여 연결을 달성하기 위해 압력으로 단단한 결합을 형성합니다.

1 이 방법은 주로 스트립 배터리에 적용되는 얇은 필름, 다른 재료 또는 높은 전도성 물질을 용접하는 데 적합합니다.

2 전기차 배터리는 일반적으로 실린더형 또는 프리즘형 배터리입니다. 압력과 진동의 조합으로 배터리 구조의 무결성을 파괴 할 수 있습니다.그래서 초음파 용접은 전기 차량의 배터리 용접에 적합하지 않습니다.

저항점 용접

작동 원리는 주로 작업 조각의 접촉 표면에 압력을 가하고 큰 전류를 사용하여 부품을 지역적으로 녹이는 것입니다.전기차 배터리의 일반적인 재료는 알루미늄과 구리입니다., 높은 전기 전도성 및 열 전도성의 특성을 가지고 있으며 저항 점 용접을 용접하는 것이 어렵습니다.

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배터리 막대기 귀는 버스와 용접

용접 특성

재료 조합: 배터리 스톨 귀 재료는 종종 알루미늄, 구리 또는 강철, 버스 재료는 대부분 구리 또는 알루미늄, 알루미늄- 구리, 알루미늄-강,구리-강철 및 기타 조합.

높은 성능 요구 사항: 용접 장소는 낮은 저항, 높은 전도성 및 좋은 기계적 강도를 보장해야합니다.배터리 충전 및 배열 효율과 장기 안정성을 보장하기 위해.

* 폴 오어 및 소프트 팩 / 실린더 배터리의 버스

알루미늄-강철 레이저 용접

용접 어려움:

1 알루미늄과 강철의 열 특성은 매우 다릅니다, 용접은 Fe2Al5, Fe4Al13, 등과 같은 부서지기 쉬운 금속 간 금속 화합물 (IMC) 을 형성합니다.합동의 전기 성능과 열 성능, 배터리의 내부 저항을 증가, 서비스 수명을 단축.

2 용접 도중 IMC 발생은 제어되어야 합니다.

1. 제어 프로세스 매개 변수

1 열 입력을 제어: 레이저 전력, 용접 속도 및 펄스 매개 변수 (주파수, 직무 비율) 를 조정, 녹기 깊이와 열 영향 영역의 크기를 균형 잡으십시오.그리고 IMC 생산을 줄입니다..

2 펄스 파형 최적화: 특별한 펄스 파형은 온도 주기 특성을 변경하는 데 사용됩니다. 예를 들어 온도 경과와 열 스트레스를 줄이기 위해 느린 상승과 느린 하락 파형,그리고 빠른 냉각을 억제하여 많은 수의 부서지기 쉬운 IMCs를 생성합니다..

• 중간 계층을 사용하세요

1 성분: 니켈 선택, 실리콘 기반 합금 및 다른 중간 층 재료, 알루미늄 철강과의 반응으로 인해. 니켈은 습화와 원소 확산을 향상시킵니다.그리고 니켈 함유 IMC의 강도는 알루미늄 강철보다 낫습니다.. Al-Si 화합물에서 Si) 는 Fe-Si 화합물의 성장에 영향을 미치고 결합의 기계적 특성을 최적화합니다.그리고 Si 함량은 재료와 공정 요구 사항에 따라 정밀하게 조정됩니다..

2 두께: μm에서 수십 μm 두께 범위는 IMMC의 형성을 효과적으로 조정하고 관절 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

• 자기장 보조기

1 자기장 방향: 수직 자기장은 녹기 풀에 있는 원소의 거시적 확산을 억제하고, 공류와 결정 형태를 변화시킵니다.그리고 Fe와 Al의 과도한 융합을 줄여 부서지기 쉬운 IMC를 형성합니다.; 평행 자기장은 용해물 및 곡물 경계 이동의 미세 확산에 영향을 미치고 곡물을 정제하고 IMC의 분포와 방향을 최적화합니다.

2 멀티 필드 협업: 자기장과 초음파, 자기장 협업과 초음파 진동으로 결합하여 곡물을 정제하고, 입구 포함을 제거합니다.그리고 IMC 구조를 개선초음파 진동은 덩어리와 균일한 구성을 깨는 데 도움이 됩니다. 자기장은 금속 액체의 흐름과 결정 성장의 방향을 안내합니다.녹은 풀의 응고 행동과 조직 균일성을 향상시킵니다., IMC의 깨지기성을 줄이고 관절의 견고성과 전기 전도성을 향상시킵니다.

* 레이저 스윙 용접 알루미늄-강 (스윙 진폭 0.2-1.2mm)

* 스테인리스 스틸 / 알루미늄 합금 합금의 미생물학 a) 니 포일 b) 니 포일 없음

구리-알루미늄 레이저 용접

용접 어려움:

구리와 알루미늄은 서로 다른 녹는점, 열전도 및 열확대 계수를 가지고 있으며, 용접에 의해 Cu 2 Al 및 Cu 4 Al 3 IMC를 형성합니다.용접기의 미세 구조와 기계적 특성에 영향을 미치는 물질, 그리고 그들의 형성과 성장을 억제해야합니다.

1. 용접 매개 변수 최적화

1 높은 용접 속도와 낮은 레이저 전력을 맞추는 것은 열 입력 시간과 강도를 줄이고 많은 수의 IMC의 형성을 억제 할 수 있습니다. 예를 들어, 고속 용접 중에,CuAl 2 및 다른 화합물이 현저하게 감소합니다..

2 펄스 주파수 및 작업 주기를 최적화하고, Cu와 Al의 원자 확산 및 반응 역학 조건을 변경하고, IMC가 규칙적으로 증가하고 균등하게 분포하도록하십시오.그리고 공동의 성능을 향상.

• 실버, 니켈 및 틴을 채우는 은, 니켈 및 틴 기반의 채식 재료 또는 특정 합금 용접 현선으로 만들어지며 채식 간격을 녹여 기본 재료 요소를 희석 할 수 있습니다.Cu와 Al의 직접 반응을 느리게 합니다., 그리고 부서지기 쉬운 IMC의 발생을 줄입니다.

예를 들어, 틴 충전 물질을 포함하고 Cu6Sn5 및 Cu3Sn 단계를 형성하기 위해 용접하여 관절의 조직 형태를 변경하고 전반적인 부서지기성을 줄이고 강도와 강도를 향상시킵니다.

• 빔 변조는 레이저 에너지의 분포와 작용 방식을 변경하기 위해 빔 오스실레이션, 회전 또는 빔 분열 및 기타 변조 기술을 사용합니다.

* Cu-Al SEM 다이어그램 (1500W, 30 mm/s)

구리-강철 레이저 용접

용접 어려움:

구리와 강철의 물리적 특성은 매우 다르며, 레이저 용접 과정에서 액체 단계 분리 및 열 균열이 발생할 가능성이 있습니다.철자 곡물 경계로 Cu 침투와 같은, 열 균열로 이어집니다.

1. 레이저 오프셋

레이저를 구리 쪽으로 기울임으로써 용접 품질을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

• 빔 오시슬레이션

순수한 구리 및 스테인레스 스틸의 고리형 빔 오시슬레이션 조건 하에서 용접의 균열 저항은 효과적으로 향상 될 수 있습니다.곡물 경계 증가 현저하게 스트레스 농도를 감소하고 효과적으로 관절 강도와 변형을 제어.

* 오시일레이션 SEM로 오시일레이션이 없습니다.

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배터리 껍질 용접

* 테슬라 4680 배터리

알루미늄 배터리 껍질의 레이저 용접

높은 열전도와 큰 열 확장 계수 때문에 알루미늄 합금 용접은 균열과 포스 결함을 쉽게 나타냅니다.표면 옥시드 필름과 불순물은 높은 온도에서 쉽게 분해됩니다., 가스가 빠져나오기 어렵게 하고 구멍을 만듭니다.

1. 레이저 빔 초점 회전 + 수직 진동

레이저 용접 된 1060 알루미늄 합금은 용접 표면을 최적화하기 위해 수직 진동을 사용하여 0.45mm 반지름에서 포러스성을 91% 감소시킵니다.

* 레이저 빔 초점 회전 및 수직 진동 SEM

• 점 모양 (4선)

빛 점 모양은 4 빔 용접으로 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용 용

* 4개의 빔의 스케마

레이저 용접으로 강철 배터리 껍질

아우스테니틱 스테인리스 스틸의 용접은 합금 성분과 불순물 함량과 관련이있는 열 균열에 취약합니다.열적 균열의 문제는 공정 매개 변수를 조정함으로써 효과적으로 해결할 수 있습니다..

흥분:

1 현재 일반적으로 사용되는 레이저 용접 파장은 대부분 1064nm이며, 블루 레이저 / 그린 레이저 용접 이질적인 물질을 사용하면 좋은 효과를 얻을 수 있습니다.