nouvelles de l'entreprise Application du soudage au laser dans les véhicules électriques: batteries de puissance

Aujourd'hui, nous partageons l'application de la technologie de soudage laser dans les batteries de véhicules électriques, notamment le soudage des électrodes d'oreille de la batterie, le soudage de la coque de la batterie, etc., impliquant Al-Fe, Al-Cu,Salures à base de Cu-Fe et autres matériaux divers.

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Résultats de l'application

Dans le contexte du réchauffement climatique et de la réduction des émissions de gaz à effet de serre, les véhicules à énergie nouvelle, en particulier les véhicules électriques, connaissent une croissance rapide.nécessite une technologie de soudage stricteLes méthodes de soudage traditionnelles, telles que le soudage par ultrasons et le soudage à la résistance,ont des limitations dans le traitement de la connexion de matériaux d'électrodes de batterie (tels que l'aluminium, le cuivre et l'acier).Le soudage par ultrasons n'est pas adapté à la structure de batterie commune des véhicules électriques, et le soudage à la résistance est difficile à souder en raison de la conductivité élevée de l'aluminium et du cuivre.

La technologie de soudage laser est un choix idéal pour sa non-contact, sa forte densité d'énergie, son contrôle thermique précis et sa facilité d'automatisation.Il peut répondre aux besoins de soudage de différents matériaux du système de batterie, comme le soudage en acier d'aluminium, en cuivre d'aluminium, en acier de cuivre entre l'électrode de la batterie et le bus, et le soudage de la coque de la batterie en aluminium/acier,qui joue un rôle clé dans l'assurance de la fiabilité de la connexion, et améliorer les performances et la sécurité des batteries.

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Type de batterie de puissance

Type de batterie de puissance

1 Petite batterie cylindrique (modèle 18650 par exemple), taille normalisée, sécurité et coût relativement bon marché;

2 Grandes batteries à prisme, qui fonctionnent bien en termes de densité d'énergie et de stabilité;

3 Batterie en polymère revêtue d'un revêtement souple, sujette à des formes géométriques lors de la charge.

* Type de batterie

Le paquet de batteries est composé de plusieurs batteries en série ou en série et en parallèle, qui sont reliées par des barres de bus.et la fiabilité de la connexion affecte directement les performances et la sécurité du système de batterie.

* Structure de la batterie a) batterie cylindrique b) batterie prismatique

Limites des techniques de soudage courantes

soudage supersonique

Il utilise principalement des vibrations à haute fréquence (généralement de 20 kHz et plus) pour faire en sorte que le matériau forme une liaison solide sous pression pour réaliser la connexion.

1 Cette méthode est adaptée au soudage de feuilles minces, de différents matériaux ou de matériaux à haute conductivité, principalement appliquée aux batteries à bande.

2 Les batteries des véhicules électriques sont généralement cylindriques ou prismatiques, ce qui peut détruire l'intégrité de la structure de la batterie sous la combinaison de pression et de vibrations,la soudure par ultrasons n'est donc pas adaptée à la soudure par batterie des véhicules électriques.

soudage à la résistance

Le principe de fonctionnement est essentiellement d'appliquer une pression sur la surface de contact de la pièce et d'utiliser un courant élevé pour faire fondre les pièces localement.les matériaux courants des batteries des véhicules électriques sont l'aluminium et le cuivre, qui présentent les caractéristiques d'une conductivité électrique et thermique élevées, ce qui rend difficile le soudage au point de résistance.

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L'oreille de la batterie est soudée avec le bus.

Caractéristiques de soudage

Combinaison de matériaux: le matériau de l'oreille du poteau de la batterie est souvent en aluminium, cuivre ou acier, le matériau du bus est principalement en cuivre ou en aluminium, formant aluminium- cuivre, aluminium-acier,d'une épaisseur n'excédant pas 50 mm.

Exigences de performances élevées: le site de soudage doit assurer une faible résistance, une conductivité élevée et une bonne résistance mécanique,pour assurer l'efficacité de charge et de décharge de la batterie et sa stabilité à long terme.

* Écouteur et bus à pile molle / batterie cylindrique

soudage laser en aluminium et acier

Difficultés de soudage:

1 Les propriétés thermiques de l'aluminium et de l'acier sont très différentes, le soudage va former des composés intermétaux métalliques fragiles (CMI), tels que Fe2Al5, Fe4Al13, etc., affectant la microstructure,les performances électriques et thermiques du joint, augmenter la résistance interne de la batterie, raccourcir la durée de vie.

2 La production de CMI doit être contrôlée pendant le soudage.

1. Paramètres du processus de contrôle

1 Contrôler l'entrée thermique: régler la puissance laser, la vitesse de soudage et les paramètres d'impulsion (fréquence, rapport de charge), équilibrer la profondeur de fusion et la taille de la zone d'influence thermique,et réduire la production de CMI.

2 Optimiser la forme d'onde d'impulsion: une forme d'onde d'impulsion spéciale est utilisée pour modifier les caractéristiques du cycle thermique, telles que la forme d'onde de montée lente et de chute lente pour réduire le gradient de température et le stress thermique,et inhibent le refroidissement rapide conduisant à la production d'un grand nombre de CMI fragiles.

• Utilisez la couche du milieu

1 Composition: sélection du nickel, des alliages à base de silicium et d'autres matériaux intermédiaires, en raison de sa réaction avec l'acier en aluminium.et la ténacité des IMC contenant du nickel est meilleure que celle de l'acier en aluminiumSi dans les composés Al-Si) affecte la croissance des composés Fe-Si optimise les propriétés mécaniques du joint,et la teneur en Si est ajustée en fonction des exigences du matériau et du procédé.

2 Épaisseur: une plage d'épaisseur allant de μ m à des dizaines de μ m peut régler efficacement la formation de l'IMMC, améliorer les performances et la fiabilité des articulations.

• Auxiliaire au champ magnétique

1 Direction du champ magnétique: le champ magnétique vertical inhibe la diffusion macroscopique des éléments dans le bassin de fusion, modifie la convection et la morphologie de cristallisation,et réduit la fusion excessive de Fe et d'Al pour former des CMI fragiles; le champ magnétique parallèle affecte la microdiffusion de la migration des solutes et des grains, et affine les grains et optimise la répartition et l'orientation des IMC.

2 Collaboration sur plusieurs champs: combinée avec le champ magnétique et les ultrasons, la collaboration avec le champ magnétique et les vibrations ultrasoniques pour affiner les grains, éliminer les inclusions stomatologiques,et améliorer la structure de la CMILes vibrations ultrasoniques sont utiles pour briser les dendrites et la composition uniforme, le champ magnétique guide la direction du flux de liquide métallique et la croissance des cristaux,améliorer le comportement de solidification et l'uniformité des tissus du bassin fondu, réduire la fragilité de l'IMC et améliorer la ténacité et la conductivité électrique des joints.

* Soudage à l'oscillation laser en aluminium et acier (amplitude d'oscillation 0,2-1,2 mm)

* Micromorphologie du joint en acier inoxydable / alliage d'aluminium

soudage laser cuivre-aluminium

Difficultés de soudage:

Le cuivre et l'aluminium ont des points de fusion, une conductivité thermique et un coefficient de dilatation thermique différents, formant du Cu 2 Al et du Cu 4 Al 3 IMC par soudage,qui affectent la microstructure et les propriétés mécaniques des soudures, et doivent inhiber leur formation et leur croissance.

1. Optimisation des paramètres de soudage

1 L'appariement d'une vitesse de soudage élevée avec une faible puissance laser peut réduire le temps et la résistance thermique d'entrée et inhiber la formation d'un grand nombre de CMI.Le CuAl 2 et d'autres composés sont considérablement réduits.

2 Optimiser la fréquence d'impulsion et le cycle de fonctionnement, modifier les conditions de diffusion atomique et de dynamique de réaction du Cu et de l'Al, faire croître l'IMC de manière ordonnée et uniformément répartie,et améliorer les performances conjointes.

• Le remplissage en argent, nickel et étain est fabriqué à partir de matériaux de remplissage à base d'argent, de nickel et d'étain ou de fil de soudage en alliage spécifique qui peut faire fondre l'espace de remplissage et diluer les éléments de base,ralentir la réaction directe de Cu et Al, et réduire la production de CMI fragile.

Par exemple, contenant du matériau de remplissage en étain, soudage pour former des phases Cu6Sn5 et Cu3Sn, modifier la forme du tissu de l'articulation, réduire la fragilité globale, améliorer la résistance et la ténacité.

• La modulation du faisceau utilise l'oscillation du faisceau, la rotation ou la scission du faisceau et d'autres techniques de modulation pour modifier la distribution de l'énergie laser et le mode d'action.

* Diagramme du SEM Cu-Al (1500W, 30 mm/s)

Soudage au laser en cuivre et acier

Difficultés de soudage:

Les propriétés physiques du cuivre et de l'acier sont très différentes et la séparation de phase liquide et les fissures thermiques sont susceptibles de se produire lors du soudage au laser,comme l'infiltration de Cu dans la limite des grains d'acier, conduisant à des fissures thermiques.

1. Décalage laser

La qualité du soudage peut être améliorée efficacement en déviant le laser vers le côté cuivre.

• Oscillations du faisceau

Dans le cas d'une oscillation annulaire du faisceau de cuivre pur et d'acier inoxydable, la résistance à la fissuration de la soudure peut être efficacement améliorée.l'augmentation de la limite des grains réduit considérablement la concentration de contrainte et contrôle efficacement la résistance et la déformation des articulations.

* Non oscillant avec un SEM oscillant

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soudage de la coque de la batterie

* Batterie Tesla 4680

soudage au laser de la coque de la batterie en aluminium

En raison de sa haute conductivité thermique et de son coefficient de dilatation thermique élevé, le soudage en alliage d'aluminium présente facilement des fissures et des défauts de pores;le film d'oxyde de surface et les impuretés se décomposent facilement à haute température, ce qui rend le gaz difficile à échapper et provoque des pores.

1. Rotation de la mise au point du faisceau laser + oscillation verticale

L'alliage d'aluminium 1060 soudé au laser utilise une oscillation verticale pour optimiser la surface de soudage, réduisant la porosité de 91% à un rayon de 0,45 mm.

* La rotation de la mise au point du faisceau laser et l'oscillation verticale

• Formation de points (quatre faisceaux)

La mise en forme des points lumineux est le soudage à quatre faisceaux, ce qui augmente la taille du petit trou dans la piscine en fusion, stabilise la vapeur métallique, réduit les éclaboussures et les pores et améliore la qualité de la soudure.

* Diagramme schématique de quatre poutres

Charpente de batterie en acier soudée au laser

Le soudage de l'acier inoxydable austénitique est sujet au craquage thermique, qui est lié à la composition de l'alliage et à la teneur en impuretés.Le problème du craquage thermique peut être résolu efficacement en ajustant les paramètres du procédé.

Réveiller:

1 À l'heure actuelle, la longueur d'onde de soudage laser couramment utilisée est principalement de 1064 nm, l'utilisation de matériaux hétérogènes de soudage laser bleu / laser vert peut avoir un bon effet.