V oblasti výroby batérií elektrického vozidla (EV) je laserové zváranie základnou technológiou, ktorá poskytuje vysokú presnosť, spoľahlivosť a účinnosť pri spájaní batériových buniek a prípojníc. Laserové zváranie môže vyrábať bunky a komponenty batérií konzistentnej kvality a umožňujú zložitejšie a vyššie konštrukcie batérií EV. Na úplné využitie nepopierateľných výhod laserového zvárania však existuje niekoľko kľúčových faktorov, ktoré je potrebné zvážiť pred začiatkom výroby batérie, od nástrojov po zabezpečenie kvality (QA).
Vyberte metódu upínania
Existujú dva základné prístupy k návrhu nástroja na stlačenie prípojkov alebo zberateľských dosiek na bunkových termináloch: maska spájky alebo upevnenie jednotlivých buniek. Výber týchto dvoch metód upínania má veľký vplyv na efektívnosť a prispôsobivosť výroby.
Maskovanie spájkovania poskytuje rýchlosť a účinnosť tým, že sa súčasne upustí prípojok do viacerých buniek, ale nevýhodou je, že rozmerové tolerancie musia byť pevnejšie, aby sa zabezpečilo primeraný kontakt z prípusov a bunky nad veľkou plochou. Naopak, upevnenie jednobunky môže ubytovať väčšie variácie v usporiadaní buniek alebo geometrie, zjednodušuje výrobu a znižuje náklady. Táto flexibilita však prichádza za cenu rýchlosti. Laserové zváranie môže poskytnúť vysoké rýchlosti zvárania z prístavu a bunky, niekedy presahujúce tucet buniek za sekundu, ale pomalšie upevňovacie metódy obmedzujú rýchlosť zvárania.
Zabezpečiť presné umiestnenie jednotky
Laserové zváranie je mimoriadne presný proces a polohovanie batériových buniek musí byť konzistentné a presné, aby sa zabezpečilo rovnomerné zvary. Zmeny v usporiadaní buniek v batérii môžu mať za následok nesprávne zarovnané zvary alebo nedostatočné prenikanie zvaru, čo ohrozí štrukturálnu integritu. Podrobnejšie konštrukcie držiakov buniek vo všeobecnosti znižujú rozdiely v polohe buniek, ale môžu predstavovať riziko nadmerného kompresie a poškodenia buniek počas inštalácie. Optimalizácia dizajnu batérie a minimalizovanie medzier pomocou sprievodcov zarovnaním zlepšuje prístup a kvalitu zvaru.
Navrhovanie prípojkov nie je len o výkone
Navrhovanie efektívneho zberateľa prípojnice alebo prúdu je viac ako len optimalizácia elektrického výkonu. Hrúbka určuje tuhosť a flexibilitu a faktory, ako je hrúbka, majú vplyv na nástroje aj optimálne parametre lasera. Hrubšie prípojnice, zvyčajne používané v prizmatických bunkách, nesú efektívne prúd, ale je ťažké sa ohýbať, aby sa spojil s terminálmi batérie. Okrem toho silnejšie materiály zvyšujú čas prenikania do lasera.
Pri navrhovaní prípojkov na batériu EV je osobitná úvaha o prípojni. Copper je už dlho materiálom voľby pre prípojky a ďalšie funkcie batérie EV kvôli svojej dobrej elektrickej vodivosti. Hliník si však získava popularitu ako alternatívu k medeným prípojňam kvôli svojim dobrým elektrickým vlastnostiam a zároveň znižuje hmotnosť batérie. Hliníkové prípojky sú zvyčajne polovica hmotnosti medených prípojkov.
Našťastie lasery navrhnuté špeciálne pre zváranie batérií EV môžu udržiavať vysoké zváracie rýchlosti a vynikajúcu kvalitu zvaru pre širokú škálu návrhov a materiálov prípojkov. Lasery zváraní batérie zvyčajne poskytujú vysoko zaostrený lúč s vysokou kvalitou lúča, čo umožňuje rýchle prenikanie zvaru bez veľkej zóny postihnutej teplom.
Plánovanie požiadaviek na zneškodnenie batérie
S miliónmi, ak nie miliardami zvarov z prístavu na bunky, ktoré každý rok vyrábajú výrobcovia batérií EV, je rozhodujúca efektívna automatizácia. Existuje veľa faktorov, ktoré riadia dizajn batérie, ale umiestnenie terminálov vo valcovej bunke je dobrým príkladom.
Valcovité bunky môžu byť navrhnuté s pozitívnymi a negatívnymi terminálmi na vrchu alebo s pozitívnym terminálom na vrchu a záporným terminálom na dne. Výber týchto dvoch návrhov určuje rýchlosť a zložitosť výroby. Tradičný dizajn horného/spodného dizajnu zjednodušuje dizajn prípojnice, ale vyžaduje ďalší krok manipulácie s bunkami, aby sa zostava prelomila pre druhý zvar. So zavedením bunky 4680 sa horný/horný dizajn stal bežnejším, čo umožňuje rýchlejšie výrobné cykly a menej manipulácie s bunkami, ale vyžaduje presné umiestnenie zvaru v tesných toleranciách, ako aj zložitejšie návrhy prípojkov.
Bez ohľadu na dizajn batérie alebo požiadavky na zváranie batérie, laserové zváranie je veľmi vhodné na automatizáciu. Efektívny systém laserového zvárania elektrických vozidiel môže spĺňať požiadavky rôznych výrobných fáz od výskumu a vývoja po hromadnú výrobu a môže spĺňať požiadavky manipulácie s plesňami a batériou.
Začleniť robustný proces zabezpečenia kvality
Laserové zváranie je vysoko stabilný a opakovateľný proces, keď majú prichádzajúce bunky konzistentnú kvalitu povrchu a tolerancie. Ak však existujú neočakávané variácie v rozmerových alebo pozičných charakteristikách, môžu dôjsť k zlyhaniu zvaru. Chybné zvary môžu viesť k drahému prepracovaniu alebo šrotu av najhoršom prípade katastrofické zlyhanie konečného produktu. Preto je potrebné presne a efektívne zmerať a otestovať každý zvar z prípojníc na terminál.
Deštruktívne testovanie poskytuje presné výsledky, ale je nákladné a nemeria každý zvar. Metódy, ako sú fotodiódy, merajú každý zvar podľa postupu, ale poskytujú iba nepriame merania so suboptimálnymi výsledkami. Výrobcovia batérií EV sa čoraz viac obracia na meranie zvaru v reálnom čase. Meranie zvaru v reálnom čase meria kritické faktory, ako je hĺbka zvaru priamo počas procesu zvárania, a poskytujú vysoko presné údaje porovnateľné s deštruktívnym testovaním. Okrem toho trendy údajov o meraní zvaru dokážu zistiť posun procesu, čo pomáha výrobcom batérií zabrániť v budúcnosti neprijateľné zvary.
