01 Úvod
Uprostred posunu globálneho automobilového priemyslu smerom k elektrifikácii, batérie, ako hlavný zdroj energie nových energetických vozidiel, určujú konkurencieschopnosť elektrických vozidiel na trhu prostredníctvom ich výkonu, bezpečnosti a nákladov. Výroba napájacích batérií je zložitý proces, ktorý zahŕňa interdisciplinárne znalosti vrátane materiálovej vedy, elektrochémie a presného inžinierstva. Vysokokvalitná{2}}technológia pripojenia je kľúčovým článkom tohto procesu. Tradičné metódy spájania, ako je odporové zváranie a ultrazvukové zváranie, čoraz viac vykazujú obmedzenia-, ako sú veľké tepelné efekty, zlá konzistencia a úzke okná procesných parametrov-pri veľkom-rozsahu, automatizovanej výrobe napájacích batérií a manipulácii s materiálmi s vysokou tepelnou vodivosťou, ako je meď a hliník. Technológia laserového zvárania so svojou vysokou hustotou energie, regulovateľným tepelným príkonom, bez-dotykovou povahou a jednoduchou automatizáciou spĺňa prísne požiadavky výroby napájacích batérií na presnosť, efektívnosť a spoľahlivosť a stala sa kľúčovým procesom v celom pracovnom postupe od výroby článkov až po montáž batériových jednotiek. Cieľom tohto príspevku je ilustrovať špecifické aplikácie technológie laserového zvárania v rôznych výrobných stupňoch napájacích batérií a zhrnúť jej významnú úlohu pri podpore rozvoja priemyslu energetických batérií.
02 Aplikácia vo fáze výroby batériových článkov
Batériový článok je základnou jednotkou napájacej batérie a jej výrobná presnosť a tesnenie sú základnými zárukami bezpečnosti a výkonu batérie. Laserové zváranie sa používa hlavne na presné spojenie a konečné utesnenie článkov batérie. Po prvé, pre elektrické spojenia vo vnútri batériového článku sa na zváranie jazýčkov používa laserové zváranie. Po dokončení procesu navíjania alebo stohovania je potrebné pevne privariť jazýčky pozitívnej (hliníková fólia) a negatívnej (medená fólia) elektródy, ktoré môžu pozostávať z desiatok alebo dokonca stoviek vrstiev, spolu s prúdovými kolektormi a tvoria spoľahlivú elektrickú dráhu s vonkajšími svorkami alebo spojovacími kusmi, ako je znázornené na obrázku 1. Laserové zváranie môže okamžite spojiť tieto tenké materiály s vysokou pevnosťou a s extrémne krátkym trvaním impulzov. Jeho výhoda spočíva v minimálnej tepelne-ovplyvňovanej zóne, čím účinne zabraňuje tepelnému poškodeniu susedných separátorov a aktívnych materiálov, čím sa zachováva elektrochemický výkon batériového článku.
Po druhé, v konečnej fáze balenia batériových článkov je laserové zváranie jednou z účinných metód na dosiahnutie vzduchotesného utesnenia. Súčasne sa laserové zváranie používa na spojenie horného krytu a plášťa v štvorhranných hliníkových batériách a cylindrických oceľových batériách. Presným riadením výkonu, rýchlosti a ohniskovej polohy lasera možno na plášti vytvoriť súvislý, hladký a hustý zvarový šev, ktorý účinne bráni úniku elektrolytu a prenikaniu vonkajšej vlhkosti a zaisťuje chemickú stabilitu batériového článku počas jeho životnosti. V prípade vrecových buniek sa laserové zváranie používa v procesoch horného a bočného tesnenia, privarením vyčnievajúcich výstupkov k spojovacím a ochranným prechodovým častiam (zvyčajne poniklovaná-meď alebo hliník). Jeho bez{5}}dotyková povaha zaisťuje efektívnosť balenia a nulové poškodenie obalového materiálu z hliníkovej-plastovej fólie, ako je znázornené na obrázku 2.
03 Aplikácia vo fáze montáže batériových modulov a batériových blokov zahŕňa integráciu jednotlivých článkov do modulov a batériových blokov, čo si vyžaduje veľké množstvo elektrických spojení a konštrukčného upevnenia. Toto je fáza, v ktorej je laserové zváranie najkoncentrovanejšie a technicky náročné. Pokiaľ ide o elektrické spojenia, hlavnou aplikáciou je sériové a paralelné zváranie medzi článkami. Spojením prípojníc (zvyčajne hliníkových alebo medených tyčí) na svorky článkov sa skonštruuje systém elektrického obvodu celej batérie.
Ťažkosti tohto procesu spočívajú v: 1) problémoch s materiálovými charakteristikami-meď a hliník majú vysokú odrazivosť voči bežne používaným infračerveným laserom a vysokú tepelnú vodivosť, čo sťažuje zváranie; 2) spájanie odlišných materiálov, ako je spojenie medzi medenými prípojnicami a hliníkovými koncovkami, ktoré je náchylné na vytváranie krehkých intermetalických zlúčenín (IMC), ktoré ovplyvňujú dlhodobú-spoľahlivosť spojenia. Na riešenie týchto výziev priemysel vyvinul pokročilé procesy, ako je zváranie oscilačným laserom, hybridné zváranie (napr. laserový-oblúk) a používanie laserov s novými vlnovými dĺžkami, ako sú zelené alebo modré lasery. Tieto technológie účinne potláčajú defekty ako rozstrekovanie a pórovitosť a riadia hrúbku IMC vrstvy rozširovaním roztaveného kúpeľa, zvyšovaním miešania a zvyšovaním absorpcie energie, čím sa dosahujú elektrické spojenia. Z hľadiska konštrukčných spojov zohráva dôležitú úlohu aj laserové zváranie. Môže sa napríklad použiť na konštrukčné komponenty, ako sú bočné dosky modulu a koncové dosky, ktoré zaisťujú články, ako aj na pripojenie krytu a krytu batérie. V porovnaní s tradičnými skrutkovými alebo nitovými spojmi môže laserové zváranie dosiahnuť vyšší stupeň integrácie a štrukturálnej pevnosti, čo pomáha zlepšiť odolnosť batérie voči vibráciám a nárazom. Drobné zvary v zberných obvodoch snímačov napätia a teploty v systémoch správy batérií sa navyše čoraz častejšie vyrábajú pomocou laserového zvárania, aby sa zabezpečila dlhodobá{13} stabilita a spoľahlivosť získavania signálu.
04 Zhrnutie Technológia laserového zvárania so svojou vysokou presnosťou, rýchlosťou a spoľahlivosťou bola integrovaná do každého kroku výroby napájacích batérií. Laserové zváranie zohráva nenahraditeľnú kľúčovú úlohu, od zvárania mikročlánkových pásikov po makrospojky batériových modulov, od vzduchotesného balenia, ktoré zaisťuje bezpečnosť článkov až po nízkoodporové elektrické spoje, ktoré určujú výkon batérie. Nielenže efektívne rieši problémy spracovania ťažko{4}}zvárateľných-materiálov, ako je meď a hliník, čím spĺňa požiadavky na efektivitu a konzistenciu vo veľkom-automatickej výrobe, ale tiež maximalizuje ochranu elektrochemického výkonu batérie prostredníctvom presnej kontroly zváracieho tepla. Dozrievanie a vývoj technológie laserového zvárania sa stali kľúčovým technologickým motorom, ktorý poháňa zvýšenie hustoty energie napájacej batérie, zníženie výrobných nákladov a zlepšenie bezpečnosti, čo poskytuje solídny výrobný základ pre rýchly rozvoj globálneho priemyslu nových energetických vozidiel.
