कंपनी की खबर इलेक्ट्रिक वाहनों में लेजर वेल्डिंग का अनुप्रयोग: पावर बैटरी

आज हम इलेक्ट्रिक वाहन-पावर बैटरी में लेजर वेल्डिंग तकनीक के आवेदन को साझा करते हैं, मुख्य रूप से बैटरी इलेक्ट्रोड ईयर-बस वेल्डिंग, बैटरी शेल वेल्डिंग, आदि सहित, जिसमें अल्-फे, अल्-क्यू,Cu-Fe और अन्य विभिन्न सामग्रियों का वेल्डिंग.

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आवेदन की पृष्ठभूमि

ग्लोबल वार्मिंग और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में कमी के संदर्भ में, नई ऊर्जा वाहन, विशेष रूप से इलेक्ट्रिक वाहन तेजी से बढ़ रहे हैं।सख्त वेल्डिंग तकनीक की आवश्यकता होती हैपारंपरिक वेल्डिंग विधियां, जैसे अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग और प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग,बैटरी इलेक्ट्रोड सामग्री (जैसे एल्यूमीनियम, तांबा और इस्पात) के कनेक्शन से निपटने में सीमाएं हैं।अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग इलेक्ट्रिक वाहनों की सामान्य बैटरी संरचना के लिए उपयुक्त नहीं है, और एल्यूमीनियम और तांबे की उच्च चालकता के कारण प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग वेल्ड करना मुश्किल है।

लेजर वेल्डिंग तकनीक अपने गैर-संपर्क, उच्च ऊर्जा घनत्व, सटीक थर्मल इनपुट नियंत्रण और आसान स्वचालन के लिए एक आदर्श विकल्प है।यह बैटरी प्रणाली के विभिन्न सामग्रियों की वेल्डिंग जरूरतों को पूरा कर सकते हैं, जैसे एल्यूमीनियम स्टील, तांबा एल्यूमीनियम, बैटरी इलेक्ट्रोड और बस के बीच तांबा स्टील वेल्डिंग, और एल्यूमीनियम/स्टील बैटरी खोल वेल्डिंग,जो कनेक्शन की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और बैटरी के प्रदर्शन और सुरक्षा में सुधार।

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पावर बैटरी का प्रकार

पावर बैटरी का प्रकार

1 छोटी बेलनाकार बैटरी (जैसे मॉडल 18650), मानकीकृत आकार, सुरक्षा और अपेक्षाकृत सस्ती लागत;

2 बड़ी प्रिज्म बैटरी, जो ऊर्जा घनत्व और स्थिरता के मामले में अच्छा प्रदर्शन करती है;

3 नरम-कोटेड पॉलिमर बैटरी, चार्ज करते समय ज्यामिति के लिए प्रवण।

* बैटरी प्रकार

बैटरी पैक में कई बैटरी होती है जो सीरीज में या सीरीज और समानांतर में होती हैं, जो बसबार के माध्यम से जुड़ी होती हैं। कार्य वातावरण जटिल होता है,और कनेक्शन विश्वसनीयता सीधे बैटरी प्रणाली के प्रदर्शन और सुरक्षा को प्रभावित करता है.

* बैटरी पैक संरचना a) बेलनाकार बैटरी b) प्रिज्मा बैटरी

सामान्य वेल्डिंग तकनीकों की सीमाएं

सुपरसोनिक वेल्डिंग

मुख्य रूप से उच्च आवृत्ति कंपन (आमतौर पर 20 kHz और ऊपर) का उपयोग करता है ताकि कनेक्शन प्राप्त करने के लिए सामग्री को दबाव के तहत एक ठोस बंधन बना सके।

यह विधि पतली पन्नी, विभिन्न सामग्रियों या उच्च प्रवाहकीय सामग्रियों को वेल्ड करने के लिए उपयुक्त है, मुख्य रूप से स्ट्रिप बैटरी पर लागू होती है।

विद्युत वाहनों की बैटरी आम तौर पर बेलनाकार या प्रिज्माटिक बैटरी होती है, जो दबाव और कंपन के संयोजन के तहत बैटरी संरचना की अखंडता को नष्ट कर सकती है।तो अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग इलेक्ट्रिक वाहनों की बैटरी वेल्डिंग के लिए उपयुक्त नहीं है.

प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग

काम करने का सिद्धांत मुख्य रूप से वर्कपीस की संपर्क सतह पर दबाव डालना है, और भागों को स्थानीय रूप से पिघलने के लिए एक बड़े प्रवाह का उपयोग करना है।विद्युत वाहनों की बैटरी की सामान्य सामग्री एल्यूमीनियम और तांबा है, जो उच्च विद्युत चालकता और थर्मल चालकता की विशेषताएं हैं, जिससे प्रतिरोध स्पॉट वेल्डिंग को वेल्ड करना मुश्किल हो जाता है।

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बैटरी पोल कान बस के साथ वेल्डेड है

वेल्डिंग विशेषताएं

सामग्री संयोजनः बैटरी पोल कान सामग्री अक्सर एल्यूमीनियम, तांबा या स्टील है, बस सामग्री ज्यादातर तांबा या एल्यूमीनियम है, एल्यूमीनियम-कांपर, एल्यूमीनियम-स्टील का गठन,तांबा-चीला और अन्य संयोजन.

उच्च प्रदर्शन आवश्यकताएंः वेल्डिंग साइट को कम प्रतिरोध, उच्च चालकता और अच्छी यांत्रिक शक्ति सुनिश्चित करनी चाहिए,बैटरी चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता और दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए.

* नरम पैक / बेलनाकार बैटरी का पोल ईयर और बस

एल्यूमीनियम-स्टील लेजर वेल्डिंग

वेल्डिंग कठिनाइयांः

1 एल्यूमीनियम और स्टील के थर्मल गुण बहुत भिन्न होते हैं, वेल्डिंग से भंगुर धातु इंटरमेटलिक यौगिक (आईएमसी) बनेंगे, जैसे Fe2Al5, Fe4Al13, आदि, सूक्ष्म संरचना को प्रभावित करते हैं,संयुक्त के विद्युत और थर्मल प्रदर्शन, बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाता है, सेवा जीवन को छोटा करता है।

वेल्डिंग के दौरान आईएमसी उत्पादन को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

1. नियंत्रण प्रक्रिया पैरामीटर

1 थर्मल इनपुट को नियंत्रित करेंः लेजर शक्ति, वेल्डिंग गति और पल्स मापदंडों (आवृत्ति, ड्यूटी अनुपात) को समायोजित करें, पिघलने की गहराई और थर्मल प्रभाव क्षेत्र के आकार को संतुलित करें,और आईएमसी उत्पादन को कम करें.

2 पल्स तरंगरूप को अनुकूलित करें: थर्मल चक्र विशेषताओं को बदलने के लिए विशेष पल्स तरंगरूप का उपयोग किया जाता है, जैसे कि तापमान ढाल और थर्मल तनाव को कम करने के लिए धीमी वृद्धि और धीमी गिरावट तरंगरूप,और तेजी से शीतलन को रोकता है जिससे बड़ी संख्या में भंगुर आईएमसी उत्पन्न होते हैं.

• मध्य परत का प्रयोग करें

1 संरचनाः निकेल चयन, सिलिकॉन आधारित मिश्र धातु और अन्य मध्यवर्ती परत सामग्री, एल्यूमीनियम स्टील के साथ अपनी प्रतिक्रिया के कारण। निकेल गीलापन और तत्व प्रसार में सुधार करता है,और निकेल युक्त आईएमसी की कठोरता एल्यूमीनियम स्टील की तुलना में बेहतर है(Si में Al-Si यौगिकों) Fe-Si यौगिकों की वृद्धि को प्रभावित करता है संयुक्त के यांत्रिक गुणों को अनुकूलित करता है,और Si सामग्री सामग्री और प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार ठीक से समायोजित किया जाता है.

मोटाईः μm से लेकर दशकों μm मोटाई की सीमा प्रभावी ढंग से IMMC के गठन को समायोजित कर सकती है, संयुक्त प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार कर सकती है।

• चुंबकीय क्षेत्र सहायक

चुंबकीय क्षेत्र की दिशाः ऊर्ध्वाधर चुंबकीय क्षेत्र पिघलने के पूल में तत्वों के मैक्रोस्कोपिक प्रसार को रोकता है, संवहन और क्रिस्टलीकरण रूप को बदलता है,और भंगुर आईएमसी बनाने के लिए Fe और Al के अत्यधिक संलयन को कम करता हैसमानांतर चुंबकीय क्षेत्र विघटित और अनाज सीमा पलायन के सूक्ष्म प्रसार को प्रभावित करता है, अनाज को परिष्कृत करता है और IMC के वितरण और अभिविन्यास को अनुकूलित करता है।

2 बहु-क्षेत्र सहयोगः चुंबकीय क्षेत्र और अल्ट्रासाउंड के साथ संयुक्त, चुंबकीय क्षेत्र सहयोग और अल्ट्रासोनिक कंपन अनाज को परिष्कृत करने, स्टोमाटल समावेशन को हटाने के लिए,और आईएमसी संरचना में सुधारअल्ट्रासोनिक कंपन डेंड्राइट्स और समान संरचना को तोड़ने में सहायक होता है, चुंबकीय क्षेत्र धातु तरल प्रवाह और क्रिस्टल विकास की दिशा का मार्गदर्शन करता है,पिघले हुए पूल के कठोरता व्यवहार और ऊतक एकरूपता में सुधार, आईएमसी की भंगुरता को कम करता है, और जोड़ों की कठोरता और विद्युत चालकता में सुधार करता है।

* लेजर स्विंग वेल्डिंग एल्यूमीनियम-स्टील (स्विंग आयाम 0.2-1.2 मिमी)

* स्टेनलेस स्टील / एल्यूमीनियम मिश्र धातु संयुक्त का माइक्रोमोर्फोलॉजी a) Ni पन्नी b) कोई Ni पन्नी

तांबा-एल्यूमीनियम लेजर वेल्डिंग

वेल्डिंग कठिनाइयांः

तांबे और एल्यूमीनियम में अलग-अलग पिघलने के बिंदु, थर्मल चालकता और थर्मल विस्तार गुणांक होते हैं, वेल्डिंग द्वारा Cu2Al और Cu4Al3 IMC बनाते हैं,जो वेल्ड्स के सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों को प्रभावित करते हैं, और उनके गठन और विकास को बाधित करने की आवश्यकता है।

1. वेल्डिंग मापदंडों का अनुकूलन

1 उच्च वेल्डिंग गति और कम लेजर शक्ति का मिलान थर्मल इनपुट समय और शक्ति को कम कर सकता है, और बड़ी संख्या में आईएमसी के गठन को रोक सकता है।CuAl 2 और अन्य यौगिकों में काफी कमी आती है.

2 नाड़ी की आवृत्ति और कार्य चक्र को अनुकूलित करना, Cu और Al के परमाणु प्रसार और प्रतिक्रिया गतिशीलता स्थितियों को बदलना, IMC को व्यवस्थित और समान रूप से वितरित करना,और संयुक्त प्रदर्शन में सुधार.

• भरना चांदी, निकल और टिन चांदी, निकल और टिन आधारित भरने सामग्री या विशिष्ट मिश्र धातु वेल्डिंग तार से बने होते हैं जो भरने के अंतराल को पिघला सकते हैं और आधार सामग्री तत्वों को पतला कर सकते हैं,Cu और Al की प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया को धीमा, और भंगुर आईएमसी के उत्पादन को कम करें।

उदाहरण के लिए, टिन भरने वाली सामग्री युक्त, वेल्डिंग Cu6Sn5 और Cu3Sn चरणों को बनाने के लिए, संयुक्त के ऊतक के रूप को बदलती है, समग्र भंगुरता को कम करती है, शक्ति और कठोरता में सुधार करती है।

• बीम मॉड्यूलेशन में बीम ऑसिलेशन, रोटेशन या बीम स्प्लिटिंग और अन्य मॉड्यूलेशन तकनीकों का उपयोग लेजर ऊर्जा के वितरण और कार्य मोड को बदलने के लिए किया जाता है।

* Cu-Al SEM आरेख (1500W, 30 मिमी/सेकंड)

तांबा-चक्की लेजर वेल्डिंग

वेल्डिंग कठिनाइयांः

तांबे और इस्पात के भौतिक गुण बहुत भिन्न होते हैं और लेजर वेल्डिंग के दौरान तरल चरण पृथक्करण और थर्मल दरारें होने की प्रवृत्ति होती है,जैसे कि इस्पात अनाज की सीमा में Cu के घुसपैठ, जिससे थर्मल दरारें होती हैं।

1. लेजर ऑफसेट

लेजर को तांबे की ओर मोड़कर वेल्डिंग की गुणवत्ता में प्रभावी ढंग से सुधार किया जा सकता है।

• बीम दोलन

शुद्ध तांबे और स्टेनलेस स्टील के रिंगल बीम दोलन की स्थिति में, वेल्ड के दरार प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से बढ़ाया जा सकता है।अनाज की सीमा में वृद्धि तनाव एकाग्रता को काफी कम करती है और संयुक्त शक्ति और विरूपण को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करती है.

* एक अस्थिर एसईएम के साथ अस्थिर

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बैटरी खोल वेल्डिंग

* टेस्ला 4680 बैटरी

एल्यूमीनियम बैटरी के खोल का लेजर वेल्डिंग

इसकी उच्च थर्मल चालकता और बड़े थर्मल विस्तार गुणांक के कारण, एल्यूमीनियम मिश्र धातु वेल्डिंग में दरारें और छिद्र दोष दिखाना आसान है;सतह ऑक्साइड फिल्म और अशुद्धियां उच्च तापमान पर आसानी से विघटित हो जाती हैं, जिससे गैस के बाहर निकलना मुश्किल हो जाता है और छिद्रों का कारण बनता है।

1. लेजर बीम फोकस रोटेशन + ऊर्ध्वाधर दोलन

लेजर वेल्डेड 1060 एल्यूमीनियम मिश्र धातु वेल्ड सतह को अनुकूलित करने के लिए ऊर्ध्वाधर दोलन का उपयोग करती है, 0.45 मिमी की त्रिज्या पर 91% तक छिद्रता को कम करती है।

* लेजर बीम फोकस रोटेशन और ऊर्ध्वाधर दोलन एसईएम

• स्पॉट शेपिंग (चार बीम)

प्रकाश धब्बे का आकार चार बीम वेल्डिंग है, जो पिघले हुए पूल में छोटे छेद के आकार को बढ़ाता है, धातु वाष्प को स्थिर करता है, छिद्र और छिद्रों को कम करता है, और वेल्ड की गुणवत्ता में सुधार करता है।

* चार बीमों की योजनाबद्ध आरेख

लेजर वेल्डिंग द्वारा स्टील बैटरी खोल

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के वेल्डिंग में थर्मल क्रैकिंग की प्रवृत्ति होती है, जो मिश्र धातु की संरचना और अशुद्धियों की मात्रा से संबंधित होती है।प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित करके थर्मल क्रैकिंग की समस्या को प्रभावी ढंग से हल किया जा सकता है.

उत्तेजित करना:

वर्तमान में, आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला लेजर वेल्डिंग तरंग दैर्ध्य ज्यादातर 1064nm है, नीले लेजर / हरे लेजर वेल्डिंग विषम सामग्री का उपयोग करने से अच्छा प्रभाव हो सकता है।