Зварювання — це дуже важливий виробничий процес, починаючи від виробництва елементів акумуляторної батареї для накопичення енергії й закінчуючи групуванням батарей PACK. Типовими критеріями оцінки якості зварювання літієвих батарей є провідність, міцність, герметичність, втома металу та стійкість до корозії. Вибір методу зварювання та процесу зварювання безпосередньо впливає на вартість батареї, якість, безпеку та стабільність батареї.
Серед багатьох методів зварювання лазерне зварювання виділяється такими перевагами: по-перше, лазерне зварювання має високу щільність енергії, невелику зварювальну деформацію та невелику зону теплового впливу, що може ефективно підвищити точність деталей, а зварний шов гладкий, без сторонніх домішок, однорідний і щільний, без додаткової шліфувальної роботи;
По-друге, можна точно контролювати лазерне зварювання, малу точку фокусування, високоточне позиціонування, за допомогою роботизованої руки легко реалізувати автоматизацію, підвищити ефективність зварювання, скоротити людино-годин, зменшити витрати; Крім того, лазерне зварювання тонких пластин або дроту малого діаметру буде не таким простим, як дугове зварювання, через проблеми з розплавленням.
Методи зварювання акумуляторних батарей, що накопичують енергію, в основному включають пайку хвилею, ультразвукове зварювання, лазерне зварювання, лазерне зварювання різнорідних металів, з яких лазерне зварювання в даний час є найбільш поширеним методом зварювання.
Акумуляторна батарея
Методи зварювання акумуляторних батарей:
- Хвильове зварювання: по суті поєднання ультразвукового зварювання та лазерного зварювання;
- Ультразвукове зварювання: перевагами цієї програми є просте зварювання, але потрібно зайняти більше місця, обсяг модуля в групі ККД буде нижчим;
- Лазерне зварювання: ця програма на даний момент є найпоширенішою, але структура дещо інша;
- Лазерне зварювання різних металів: цей метод зварювання в групу також дуже ефективний, швидка швидкість виробництва.
Що таке лазерне зварювання?
Лазерне зварювання здійснюється через оптичну систему, використання високої щільності енергії лазерного променя як джерела тепла, лазерний промінь буде зосереджено на дуже малій площі за дуже короткий проміжок часу, щоб зварене місце утворювало висококонцентрована енергія джерела тепла, так що зварюваний матеріал плавиться і утворюється суцільний зварний або зварний шов.
Лазерне зварювання - це новий вид зварювання, який зараз знаходиться на стадії високошвидкісного розвитку. При застосуванні лазерного зварювання зона термічного впливу заготовки невелика; зварний шов невеликий, а точність розміру зварювання висока; метод зварювання - це безконтактне зварювання, зовнішня сила не потрібна, деформація продукту невелика, якість зварювання висока, ефективність висока, і це легко реалізувати автоматизоване виробництво.
Лазерне зварювальне обладнання для накопичувачів енергії
Структура акумуляторів зазвичай містить різноманітні матеріали, такі як сталь, алюміній, мідь, нікель тощо. З цих металів можна виготовляти електроди, дроти або оболонки, тому незалежно від того, чи це матеріал, чи різноманітні матеріали між зварюванням , процес зварювання висуває високі вимоги.
Перевага процесу лазерного зварювання полягає в широкому діапазоні матеріалів, які можна зварювати, і можливості зварювання між різними матеріалами.
Види лазерного зварювання
Види лазерного зварювання включають лазерне теплопровідне зварювання та лазерне зварювання глибоким плавленням. Основною відмінністю між теплопровідним зварюванням і зварюванням глибоким плавленням є щільність потужності, прикладена до металевої поверхні за одиницю часу, яка має різні порогові значення для різних металів.
Три основні лазери, які зазвичай використовуються для лазерного зварювання акумуляторів енергії
Акумуляторна батарея – це ціле, що складається з обладнання для зберігання акумуляторної батареї (від одного компонента → модуля акумуляторної батареї → акумуляторної шафи → блоку зберігання акумуляторної батареї → обладнання для зберігання акумуляторної батареї), PCS та фільтруючих зв’язків.
Акумуляторна батарея для лазерного зварювання, поточне використання найбільш імпульсного лазера, безперервного лазера, квазібезперервного лазера.
Імпульсний лазер: YAG лазер, MOPA лазер;
Безперервний лазер: безперервний напівпровідниковий лазер, безперервний волоконний лазер;
Квазібезперервні лазери: Серія лазерів QCW.
Для цих лазерів їх можна розуміти таким чином: за допомогою молотка один за одним вбивають кілок, який має імпульсний характер; безперервне вдавлювання кілка безпосередньо рукою; під час свердління отвору свердло свердлить безперервно протягом 10 секунд, відпочиває одну секунду, а потім знову безперервно свердлить 10 секунд, відпочиває ще одну секунду, що називається квазібезперервним.
Імпульсний лазер відноситься до лазера, ширина одного лазерного імпульсу якого становить менше 0,25 секунд і працює лише один раз за певний проміжок часу, який має велику вихідну потужність і підходить для лазерного маркування, різання, вимірювання дальності тощо на.
Імпульсний лазер Crylas-1064nm
Поширені імпульсні лазери включають лазери на ітрієвому алюмінієвому гранаті (YAG), рубінові лазери та лазери на неодимовому склі серед твердотільних лазерів, а також лазери на молекулах азоту та ексимерні лазери. Імпульсні лазери засновані на принципі YAG-лазера, мають високу енергію одиночного імпульсу та високе енергоспоживання, що вимагає регулярної заміни витратних матеріалів, таких як ксенонові лампи, які повинні бути оснащені чиллером.
Імпульсний лазер 1550 нм
Цей тип лазера є дуже зрілим лазером, вартість однієї машини є відносно низькою, також в даний час він найбільш широко використовується в зварюванні металу лазером, оскільки заснований на принципі лазера YAG, загальна галузь обмежена технічними умови обмеження потужності лазера не можуть бути дуже великими, звичайна загальна в межах 500 Вт, найвища в країні на 1, 000 Вт, електрооптична ефективність перетворення невисока (близько 13 відсотків) . Ефективність електрооптичного перетворення невисока (близько 13 відсотків).
Імпульсний лазер
Безперервний лазер — це лазер, який випромінює світло безперервно, тобто має стабільний робочий стан, тобто стаціонарний стан. Число частинок на кожному енергетичному рівні і поле випромінювання в резонаторі в безперервному лазері мають стабільний розподіл.
Його робота характеризується збудженням робочого матеріалу і відповідним лазерним випромінюванням, яке може здійснюватися безперервно протягом тривалого періоду часу. До цієї категорії належать твердотільні лазери, що збуджуються безперервним джерелом світла, а також газові лазери та напівпровідникові лазери, що працюють від безперервного електричного збудження.
Лазери безперервної дії
Оскільки під час безперервної роботи часто неможливо уникнути перегріву пристрою, більшість із них потребують відповідних заходів для охолодження.
Лазери безперервної дії засновані на принципі волоконного лазера YLP, оскільки вони можуть безперервно випромінювати світло з постійною потужністю (коли лазер випромінює світло досить швидко та в достатній кількості, він підключений до лінії), вихідна енергія лазера постійна, стабільність лазера дуже хороша, точкова картина також дуже хороша, а ефективність електрооптичного перетворення також дуже висока (близько 30 відсотків).
Лазери безперервної дії
Квазібезперервні лазери (QCW), також звані довгоімпульсними лазерами, виробляють імпульси порядку мс з робочим циклом 10 відсотків. Це дає пікову потужність імпульсного світла більш ніж у десять разів вища, ніж безперервне світло, що є дуже сприятливим для таких застосувань, як буріння. Залежно від ширини імпульсу частоту повторення можна модулювати до 500 Гц. Лазери QCW можуть працювати як у безперервному режимі, так і в імпульсному режимі високої пікової потужності.
Лазери квазіконтинууму
На відміну від звичайних безперервних (CW) лазерів, де пікова та середня потужність завжди однакові як у CW, так і в CW/модульованому режимі, лазери QCW забезпечують до 10 разів більшу пікову потужність, ніж середня потужність в імпульсному режимі.
Таким чином, це дозволяє генерувати мікросекундні та мілісекундні імпульси з високою енергією на частотах повторення від десятків герц до тисяч герц, і можна реалізувати середню та пікову потужності в кілька кіловат.
Квазіконтинуальний лазер
Переваги лазерного зварювального обладнання в зварювальних акумуляторних батареях:
- Процес зварювання - це безконтактне зварювання, в процесі зварювання на зварювальному брусі внутрішня напруга зведена до мінімуму;
- Процес зварювання не створює інших розливів та інших вивільнених речовин, запобігаючи вторинному забрудненню;
- Зварювання високої міцності та повітронепроникності, може задовольнити функціональні потреби;
- Лазерне зварювання може відповідати зварюванню між різними речовинами, також може реалізувати матеріал мембрани, також може реалізувати технологію з'єднання між різнорідними речовинами;
- Лазерне зварювання є зручним для інтеграції автоматизації, також може бути виконано відповідно до потреб потужності для синхронізації програми процесу лазерного зварювання, висока ефективність, внутрішня напруга зварювання невелика;
- Лазерне зварювання передбачає просту та зручну структуру, що зменшує фактор складності структури прес-форми;
- Процес зварювання може досягти цифрового інтелектуального моніторингу, щоб задовольнити потреби візуалізації даних процесу зварювання;
- Тип рішень для процесу зварювання можна ефективно інтегрувати з автоматизованими виробничими лініями, щоб задовольнити потреби програми масового виробництва, досягти ефективного виробництва, низького споживання та інших характеристик.
Ключова технологія лазерного зварювання в лінії виробництва літієвих батарей PACK
Автоматизована виробнича лінія акумуляторного модуля літієвої батареї лазерного зварювального апарату, як правило, включає завантаження сердечника, сканування, тестування, очищення, сортування, укладання модулів, виявлення укладання та зварювання модулів, виявлення зварювання, розряджання модулів та інші процеси, систему передачі матеріалу, адаптивну систему, система візуального позиціонування, управління виконанням виробництва MES тощо є ключовою технологією всієї виробничої лінії, але також важливою формою виробництва для адаптації до малих партій і багатовидової технічної підтримки.
Система передачі матеріалу
Від завантаження ядра до остаточного вивантаження модуля вся передача матеріалу здійснюється через систему передачі матеріалу. Система передачі матеріалу також може гнучко розширювати робочі станції відповідно до потреб процесу налаштування, і передача між різними робочими станціями не вимагає роботи людини. Пластина для позиціонування модуля постачається з механізмом регулювання розміру виробу, який можна адаптувати до затискання модулів різних розмірів, і він дуже підходить для потреб виробництва невеликих партій, різних видів.
Адаптивна система
У процесі виробництва батарейних модулів найпоширенішими типами елементів є м’яка упаковка, квадратна і циліндрична. Після укладання різних розмірів комірок у різні розміри модулів кожен процес потрібно адаптувати за допомогою адаптивної системи, щоб забезпечити зв’язок усієї лінії, особливо в процесі зварювання, який можна адаптувати лише до різних розмірів модулів для завершення процес модуля PACK.
Адаптивна система використовує багатоосьове комбіноване з’єднання для реалізації позиційного позиціонування в зоні обробки продукту, а також завершує зварювальні роботи та передає до наступного процесу без будь-яких обмежень щодо вхідних матеріалів.
Система візуального позиціонування
Очищення зварювальної поверхні елемента батареї, маркування модуля, зварювання збіжної частини зазвичай завершується лазерною обробкою, складання модуля батареї, часто з великими допусками на розміри, важко виконати вимоги лазерної обробки щодо розміру положення зазору, що призводить до швидке зниження якості обробки.
Запровадження системи візуального позиціонування може задовольнити вимоги щодо точного позиціонування, точність може досягати ±0.05 мм, завдяки баченню збору фотоданих, і повертати відхилення вхідного матеріалу до системи керування, щоб як для реалізації позиції обробки високоточного позиціонування.
MES Manufacturing Execution Management System
MES Manufacturing Execution Management System має відкриту платформу розробки, яка може завершити впровадження та розробку проекту MES відповідно до потреб користувача швидким і гнучким способом на основі базової платформи системи, а робоча сила повинна лише керувати працювати відповідно до параметричних інструкцій MES та вдосконалювати наявну інформацію про налаштування виробництва після комплексної статистики та аналізу у формі діаграм і графіків.
Від завантаження ядра до остаточної розрядки модуля параметри, дані та інша вхідна інформація кожного процесу може бути швидко запитана та своєчасно проаналізована через систему MES, що дійсно робить процес керованим та ефективним.
Пакет даних процесу в процесі лазерного зварювання безпосередньо інтегровано в систему MES, щоб полегшити користувачам телефонувати та перемикатися, увесь набір системи MES може безпосередньо перетворити виробничу лінію на квазіавтономну виробничу майстерню, а робітникам потрібно лише поповнити матеріали на периферії, що підвищує безпеку.
Завдяки зарезервованому промисловому комунікаційному інтерфейсу користувачі можуть не тільки реалізувати віддалений моніторинг і керування, але й ефективно приєднатися до корпоративної ERP, справді реалізуючи інтелектуальну та інформативну фабрику.
