أخبار الشركة عن تطبيق لحام الليزر في المركبات الكهربائية: بطاريات الطاقة

اليوم نشارك تطبيق تكنولوجيا لحام الليزر في بطارية طاقة السيارات الكهربائية، وخاصة بما في ذلك الحام الكهربائية بطارية أذن الحافلة، لحام بطارية قذيفة، وما إلى ذلك،الحوائط من Cu-Fe والمواد المختلفة الأخرى.

01

خلفية الطلب

في سياق الاحترار العالمي والحد من انبعاثات غازات الدفيئة، تشهد المركبات ذات الطاقة الجديدة، وخاصة السيارات الكهربائية، ارتفاعاً سريعاً.يتطلب تقنية لحام صارمةأساليب اللحام التقليدية، مثل اللحام بالموجات فوق الصوتية واللحام بقعة المقاومة,لديها قيود في التعامل مع توصيل مواد أقطاب البطارية (مثل الألومنيوم والنحاس والصلب). على سبيل المثال،اللحام بالموجات فوق الصوتية غير مناسب لبنية البطارية الشائعة للسيارات الكهربائية، واللحام النقطي المقاومة من الصعب لحام بسبب التوصيل العالي من الألومنيوم والنحاس.

تكنولوجيا لحام الليزر هي الخيار المثالي لعدم الاتصال ، وكثافة الطاقة العالية ، والتحكم الدقيق في المدخلات الحرارية والأتمتة السهلة.يمكن أن تلبي احتياجات لحام المواد المختلفة من نظام البطارية، مثل الحامض من الفولاذ الألمنيوم، والفولاذ النحاسي، والحامض من الفولاذ النحاسي بين قطب الكهربائي للبطارية والحافلة، وحامض بطارية الألومنيوم / الفولاذ،الذي يلعب دورا رئيسيا في ضمان موثوقية الاتصال، وتحسين أداء البطارية وسلامتها.

02

نوع بطارية الطاقة

نوع بطارية الطاقة

1 بطارية أسطوانية صغيرة (على سبيل المثال النموذج 18650) ، حجم موحد، السلامة والتكلفة الرخيصة نسبياً.

2 بطاريات البريزمة الكبيرة، والتي تعمل بشكل جيد من حيث كثافة الطاقة والاستقرار.

3 بطارية بوليمرية ذات غطاء ناعم، عرضة للهندسة عند الشحن.

* نوع البطارية

تتكون مجموعة البطاريات من عدة بطاريات متسلسلة أو متسلسلة وموازية ، والتي يتم توصيلها عبر أشرطة الحركة. بيئة العمل معقدة ،وموثوقية الاتصال تؤثر مباشرة على أداء وسلامة نظام البطارية.

* هيكل بطارية a) بطارية أسطوانية b) بطارية مرصعة

القيود المفروضة على تقنيات اللحام الشائعة

لحام فائق الصوت

يستخدم بشكل رئيسي اهتزازات عالية التردد (عادة 20 كيلو هرتز وما فوق) لجعل المادة تشكل رابطة صلبة تحت الضغط لتحقيق الاتصال.

1 هذه الطريقة مناسبة لحام الألواح الرقيقة أو المواد المختلفة أو المواد ذات التوصيل العالي ، ويتم تطبيقها بشكل رئيسي على بطاريات الشريط.

2 بطاريات السيارات الكهربائية عادة ما تكون بطاريات أسطوانية أو نظرية، والتي قد تدمر سلامة هيكل البطارية تحت مزيج من الضغط والاهتزاز،لذلك لحام بالموجات فوق الصوتية ليست مناسبة لحام البطارية من المركبات الكهربائية.

الحركة المحددة بالمقاومة

مبدأ العمل هو بشكل رئيسي لتطبيق الضغط على سطح اتصال قطعة العمل، واستخدام تيار كبير لذوبان الأجزاء محليا.المواد الشائعة لبطاريات المركبات الكهربائية هي الألومنيوم والنحاس، والتي لها خصائص التوصيل الكهربائي العالي والتوصيل الحراري ، مما يجعل من الصعب لحام تحريط المقاومة.

03

أذن قطب البطارية مصفحة مع الحافلة

خصائص اللحام

مزيج المواد: مادة أذن قطب البطارية غالبا ما تكون من الألومنيوم أو النحاس أو الصلب ، ومواد الحافلة هي في الغالب النحاس أو الألومنيوم ، وتشكل الألومنيوم-النحاس ، الألومنيوم-الصلب ،النحاس والصلب والتركيبات الأخرى.

متطلبات الأداء العالية: يجب أن يضمن موقع اللحام مقاومة منخفضة ، وقابلية عالية وقوة ميكانيكية جيدة ،لضمان كفاءة شحن وتفريغ البطارية واستقرارها على المدى الطويل.

* الأذن القطبية والحافلة من الحزمة الناعمة / بطارية أسطوانية

لحام بالليزر من الألومنيوم والصلب

صعوبات لحام:

1 الألومنيوم والصلب خصائص حرارية مختلفة جدا، واللحام سوف تشكل مركب بين المعادن الهشة (IMC) ، مثل Fe2Al5، Fe4Al13، وما إلى ذلك، وتؤثر على الهيكل المجهري،الأداء الكهربائي والأداء الحراري للمفصل، زيادة المقاومة الداخلية للبطارية، تقصير عمر الخدمة.

2 يجب التحكم في إنتاج IMC أثناء الحامية.

1. معايير عملية التحكم

1 التحكم في المدخل الحراري: ضبط قوة الليزر، سرعة اللحام ومعلمات النبض (التردد، نسبة العمل) ، وتوازن عمق الانصهار وحجم منطقة التأثير الحراري،وتقليل توليد IMC.

2 تحسين شكل موجة النبض: يتم استخدام شكل موجة نبض خاص لتغيير خصائص الدورة الحرارية ، مثل ارتفاع بطيء وشكل موجة هبوط بطيء للحد من تراجع درجة الحرارة والإجهاد الحراري ،وتمنع التبريد السريع مما يؤدي إلى إنتاج عدد كبير من IMCs هشة.

• استخدم الطبقة الوسطى

1 تكوين: اختيار النيكل، والسبائك القائمة على السيليكون وغيرها من مواد الطبقة الوسيطة، بسبب تفاعلها مع الصلب الألومنيوم.و صلابة الـ IMC التي تحتوي على النيكل أفضل من الصلب الألومنيوم(Si في مركبات Al-Si) يؤثر على نمو مركبات Fe-Si ويحسن الخصائص الميكانيكية للمفصل ،ومحتوى الـ Si يتم تعديله بدقة وفقًا لمتطلبات المواد والعمليات.

2 السماكة: م م إلى عشرات م م مجموعة السماكة يمكن أن تعدل بفعالية تشكيل IMMC، وتحسين أداء المفاصل وموثوقيتها.

• مجال مغناطيسي مساعد

1 اتجاه المجال المغناطيسي: يمنع المجال المغناطيسي الرأسي الانتشار الكلي للعناصر في بركة الذوبان ، ويغير تشكيل الحمل والتبلور ،ويقلل من الاندماج المفرط لـ Fe و Al لتشكيل IMCs الهشة؛ المجال المغناطيسي المتوازي يؤثر على الانتشار المجهري للهجرة الحدودية للذوبان والحبوب ، ويحسن الحبوب ويحسن توزيع وتوجيه IMCs.

2 التعاون متعدد المجالات: يجمع بين المجال المغناطيسي والموجات فوق الصوتية، والتعاون بين المجال المغناطيسي والاهتزاز بالموجات فوق الصوتية لتحسين الحبوب، وإزالة إدراجات المفاصل،وتحسين هيكل IMCالاهتزاز بالموجات فوق الصوتية يساعد على كسر التشعيبات والتركيب المتساوي، المجال المغناطيسي يوجّه اتجاه تدفق السائل المعدني ونمو البلورات،تحسين سلوك التجمد وتوحيد الأنسجة في البركة المنصهرة، تقليل هشاشة IMC، وتحسين صلابة والقيادة الكهربائية للمفاصل.

* لحام الألومنيوم الفولاذي بالليزر (توسع التأرجح 0.2-1.2mm)

* ميكرومورفولوجيا من الفولاذ المقاوم للصدأ / سبيكة الألومنيوم a) Ni ورق ب) لا Ni ورق

لحام ليزر النحاس والألومنيوم

صعوبات لحام:

النحاس والألومنيوم لهما نقاط انصهار مختلفة، والقدرة على توصيل الحرارة ومعامل التوسع الحراري، وتشكيل Cu 2 Al و Cu 4 Al 3 IMC عن طريق اللحام،التي تؤثر على بنية الصومعة الصغيرة والخصائص الميكانيكية لللحام، ويحتاجون إلى إيقاف تشكيلهم ونموهم.

1. تحسين معايير اللحام

1 يمكن أن يقلل مطابقة سرعة لحام عالية مع طاقة ليزر منخفضة من وقت الدخول الحراري والقوة ، ويمنع تشكيل عدد كبير من IMC. على سبيل المثال ، أثناء الحام عالي السرعة ، يمكن أن يتم تحميل الكمية الكبيرةيتم تقليل CuAl 2 والمركبات الأخرى بشكل كبير.

2 تحسين تردد النبضات ودورة العمل، وتغيير حالات الانتشار الذري وديناميكية التفاعل من Cu و Al، وجعل IMC تنمو بشكل منظم ومتوزعة بالتساوي،وتحسين الأداء المشترك.

• يتم صنع الفضة والنيكل والقصدير من الفضة والنيكل والقصدير المواد المملئة القائمة على القصدير أو سلك لحام سبيكة محددة التي يمكن أن تذوب فجوة التعبئة وتخفيف عناصر المواد الأساسية،تبطئ التفاعل المباشر لـ Cu و Al، وتقليل توليد IMC هشة.

على سبيل المثال ، يحتوي على مواد ملء القصدير ، واللحام لتشكيل مراحل Cu6Sn5 و Cu3Sn ، وتغيير شكل الأنسجة في المفصل ، والحد من الهشاشة العامة ، وتحسين القوة والصلابة.

• تعديل الشعاع يستخدم تذبذب الشعاع أو الدوران أو تقسيم الشعاع وتقنيات تعديل أخرى لتغيير توزيع طاقة الليزر وطريقة العمل.

* مخطط Cu-Al SEM (1500W، 30 mm/s)

لحام ليزر النحاس والصلب

صعوبات لحام:

الخصائص الفيزيائية للنحاس والصلب مختلفة جداً ، ويمكن أن يحدث فصل المرحلة السائلة والشقوق الحرارية أثناء لحام الليزر ،مثل التسلل Cu في الحدود الحبوب الصلب، مما يؤدي إلى الشقوق الحرارية

1. تحويل ليزر

يمكن تحسين جودة اللحام بفعالية عن طريق تحويل الليزر إلى جانب النحاس.

• تذبذبات الشعاع

في ظل حالة التذبذب الحلقية للشعاع من النحاس النقي والفولاذ المقاوم للصدأ ، يمكن تحسين مقاومة الشق في اللحام بشكل فعال.زيادة حدود الحبوب يقلل بشكل كبير من تركيز الإجهاد ويتحكم بفعالية في قوة المفاصل وتشوهها.

* غير متذبذب مع SEM متذبذب

04

لحام قذيفة البطارية

* بطارية تيسلا 4680

لحام بالليزر من بطارية الألومنيوم

نظراً لتوصيلها الحراري العالي ومعامل التوسع الحراري الكبير ، فإن لحام سبيكة الألومنيوم يظهر بسهولة الشقوق وأعراض المسام.فيلم أكسيد السطح والشوائب سهلة التحلل عند درجة حرارة عاليةمما يجعل من الصعب على الغاز الهروب و يسبب المسام

1. دوران تركيز شعاع الليزر + التذبذب الرأسي

يستخدم سبائك الألومنيوم 1060 المطاوئ بالليزر التذبذب الرأسي لتحسين سطح اللحام ، مما يقلل من مسامية بنسبة 91٪ في نصف قطر 0.45 مم.

* تناوب تركيز شعاع الليزر والتذبذب الرأسي SEM

• تشكيل نقطة (أربعة أشعة)

تشكيل النقطة الضوئية هو لحام أربعة أشعة ، مما يزيد من حجم الثقب الصغير في بركة الذوبان ، ويثبت بخار المعدن ، ويقلل من الرذاذ والمسام ، ويحسن جودة لحام.

* رسم مخطط لأربعة أشعة

غلاف البطارية الفولاذية باللحام بالليزر

لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عرضة للتشقق الحراري ، والذي يرتبط بتكوين السبائك ومحتوى الشوائب.يمكن حل مشكلة التكسير الحراري بفعالية عن طريق ضبط معايير العملية.

إثارة:

1 في الوقت الحاضر ، يبلغ طول الموجة المستخدم بشكل شائع لحام الليزر في الغالب 1064nm ، ويمكن أن يكون له تأثير جيد باستخدام الليزر الأزرق / الليزر الأخضر لحام المواد غير المتجانسة.