De la fabrication de cellules de batterie de stockage d'énergie à la batterie PACK en groupes, le soudage est un processus de fabrication très important, la conductivité de la batterie au lithium, la résistance, l'étanchéité à l'air, la fatigue du métal et la résistance à la corrosion, sont des critères d'évaluation de qualité de soudage de batterie typiques. Le choix de la méthode de soudage et du procédé de soudage affectera directement le coût de la batterie, la qualité, la sécurité et la cohérence de la batterie.
Parmi de nombreuses méthodes de soudage, le soudage au laser se distingue par les avantages suivants : premièrement, le soudage au laser a une densité d'énergie élevée, une petite déformation de soudage et une petite zone affectée par la chaleur, ce qui peut améliorer efficacement la précision des pièces, et le cordon de soudure est lisse, exempt d'impuretés, uniforme et dense, sans travail de broyage supplémentaire ;
Deuxièmement, le soudage au laser peut être contrôlé avec précision, un petit point de focalisation, un positionnement de haute précision, avec le bras robotisé, il est facile de réaliser l'automatisation, d'améliorer l'efficacité du soudage, de réduire les heures de travail, de réduire les coûts ; De plus, le soudage au laser de plaques minces ou de fils de diamètre fin ne sera pas aussi facile que le soudage à l'arc en raison du problème de fusion.
Les méthodes de soudage des batteries de stockage d'énergie comprennent principalement le soudage à la vague, le soudage par ultrasons, le soudage au laser, le soudage au laser de métaux différents, dont le soudage au laser est actuellement la méthode de soudage la plus courante.
Batterie de stockage d'énergie
Méthodes de soudage des batteries de stockage d'énergie :
- Soudage à la vague : essentiellement une combinaison de soudage par ultrasons et de soudage au laser ;
- Soudage par ultrasons : les avantages de ce programme sont un soudage simple, mais doivent occuper plus d'espace, le volume du module dans l'efficacité du groupe sera inférieur ;
- Soudage laser : ce programme est actuellement le plus utilisé, mais la structure est légèrement différente ;
- Soudage au laser de métaux différents: cette méthode de soudage en groupe est également très efficace et rapide.
Qu'est-ce que le soudage laser ?
Le soudage au laser se fait à travers le système optique, l'utilisation de la densité d'énergie élevée du faisceau laser comme source de chaleur, le faisceau laser sera focalisé sur une très petite zone, dans un très court laps de temps afin que l'endroit soudé forme un zone de source de chaleur à énergie hautement concentrée, de sorte que la fusion du matériau soudé et la formation d'une soudure solide ou d'un cordon de soudure.
Le soudage au laser est un nouveau type de méthode de soudage, actuellement en phase de développement à grande vitesse. Lorsque le soudage au laser est utilisé, la zone affectée par la chaleur de la pièce est petite ; le joint de soudure est petit et la précision de la taille de soudage est élevée ; la méthode de soudage est le soudage sans contact, aucune force externe n'est nécessaire, la déformation du produit est faible, la qualité du soudage est élevée, l'efficacité est élevée et il est facile de réaliser la production automatisée.
Équipement de soudage laser pour batterie de stockage d'énergie
La structure des batteries contient généralement une variété de matériaux tels que l'acier, l'aluminium, le cuivre, le nickel, etc. Ces métaux peuvent être transformés en électrodes, fils ou coques, par conséquent, qu'il s'agisse d'un matériau ou d'une variété de matériaux entre le soudage , le procédé de soudage pose des exigences élevées.
L'avantage du procédé de soudage au laser réside dans la large gamme de matériaux pouvant être soudés et la possibilité de souder entre différents matériaux.
Types de soudage au laser
Les types de soudage au laser comprennent le soudage par conduction thermique au laser et le soudage par fusion profonde au laser. La principale différence entre le soudage par conduction thermique et le soudage par fusion profonde est la densité de puissance appliquée à la surface métallique par unité de temps, qui a des seuils différents pour différents métaux.
Trois principaux lasers couramment utilisés pour le soudage au laser des batteries de stockage d'énergie
La batterie de stockage d'énergie est un ensemble composé d'un équipement de stockage de batterie (du composant unique → module de batterie → armoire de batterie → unité de stockage de batterie → équipement de stockage de batterie), PCS et liens de filtrage.
Domaine de soudage au laser de la batterie de stockage d'énergie, l'utilisation actuelle du laser le plus pulsé, du laser continu, du laser quasi continu.
Laser pulsé : laser YAG, laser MOPA ;
Laser continu : laser à semi-conducteur continu, laser à fibre continue ;
Lasers quasi-continus : série laser QCW.
Pour ces lasers, ils peuvent s'entendre de la manière suivante : utiliser un marteau pour écraser la cheville une à une, ce qui est pulsé ; presser la cheville directement à la main, ce qui est continu ; lors du perçage d'un trou, le foret perce en continu pendant 10 secondes, se repose pendant une seconde, puis perce en continu pendant 10 secondes à nouveau, se repose pendant une autre seconde, ce qui est dit quasi-continu.
Le laser pulsé fait référence au laser dont la largeur d'impulsion laser unique est inférieure à 0.25 secondes et ne fonctionne qu'une fois tous les intervalles de temps, qui a une grande puissance de sortie et convient au marquage laser, à la découpe, à la télémétrie, etc. sur.
Laser pulsé Crylas-1064nm
Les lasers pulsés courants comprennent les lasers à grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG), les lasers à rubis et les lasers à verre au néodyme parmi les lasers à semi-conducteurs, ainsi que les lasers à molécules d'azote et les lasers à excimère. Les lasers pulsés sont basés sur le principe du laser YAG, avec une énergie mono-impulsion élevée et une consommation électrique élevée, nécessitant un remplacement régulier des consommables tels que les lampes au xénon, qui doivent être équipées d'un refroidisseur.
Laser pulsé 1550nm
Ce type de laser est un laser très mature, le coût d'une seule machine est relativement faible, c'est aussi actuellement le plus utilisé dans le soudage des métaux au laser, car basé sur le principe du laser YAG, l'ensemble de l'industrie est limité par la technique les conditions des limitations de la puissance laser ne peuvent pas être très grandes, le général conventionnel à moins de 500W, le plus élevé du pays sur le 1,000W, l'efficacité de conversion électro-optique n'est pas élevée (à environ 13 pour cent) . Le rendement de conversion électro-optique n'est pas élevé (environ 13 %).
Laser pulsé
Le laser continu est un laser qui produit de la lumière en continu, c'est-à-dire qu'il a un état de fonctionnement stable, c'est-à-dire un état stable. Le nombre de particules dans chaque niveau d'énergie et le champ de rayonnement dans la cavité d'un laser continu ont une distribution stable.
Son travail est caractérisé par l'excitation du matériau de travail et la sortie laser correspondante, qui peuvent être effectuées de manière continue sur une longue période de temps. Les lasers à solide excités par une source lumineuse continue et les lasers à gaz et les lasers à semi-conducteurs actionnés par excitation électrique continue appartiennent à cette catégorie.
Lasers continus
Étant donné que la surchauffe de l'appareil est souvent inévitable pendant le fonctionnement continu, la plupart d'entre eux nécessitent des mesures de refroidissement appropriées.
Les lasers continus sont basés sur le principe du laser à fibre YLP, car ils peuvent émettre de la lumière en continu à une puissance constante (lorsque le laser émet de la lumière assez rapidement et en nombre suffisant, il est connecté à une ligne), l'énergie laser de sortie est constante, le la stabilité du laser est très bonne, le motif de points est également très bon et l'efficacité de la conversion électro-optique est également très élevée (environ 30%).
Lasers continus
Les lasers quasi-continus (QCW), également appelés lasers à impulsions longues, produisent des impulsions de l'ordre de la ms avec un rapport cyclique de 10 %. Cela confère à la lumière pulsée une puissance crête plus de dix fois supérieure à la lumière continue, ce qui est très favorable pour des applications telles que le forage. En fonction de la largeur d'impulsion, la fréquence de répétition peut être modulée jusqu'à 500 Hz. Les lasers QCW peuvent fonctionner en mode continu et en mode pulsé à puissance de crête élevée.
Lasers quasi-continus
Contrairement aux lasers continus (CW) conventionnels, où la puissance de crête et la puissance moyenne sont toujours les mêmes dans les modes CW et CW/modulé, les lasers QCW fournissent jusqu'à 10 fois plus de puissance de crête que la puissance moyenne en mode pulsé.
Cela permet, par conséquent, la génération d'impulsions microsecondes et millisecondes avec des énergies élevées à des fréquences de répétition allant de dizaines de hertz à des milliers de hertz, et des puissances moyennes et crêtes de plusieurs kilowatts peuvent être réalisées.
Laser quasi continu
Équipement de soudage au laser dans les avantages du soudage de la batterie de stockage d'énergie :
- Le processus de soudage est un soudage sans contact, le processus de soudage sur la tension interne de la barre de soudage est réduit au minimum ;
- Le processus de soudage ne produit pas d'autres déversements et d'autres substances libérées, empêchant la pollution secondaire ;
- La soudure de haute résistance et d'étanchéité à l'air peut répondre aux besoins fonctionnels;
- Le soudage au laser peut répondre au soudage entre différentes substances, peut également réaliser le matériau de la membrane, peut également réaliser la technologie de connexion entre des substances hétérogènes ;
- Le soudage au laser est pratique pour l'intégration de l'automatisation, peut également être effectué en fonction des besoins de capacité pour synchroniser le programme de processus de soudage au laser, haute efficacité, la contrainte interne de soudage est faible ;
- Le soudage au laser implique une structure simple et pratique, réduisant le facteur de difficulté de la structure du moule ;
- Le processus de soudage peut réaliser une surveillance intelligente numérique, pour répondre aux besoins de visualisation des données du processus de soudage ;
- Le type de solutions de processus de soudage peut être efficacement intégré à des lignes de production automatisées, pour répondre aux besoins du programme de production de masse, pour obtenir une production efficace, une faible consommation et d'autres caractéristiques.
La technologie clé du soudage laser dans la ligne de production de batteries au lithium PACK
Ligne de production d'automatisation de module de batterie de machine de soudage laser à batterie au lithium, comprenant généralement le chargement de noyau, la numérisation, les tests, le nettoyage, le tri, l'empilement de module, la détection d'empilement et le soudage de module, la détection de soudage, la décharge de module et d'autres processus, le système de transfert de matériau, système adaptatif, système de positionnement de vision, gestion de l'exécution de la fabrication MES, etc., est la technologie clé de toute la chaîne de production, mais aussi une forme de production importante pour s'adapter aux petits lots et au support technique multi-espèces.
Système de transfert de matériel
Du chargement du noyau au déchargement final du module, l'ensemble du transfert de matériau est effectué via le système de transfert de matériau. Le système de transfert de matériau peut également étendre de manière flexible les postes de travail en fonction des besoins d'ajustement du processus, et le transfert entre différents postes de travail ne nécessite pas d'intervention humaine. La plaque de positionnement de module est livrée avec un mécanisme de réglage de la taille du produit, qui peut être adapté au serrage de modules de différentes tailles, et il est très adapté aux besoins de production multi-espèces en petits lots.
Système adaptatif
Dans le processus de production des modules de batterie, les types de cellules les plus courants sont les packs souples, carrés et cylindriques. Après avoir empilé différentes tailles de cellules dans différentes tailles de modules, chaque processus doit être adapté avec un système adaptatif pour assurer la liaison de toute la ligne, en particulier dans le processus de soudage, qui ne peut être adapté qu'à différentes tailles de modules pour compléter le module processus PACK.
Le système adaptatif adopte une liaison combinée multi-axes pour mettre en œuvre le positionnement positionnel dans la zone de traitement du produit, et termine le travail de soudage et le transmet au processus suivant sans aucune limitation des matériaux entrants.
Système de positionnement visuel
Le nettoyage de la surface de soudage de la cellule de batterie, le marquage du module, le soudage des pièces convergentes sont généralement complétés par un traitement au laser, l'assemblage du module de batterie, souvent avec de grandes tolérances dimensionnelles, il est difficile de répondre aux exigences du traitement au laser sur la taille de la position de l'écart, ce qui entraîne un déclin rapide de la qualité de traitement.
L'introduction du système de positionnement par vision peut répondre à la demande de positionnement précis, la précision peut atteindre ±0.05mm, grâce à la vision de l'acquisition de données photo, et renvoyer l'écart de matériau entrant au système de contrôle, de manière à pour réaliser la position de traitement du positionnement de haute précision.
Système de gestion de l'exécution de la fabrication MES
Le système de gestion de l'exécution de la fabrication MES dispose d'une plate-forme de développement ouverte, qui peut compléter la mise en œuvre et le développement du projet MES en fonction des besoins de l'utilisateur de manière rapide et agile en fonction de la plate-forme sous-jacente du système, et la main-d'œuvre n'a besoin que de guider le travailler conformément aux instructions des paramètres du MES et améliorer les informations de réglage de production existantes après des statistiques et une analyse complètes sous forme de tableaux et de graphiques.
Du chargement du noyau au déchargement final du module, les paramètres, données et autres informations entrantes de chaque processus peuvent être rapidement interrogés et analysés en temps opportun via le système MES, ce qui rend vraiment le processus contrôlable et efficace.
Le paquet de données de processus dans le processus de soudage au laser est directement intégré dans le système MES pour faciliter l'appel et la commutation des utilisateurs, l'ensemble du système MES peut directement transformer la chaîne de production en un atelier de production quasi sans personnel, et les travailleurs manuels n'ont qu'à reconstituer les matériaux en périphérie, ce qui améliore la sécurité.
Avec l'interface de communication industrielle réservée, les utilisateurs peuvent non seulement réaliser une surveillance et une gestion à distance, mais également se connecter efficacement à l'ERP d'entreprise, réalisant ainsi une véritable usine intelligente et informative.
