Applicazione della saldatura laser nelle linee di assemblaggio delle batterie per l'accumulo di energia
Dalla produzione delle celle delle batterie per l'accumulo di energia all'assemblaggio dei pacchi batteria, la saldatura è un processo produttivo cruciale. La conduttività, la resistenza, l'ermeticità, la fatica del metallo e la resistenza alla corrosione delle batterie al litio sono tipici standard di valutazione della qualità della saldatura delle batterie. La scelta dei metodi e dei processi di saldatura influisce direttamente sul costo, sulla qualità, sulla sicurezza e sulla costanza della batteria.
Tra i vari metodi di saldatura, la saldatura laser si distingue per i seguenti vantaggi: innanzitutto, la saldatura laser ha un'elevata densità di energia, una piccola deformazione della saldatura e una piccola zona termicamente alterata, il che può migliorare efficacemente la precisione delle parti, ottenendo saldature lisce, prive di impurità, uniformi e dense senza la necessità di ulteriore rettifica.
In secondo luogo, la saldatura laser può essere controllata con precisione, con un punto di messa a fuoco piccolo e un posizionamento ad alta precisione. In combinazione con bracci robotici, è facile da automatizzare, migliorando l'efficienza della saldatura, riducendo i tempi di manodopera e i costi. Inoltre, la saldatura laser di lamiere sottili o fili di piccolo diametro non è soggetta al problema della rifusione, come invece accade con la saldatura ad arco.
I principali metodi di saldatura per le batterie di accumulo di energia includono la saldatura a onda, la saldatura a ultrasuoni, la saldatura laser e la saldatura laser di metalli dissimili; attualmente, la saldatura laser è il metodo più diffuso.
Metodi di saldatura delle batterie di accumulo di energia:
① Saldatura ad onda
: Essenzialmente una combinazione di saldatura a ultrasuoni e saldatura laser;
② Saldatura ad ultrasuoni
: Questo metodo è semplice da usare, ma richiede più spazio, con conseguente riduzione dell'efficienza di assemblaggio dei moduli;
③ Saldatura laser
: Attualmente è il metodo più utilizzato, ma con lievi differenze strutturali;
④ Saldatura laser di metalli dissimili
:Questo metodo di saldatura presenta inoltre un'elevata efficienza di assemblaggio e una rapida velocità di produzione.
Che cos'è la saldatura laser?
La saldatura laser utilizza un sistema ottico per focalizzare un raggio laser ad alta densità di energia, utilizzato come sorgente di calore, in un'area molto piccola, creando in brevissimo tempo una zona di calore altamente concentrata nel punto di saldatura. Questo fonde i materiali da saldare, formando un punto di saldatura resistente o un cordone di saldatura.
La saldatura laser è un nuovo metodo di saldatura attualmente in rapida fase di sviluppo. La saldatura laser offre diversi vantaggi: una zona termicamente alterata più piccola, punti di saldatura più piccoli, maggiore precisione dimensionale e saldatura senza contatto che non richiede forze esterne, con conseguente minima deformazione del prodotto, elevata qualità della saldatura, elevata efficienza e facilità di automazione.
Le batterie in genere incorporano vari materiali come acciaio, alluminio, rame e nichel. Questi metalli possono essere utilizzati per formare elettrodi, fili o involucri. Pertanto, la saldatura tra uno o più materiali richiede un processo di saldatura molto elaborato.
Il vantaggio della saldatura laser risiede nella sua capacità di saldare un'ampia gamma di materiali, consentendo la saldatura tra materiali diversi.
Tipi di saldatura laser
La saldatura laser comprende la saldatura a conduzione termica laser e la saldatura a penetrazione profonda laser. La principale differenza tra la saldatura a conduzione termica e la saldatura a penetrazione profonda risiede nella densità di potenza applicata alla superficie metallica per unità di tempo; metalli diversi hanno valori critici diversi.
Tre laser comunemente utilizzati per la saldatura laser delle batterie di accumulo di energia
Le batterie di accumulo di energia sono un sistema integrato costituito da dispositivi di accumulo di energia a batteria (dai singoli componenti → moduli del pacco batteria → armadi batteria → unità di accumulo di energia a batteria → apparecchiature di accumulo di energia a batteria), PCS (Power Control System) e componenti di filtraggio.
Nel campo della saldatura laser per batterie di accumulo di energia, i laser più comunemente utilizzati sono i laser pulsati, i laser continui e i laser quasi continui.
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Laser pulsati
: Laser YAG, laser MOPA;
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Laser continui
: Laser a semiconduttore continuo, laser a fibra continua;
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Laser quasi continui
: Serie laser QCW.
Questi laser possono essere interpretati come segue: martellare una puntina da disegno con un colpo alla volta è un'azione pulsata; premere la puntina direttamente a mano è un'azione continua; forare ininterrottamente per 10 secondi, riposare per un secondo, quindi forare ininterrottamente per altri 10 secondi, quindi riposare per un secondo, è un'azione quasi continua.
Laser pulsati
Si riferiscono a laser con un singolo impulso laser di durata inferiore a 0,25 secondi, che funziona una sola volta a intervalli regolari. Hanno un'elevata potenza di uscita e sono adatti per la marcatura, il taglio e la misurazione laser.
I laser pulsati più comuni includono laser a stato solido come i laser a granato di ittrio e alluminio (YAG), i laser a rubino e i laser a vetro di neodimio, nonché i laser molecolari ad azoto e i laser a eccimeri. I laser pulsati si basano sul principio del laser YAG, con elevata energia a singolo impulso e un elevato consumo energetico, che richiede la sostituzione regolare dei materiali di consumo come le lampade allo xeno e l'impiego di un refrigeratore.
Questi laser sono molto maturi, con costi unitari relativamente bassi, e sono attualmente i laser più utilizzati per la saldatura dei metalli. Tuttavia, a causa dei limiti tecnologici basati sul principio laser YAG, l'industria nel suo complesso non può attualmente raggiungere potenze laser molto elevate; l'efficienza di conversione elettro-ottica non è elevata (circa il 13%).
Laser a onda continua
Sono laser che emettono luce in modo continuo, ovvero hanno uno stato operativo stabile, ovvero uno stato stazionario. In un laser a onda continua, il numero di particelle a ciascun livello energetico e il campo di radiazione all'interno della cavità hanno una distribuzione stabile.
La caratteristica operativa dei laser a onda continua è che l'eccitazione del mezzo di lavoro e la corrispondente emissione laser possono continuare ininterrottamente per un periodo di tempo relativamente lungo. I laser a stato solido eccitati da sorgenti luminose continue, così come i laser a gas e i laser a semiconduttore che funzionano tramite eccitazione elettrica continua, appartengono tutti a questa categoria.
Poiché il surriscaldamento è spesso inevitabile durante il funzionamento continuo, la maggior parte richiede misure di raffreddamento appropriate.
I laser a onda continua si basano sul principio dei laser a fibra YLP. Poiché possono emettere luce in modo continuo a potenza costante (quando i punti di emissione laser sono sufficientemente veloci e numerosi, vengono collegati in linea), l'energia laser in uscita è costante, la stabilità del laser è molto buona, il diagramma del fascio è eccellente e l'efficienza di conversione elettro-ottica è molto elevata (circa il 30%).
Tipo a portale ACEY
macchina per saldatura laser a galvanometro continuo
Utilizza come sorgente laser il laser a fibra, all'avanguardia a livello internazionale. In combinazione con la macchina utensile a portale, sviluppata, progettata e prodotta in modo indipendente dalla nostra azienda, offre un'eccellente rigidità e stabilità. Funziona con una trasmissione a guida di precisione ed è dotato di un servomotore ad alta risposta, estremamente preciso e veloce. È adatto per la saldatura di rame, alluminio, ferro, nichel e le loro leghe, ed è particolarmente indicato per la saldatura di barre collettrici in alluminio o di connessioni nichel-quadrate per batterie.
Laser a onda quasi continua (QCW)
I laser QCW, detti anche laser a impulsi lunghi, producono impulsi dell'ordine dei millisecondi con un duty cycle del 10%. Ciò consente alla luce pulsata di avere una potenza di picco oltre dieci volte superiore a quella della luce continua, il che è molto vantaggioso per applicazioni come la perforazione. La frequenza di ripetizione può essere modulata fino a 500 Hz a seconda della durata dell'impulso. I laser QCW possono funzionare simultaneamente in modalità continua e a impulsi ad alta potenza di picco. A differenza dei tradizionali laser a onda continua (CW), i laser a onda quasi continua (QCW) mantengono sempre la stessa potenza di picco e media sia in modalità CW che CW/modulazione. Al contrario, la potenza di picco di un laser QCW in modalità pulsata è 10 volte superiore alla sua potenza media.
Ciò consente quindi la generazione di impulsi ad alta energia di microsecondi e millisecondi a frequenze di ripetizione che vanno da decine di hertz a kilohertz, raggiungendo una potenza media e di picco di kilowatt.
Vantaggi delle apparecchiature di saldatura laser nelle batterie di accumulo di energia:
1. Il processo di saldatura è senza contatto, riducendo al minimo le sollecitazioni interne sulle nervature di saldatura.
2. Il processo di saldatura non produce traboccamenti o rilasci di sostanze, prevenendo così l'inquinamento secondario.
3. La saldatura presenta elevata resistenza e tenuta all'aria, soddisfacendo i requisiti funzionali.
4. La saldatura laser può saldare materiali diversi, compresi materiali a membrana e materiali dissimili.
5. La saldatura laser è facilmente integrabile nei sistemi automatizzati e può essere implementata in modo sincrono in base alle esigenze di capacità produttiva, con conseguente elevata efficienza e basso stress interno.
6. La saldatura laser prevede strutture semplici e pratiche, riducendo la complessità delle strutture degli stampi.
7. Il processo di saldatura può essere monitorato in modo digitale e intelligente, soddisfacendo l'esigenza di visualizzazione dei dati.
8. Questo tipo di processo di saldatura può essere efficacemente integrato nelle linee di produzione automatizzate, soddisfacendo le esigenze della produzione di massa e ottenendo una produzione ad alta efficienza con bassi consumi.
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