エネルギー貯蔵電池セルの製造からグループ化された電池パックに至るまで、溶接は非常に重要な製造プロセスであり、リチウム電池の導電性、強度、気密性、金属疲労、耐食性が典型的な電池の溶接品質評価基準です。 溶接方法と溶接プロセスの選択は、バッテリーのコスト、品質、安全性、バッテリーの一貫性に直接影響します。
多くの溶接法の中で、レーザー溶接は次の利点で際立っています。まず、レーザー溶接はエネルギー密度が高く、溶接変形が小さく、熱影響部が小さいため、部品の精度を効果的に向上させることができ、溶接シームが滑らかです。不純物がなく、均一で緻密であり、追加の粉砕作業は必要ありません。
第二に、レーザー溶接は正確に制御でき、焦点スポットが小さく、位置決めが高精度であり、ロボットアームを使用すると自動化が容易で、溶接効率が向上し、工数が削減され、コストが削減されます。 また、薄板や細線のレーザー溶接は、溶け戻りトラブルによりアーク溶接ほど容易ではありません。
蓄電池の溶接方法には主にウェーブソルダリング、超音波溶接、レーザー溶接、異種金属レーザー溶接などがありますが、現在レーザー溶接が最も主流となっています。
エネルギー貯蔵電池
蓄電池の溶接方法：
- ウェーブ溶接: 基本的に超音波溶接とレーザー溶接の組み合わせ。
- 超音波溶接: このプログラムの利点は簡単な溶接ですが、より多くのスペースを必要とするため、グループ内のモジュールの体積効率が低くなります。
- レーザー溶接: このプログラムは現在最も広く使用されていますが、構造は若干異なります。
- 異種金属レーザー溶接：このグループ化溶接方法も非常に効率的で、生産速度が速いです。
レーザー溶接とは何ですか?
レーザー溶接は光学システムを介して行われ、高エネルギー密度のレーザービームを熱源として使用し、レーザービームは非常に短時間で非常に狭い領域に焦点を合わせ、溶接箇所に溶接を形成します。非常に集中したエネルギー熱源領域により、溶接材料が溶け、固体の溶接または溶接シームが形成されます。
レーザー溶接は新しいタイプの溶接方法であり、現在高速開発段階にあります。 レーザー溶接を使用すると、ワークピースの熱影響範囲が小さくなります。 溶接継手が小さく、溶接寸法精度が高い。 溶接方法は非接触溶接であり、外力が不要で、製品の変形が小さく、溶接品質が高く、効率が高く、自動生産を実現するのが簡単です。
蓄電池用レーザー溶接装置
電池の構造には、通常、鋼、アルミニウム、銅、ニッケルなどのさまざまな材料が含まれています。これらの金属は、電極、ワイヤ、シェルなどに加工されるため、溶接間の材料であっても、さまざまな材料であっても、 、溶接プロセスでは高い要件が要求されます。
レーザー溶接プロセスの利点は、溶接できる材料の範囲が広いことと、異なる材料間を溶接できることです。
レーザー溶接の種類
レーザー溶接にはレーザー熱伝導溶接とレーザー深融着溶接があります。 熱伝導溶接と深溶融溶接の主な違いは、単位時間あたりに金属表面に適用される電力密度であり、金属ごとに異なるしきい値があります。
エネルギー貯蔵電池のレーザー溶接に一般的に使用される 3 つの主要なレーザー
エネルギー貯蔵電池は、電池貯蔵装置（単一コンポーネント→電池パックモジュール→電池キャビネット→電池貯蔵ユニット→電池貯蔵装置）、PCS、およびフィルタリングリンクで構成される全体です。
蓄電池レーザー溶接分野では、現在最もパルスレーザー、連続レーザー、準連続レーザーが使用されています。
パルスレーザー:YAGレーザー、MOPAレーザー;
連続レーザー: 連続半導体レーザー、連続ファイバーレーザー;
準連続レーザー：QCWレーザーシリーズ。
これらのレーザーについては、次のように理解できます。ハンマーを使用してパルスされたペグを 1 つずつ打ちます。 ペグを手で直接押し込みます。これは継続的に行われます。 穴をあけるとき、ドリルビットは 10 秒間連続して穴あけし、1 秒間停止し、次に再び 10 秒間連続して穴あけし、さらに 1 秒間停止します。これを準連続と呼びます。
パルスレーザーとは、1回のレーザーのパルス幅が0.25秒以下で、一定時間に1回だけ動作するレーザーのことで、出力が大きく、レーザーマーキング、切断、測距などに適しています。の上。
クライラス-1064nmパルスレーザー
一般的なパルスレーザーとしては、固体レーザーの中でもイットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG）レーザー、ルビーレーザー、ネオジムガラスレーザー、窒素分子レーザー、エキシマレーザーなどが挙げられます。 パルスレーザーはYAGレーザーの原理に基づいており、シングルパルスエネルギーが高く消費電力が大きいため、キセノンランプなどの消耗品を定期的に交換する必要があり、チラーを装備する必要があります。
1550nmパルスレーザー
このタイプのレーザーは非常に成熟したレーザーであり、単一の機械のコストは比較的低く、YAG レーザーの原理に基づいて業界全体が技術的な制限を受けているため、現在レーザーの金属溶接に最も広く使用されています。レーザー出力の制限条件はあまり大きくすることができず、従来の一般的な500W以内、国内最高の1,000W、電気光変換効率は高くありません（約13％） 。 電気光変換効率は高くありません (約 13%)。
パルスレーザー
連続レーザーは、光を連続的に生成するレーザー、つまり安定した動作状態、つまり定常状態を有するレーザーです。 連続レーザーの各エネルギーレベルの粒子数とキャビティ内の放射場は安定した分布を持っています。
その作業は、加工材料の励起とそれに対応するレーザー出力によって特徴付けられ、長期間にわたって連続的に実行できます。 連続光源によって励起される固体レーザーや、連続電気励起によって動作するガスレーザーや半導体レーザーがこのカテゴリーに属します。
連続レーザー
連続稼働中はデバイスの過熱が避けられないことが多いため、ほとんどのデバイスでは適切な冷却対策が必要です。
連続レーザーは、YLP ファイバーレーザーの原理に基づいています。なぜなら、一定のパワーで連続的に光を放射することができ (レーザーが十分な速度で十分な数の光を放射する場合、レーザーはラインに接続されます)、出力レーザーエネルギーは一定であり、レーザーの安定性は非常に良好で、スポットパターンも非常に良好で、電気光変換効率も非常に高くなります (約 30%)。
連続レーザー
準連続レーザー (QCW) は長パルス レーザーとも呼ばれ、デューティ サイクル 10% でミリ秒程度のパルスを生成します。 これにより、パルス光のピークパワーは連続光の 10 倍以上となり、穴あけなどの用途に非常に有利です。 パルス幅に応じて、繰り返し周波数は最大 500 Hz まで変調できます。 QCW レーザーは、連続モードと高ピーク出力パルス モードの両方で動作できます。
準連続体レーザー
CW モードと CW/変調モードの両方でピーク パワーと平均パワーが常に同じである従来の連続 (CW) レーザーとは異なり、QCW レーザーはパルス モードで平均パワーの最大 10 倍のピーク パワーを供給します。
したがって、これにより、数十ヘルツから数千ヘルツの繰り返し周波数で高エネルギーのマイクロ秒およびミリ秒パルスの生成が可能になり、数キロワットの平均およびピーク電力を実現できます。
準連続体レーザー
エネルギー貯蔵電池溶接におけるレーザー溶接装置の利点:
- 溶接プロセスは非接触溶接であり、溶接バーの内部応力が最小限に抑えられます。
- 溶接プロセスでは他の流出物やその他の放出物質が発生しないため、二次汚染が防止されます。
- 高強度かつ気密性の高い溶接により、機能的なニーズを満たすことができます。
- レーザー溶接は、異なる物質間の溶接に対応でき、膜材料も実現でき、異種物質間の接続技術も実現できます。
- レーザー溶接は自動化の統合に便利で、能力のニーズに応じてレーザー溶接プロセスプログラムを同期して行うこともでき、効率が高く、溶接の内部応力が小さいです。
- レーザー溶接にはシンプルで便利な構造が含まれており、金型構造の難易度が軽減されます。
- 溶接プロセスはデジタルインテリジェントモニタリングを実現し、溶接プロセスデータの視覚化のニーズを満たすことができます。
- この種の溶接プロセス ソリューションは、自動生産ラインと効果的に統合して、大量生産プログラムのニーズを満たし、効率的な生産、低消費電力、その他の特性を実現できます。
リチウム電池パック生産ラインにおけるレーザー溶接のキーテクノロジー
リチウム電池レーザー溶接機バッテリーモジュール自動化生産ライン、一般にコアローディング、スキャン、テスト、洗浄、選別、モジュールスタッキング、スタッキング検出およびモジュール溶接、溶接検出、モジュール放電およびその他のプロセス、材料移送システム、適応システム、ビジョンポジショニングシステム、MES製造実行管理などは、生産ライン全体のキーテクノロジーであると同時に、小ロット、多品種に適応するための重要な生産形態でもあります。
マテリアルトランスファーシステム
コアのロードから最終モジュールのアンロードまで、材料移送全体が材料移送システムを通じて完了します。 材料移送システムは、プロセスの調整ニーズに応じて作業ステーションを柔軟に拡張することもでき、異なる作業ステーション間の移送には人間の操作は必要ありません。 モジュール位置決めプレートには製品サイズ調整機構が付いており、異なるサイズのモジュールのクランプに対応でき、少量多品種生産のニーズに最適です。
適応型システム
バッテリーモジュールの製造プロセスでは、最も一般的なタイプのセルはソフトパック、角型、円筒型です。 さまざまなサイズのセルをさまざまなサイズのモジュールに積み重ねた後、ライン全体の連携を確保するために、すべてのプロセスを適応システムで適応させる必要があります。特に溶接プロセスでは、さまざまなサイズのモジュールにのみ適応して完成させることができます。モジュール PACK プロセス。
アダプティブシステムは多軸組み合わせリンクを採用し、製品加工エリアでの位置決めを実現し、入荷する材料の制限なしに溶接作業を完了して次のプロセスに送信します。
ビジュアルポジショニングシステム
バッテリーセルの溶接面の洗浄、モジュールのマーキング、収束ピースの溶接は通常レーザー加工で完了しますが、バッテリーモジュールの組み立ては寸法公差が大きいことが多く、ギャップ位置のサイズについてレーザー加工の要件を満たすことが困難であり、その結果、加工品質の急激な低下。
ビジョン位置決めシステムの導入により、正確な位置決めの需要を満たすことができ、写真データ取得のビジョンを通じて精度は±0.05mmに達し、入ってくる材料の偏差を制御システムにフィードバックすることができます。高精度な位置決めの加工位置を実現します。
MES製造実行管理システム
MES 製造実行管理システムは、オープンな開発プラットフォームを備えており、システムの基盤となるプラットフォームに基づいて、ユーザーのニーズに応じて迅速かつ機敏な方法で MES プロジェクトの実装と開発を完了でき、人手は指示するだけで済みます。 MES のパラメータ指示に従って作業し、チャートやグラフの形式で包括的な統計と分析を行った後、既存の生産設定情報を改善します。
コアのロードから最終モジュールの排出まで、各プロセスのパラメータ、データ、およびその他の受信情報は、MES システムを通じて迅速にクエリされ、タイムリーに分析できるため、プロセスが実際に制御可能かつ効率的になります。
レーザー溶接プロセスのプロセス データ パッケージは MES システムに直接統合されており、ユーザーの呼び出しと切り替えが容易です。MES システムのセット全体が生産ラインを直接準無人生産ワークショップに変えることができ、手作業の作業者は以下の作業を行うだけで済みます。周囲に資材を補充することで安全性が向上します。
予約された産業用通信インターフェイスを使用すると、ユーザーはリモート監視と管理を実現できるだけでなく、エンタープライズ ERP と効果的にドッキングすることもでき、真にインテリジェントで有益な工場を実現できます。
