Von der Herstellung von Energiespeicherbatteriezellen bis hin zu Batteriepaketen in Gruppen ist Schweißen ein sehr wichtiger Herstellungsprozess. Leitfähigkeit, Festigkeit, Luftdichtheit, Metallermüdung und Korrosionsbeständigkeit von Lithiumbatterien sind typische Qualitätsbewertungskriterien für das Batterieschweißen. Die Wahl der Schweißmethode und des Schweißverfahrens wirkt sich direkt auf die Kosten der Batterie, die Qualität, Sicherheit und Konsistenz der Batterie aus.
Unter vielen Schweißverfahren zeichnet sich das Laserschweißen durch folgende Vorteile aus: Erstens weist das Laserschweißen eine hohe Energiedichte, eine geringe Schweißverformung und eine kleine Wärmeeinflusszone auf, wodurch die Präzision der Teile effektiv verbessert werden kann und die Schweißnaht glatt ist. frei von Verunreinigungen, gleichmäßig und dicht, ohne zusätzliche Schleifarbeiten;
Zweitens kann das Laserschweißen genau gesteuert werden, der Fokuspunkt ist klein und die Positionierung hochpräzise. Mit dem Roboterarm lässt sich die Automatisierung leicht realisieren, die Schweißeffizienz verbessern, die Arbeitsstunden reduzieren und die Kosten senken. Darüber hinaus ist das Laserschweißen von dünnen Blechen oder Drähten mit kleinem Durchmesser aufgrund der Rückschmelzschwierigkeiten nicht so einfach wie das Lichtbogenschweißen.
Zu den Schweißmethoden für Energiespeicherbatterien gehören hauptsächlich Wellenlöten, Ultraschallschweißen, Laserschweißen und Laserschweißen unterschiedlicher Metalle, wobei das Laserschweißen derzeit die gängigsten Schweißmethoden ist.
Energiespeicherbatterie
Schweißmethoden für Energiespeicherbatterien:
- Wellenschweißen: im Wesentlichen eine Kombination aus Ultraschallschweißen und Laserschweißen;
- Ultraschallschweißen: Der Vorteil dieses Programms besteht darin, dass es einfach zu schweißen ist, aber mehr Platz beanspruchen muss und der Wirkungsgrad des Moduls in der Gruppe geringer ist.
- Laserschweißen: Dieses Programm ist derzeit das am weitesten verbreitete, der Aufbau unterscheidet sich jedoch geringfügig.
- Laserschweißen unterschiedlicher Metalle: Diese Schweißmethode in einer Gruppe ist auch sehr effizient und bietet eine schnelle Produktionsgeschwindigkeit.
Was ist Laserschweißen?
Beim Laserschweißen wird durch das optische System die hohe Energiedichte des Laserstrahls als Wärmequelle genutzt. Der Laserstrahl wird in sehr kurzer Zeit auf einen sehr kleinen Bereich fokussiert, sodass an der geschweißten Stelle eine entsteht Hochkonzentrierte Energie im Wärmequellenbereich, so dass das Schweißgut schmilzt und eine feste Schweißnaht bzw. Schweißnaht entsteht.
Beim Laserschweißen handelt es sich um ein neuartiges Schweißverfahren, das sich derzeit im Hochgeschwindigkeits-Entwicklungsstadium befindet. Beim Laserschweißen ist die Wärmeeinflusszone des Werkstücks klein; Die Schweißverbindung ist klein und die Präzision der Schweißgröße ist hoch. Das Schweißverfahren ist berührungsloses Schweißen, es ist keine äußere Kraft erforderlich, die Produktverformung ist gering, die Schweißqualität ist hoch, die Effizienz ist hoch und es ist einfach, die automatisierte Produktion zu realisieren.
Laserschweißgeräte für Energiespeicherbatterien
Die Struktur von Batterien enthält normalerweise eine Vielzahl von Materialien wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Nickel usw. Diese Metalle können zu Elektroden, Drähten oder Schalen verarbeitet werden, unabhängig davon, ob es sich um ein Material oder eine Vielzahl von Materialien zwischen den Schweißstellen handelt Der Schweißprozess stellt hohe Anforderungen.
Der Vorteil des Laserschweißverfahrens liegt in der großen Bandbreite an schweißbaren Materialien und der Möglichkeit, zwischen verschiedenen Materialien zu schweißen.
Arten des Laserschweißens
Zu den Arten des Laserschweißens gehören das Laser-Wärmeleitungsschweißen und das Laser-Tiefschmelzschweißen. Der Hauptunterschied zwischen Wärmeleitungsschweißen und Tiefschmelzschweißen besteht in der pro Zeiteinheit auf die Metalloberfläche ausgeübten Leistungsdichte, die für verschiedene Metalle unterschiedliche Schwellenwerte hat.
Drei Hauptlaser, die üblicherweise zum Laserschweißen von Energiespeicherbatterien verwendet werden
Eine Energiespeicherbatterie ist ein Ganzes, das aus Batteriespeichergeräten (von Einzelkomponente → Batteriepackmodul → Batterieschrank → Batteriespeichereinheit → Batteriespeicherausrüstung), PCS und Filterverbindungen besteht.
Auf dem Gebiet des Laserschweißens mit Energiespeicherbatterie werden derzeit die meisten Pulslaser, Dauerlaser und quasi-kontinuierlichen Laser verwendet.
Gepulster Laser: YAG-Laser, MOPA-Laser;
Kontinuierlicher Laser: kontinuierlicher Halbleiterlaser, kontinuierlicher Faserlaser;
Quasi-kontinuierliche Laser: QCW-Laserserie.
Für diese Laser kann man sie folgendermaßen verstehen: Mit einem Hammer den Stift einzeln einschlagen, was gepulst wird; direktes Eindrücken des Zapfens von Hand, was kontinuierlich erfolgt; Beim Bohren eines Lochs bohrt der Bohrer 10 Sekunden lang ununterbrochen, ruht eine Sekunde lang und bohrt dann erneut 10 Sekunden lang ununterbrochen und ruht eine weitere Sekunde lang, was als quasi-kontinuierlich bezeichnet wird.
Gepulster Laser bezieht sich auf den Laser, dessen einzelne Laserimpulsbreite weniger als 0,25 Sekunden beträgt und der nur einmal in einem bestimmten Zeitintervall arbeitet, der eine große Ausgangsleistung hat und zum Lasermarkieren, Schneiden, Messen usw. geeignet ist An.
Crylas-1064nm gepulster Laser
Zu den gebräuchlichen gepulsten Lasern gehören Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (YAG), Rubinlaser und Neodym-Glaslaser unter den Festkörperlasern sowie Stickstoffmoleküllaser und Excimerlaser. Gepulste Laser basieren auf dem YAG-Laserprinzip mit hoher Einzelpulsenergie und hohem Stromverbrauch, was einen regelmäßigen Austausch von Verbrauchsmaterialien wie Xenonlampen erfordert, die mit einem Kühler ausgestattet sein müssen.
1550 nm gepulster Laser
Bei diesem Lasertyp handelt es sich um einen sehr ausgereiften Laser, dessen Kosten für eine einzelne Maschine relativ gering sind und derzeit auch der am weitesten verbreitete Laser beim Metallschweißen ist, da er auf dem Prinzip des YAG-Lasers basiert und in der gesamten Industrie durch technische Einschränkungen eingeschränkt ist Aufgrund der Einschränkungen kann die Laserleistung nicht sehr groß sein, der herkömmliche liegt im Allgemeinen innerhalb von 500 W, der landesweit höchste von 1,000W, und die elektrooptische Umwandlungseffizienz ist nicht hoch (ca. 13 Prozent). . Der Wirkungsgrad der elektrooptischen Umwandlung ist nicht hoch (ca. 13 Prozent).
Gepulster Laser
Kontinuierlicher Laser ist ein Laser, der kontinuierlich Licht erzeugt, das heißt, er hat einen stabilen Arbeitszustand, das heißt einen stationären Zustand. Die Anzahl der Teilchen in jedem Energieniveau und das Strahlungsfeld im Hohlraum eines kontinuierlichen Lasers weisen eine stabile Verteilung auf.
Seine Arbeit zeichnet sich durch die Anregung des Arbeitsmaterials und die entsprechende Laserleistung aus, die kontinuierlich über einen langen Zeitraum durchgeführt werden kann. Zu dieser Kategorie gehören Festkörperlaser, die durch eine kontinuierliche Lichtquelle angeregt werden, sowie Gaslaser und Halbleiterlaser, die durch kontinuierliche elektrische Anregung betrieben werden.
Kontinuierliche Laser
Da im Dauerbetrieb eine Überhitzung des Gerätes oft unvermeidbar ist, sind in den meisten Fällen entsprechende Kühlmaßnahmen erforderlich.
Kontinuierliche Laser basieren auf dem YLP-Faserlaserprinzip, da sie kontinuierlich Licht mit konstanter Leistung emittieren können (wenn der Laser Licht schnell genug und in ausreichender Anzahl emittiert, ist er an eine Leitung angeschlossen), die abgegebene Laserenergie konstant ist Die Stabilität des Lasers ist sehr gut, das Spotmuster ist ebenfalls sehr gut und auch die Effizienz der elektrooptischen Umwandlung ist sehr hoch (ca. 30 Prozent).
Kontinuierliche Laser
Quasi-kontinuierliche Laser (QCW), auch Langpulslaser genannt, erzeugen Impulse in der Größenordnung von ms mit einem Arbeitszyklus von 10 Prozent. Dadurch erreicht gepulstes Licht eine mehr als zehnmal höhere Spitzenleistung als kontinuierliches Licht, was für Anwendungen wie Bohren sehr günstig ist. Abhängig von der Pulsbreite kann die Folgefrequenz bis zu 500 Hz moduliert werden. QCW-Laser können sowohl im kontinuierlichen als auch im gepulsten Modus mit hoher Spitzenleistung betrieben werden.
Quasi-Kontinuumslaser
Im Gegensatz zu herkömmlichen Dauerlasern (CW), bei denen Spitzen- und Durchschnittsleistung sowohl im CW- als auch im CW-/modulierten Modus immer gleich sind, liefern QCW-Laser im gepulsten Modus bis zu zehnmal mehr Spitzenleistung als die Durchschnittsleistung.
Dies ermöglicht die Erzeugung von Mikrosekunden- und Millisekundenimpulsen mit hohen Energien bei Wiederholfrequenzen von mehreren zehn Hertz bis zu tausenden Hertz und es können Durchschnitts- und Spitzenleistungen von mehreren Kilowatt realisiert werden.
Quasi-Kontinuumslaser
Vorteile von Laserschweißgeräten beim Schweißen von Energiespeicherbatterien:
- Beim Schweißvorgang handelt es sich um ein berührungsloses Schweißen, die Eigenspannung des Schweißvorgangs am Schweißbalken wird auf ein Minimum reduziert;
- Beim Schweißprozess entstehen keine weiteren Verschüttungen und freigesetzten Substanzen, wodurch Sekundärverschmutzung verhindert wird.
- Schweißen mit hoher Festigkeit und Luftdichtheit kann die funktionalen Anforderungen erfüllen;
- Laserschweißen kann das Schweißen zwischen verschiedenen Substanzen ermöglichen, kann auch das Membranmaterial realisieren und kann auch die Verbindungstechnologie zwischen heterogenen Substanzen realisieren;
- Das Laserschweißen ist praktisch für die Automatisierungsintegration und kann auch entsprechend den Kapazitätsanforderungen zur Synchronisierung des Laserschweißprozessprogramms durchgeführt werden. Hohe Effizienz, geringe interne Spannung beim Schweißen.
- Das Laserschweißen erfordert eine einfache und praktische Struktur, wodurch der Schwierigkeitsgrad der Formstruktur verringert wird.
- Der Schweißprozess kann eine digitale intelligente Überwachung erreichen, um die Anforderungen an die Visualisierung der Schweißprozessdaten zu erfüllen.
- Die Art der Schweißprozesslösungen kann effektiv in automatisierte Produktionslinien integriert werden, um die Anforderungen des Massenproduktionsprogramms zu erfüllen und eine effiziente Produktion, einen geringen Verbrauch und andere Eigenschaften zu erreichen.
Die Schlüsseltechnologie des Laserschweißens in der Produktionslinie für Lithiumbatterien
Produktionslinie zur Automatisierung von Lithiumbatterie-Laserschweißmaschinen für Batteriemodule, im Allgemeinen einschließlich Kernladen, Scannen, Testen, Reinigen, Sortieren, Modulstapeln, Stapelerkennung und Modulschweißen, Schweißerkennung, Modulentladung und anderen Prozessen, Materialtransfersystem, adaptives System, Vision Positioning System, MES Manufacturing Execution Management usw. sind die Schlüsseltechnologie in der gesamten Produktionslinie, aber auch eine wichtige Produktionsform zur Anpassung an den technischen Support für kleine Chargen und mehrere Arten.
Materialtransfersystem
Von der Kernbeladung bis zur endgültigen Modulentladung wird der gesamte Materialtransfer über das Materialtransfersystem abgeschlossen. Das Materialtransfersystem kann die Arbeitsstationen auch flexibel entsprechend den Anpassungsanforderungen des Prozesses erweitern, und der Transfer zwischen verschiedenen Arbeitsstationen erfordert keinen menschlichen Eingriff. Die Modulpositionierungsplatte verfügt über einen Mechanismus zur Anpassung der Produktgröße, der an die Klemmung von Modulen unterschiedlicher Größe angepasst werden kann und eignet sich sehr gut für die Anforderungen der Produktion kleiner Stückzahlen und mehrerer Arten.
Adaptives System
Im Produktionsprozess von Batteriemodulen sind Softpack-, Quadrat- und Zylinderzellentypen am häufigsten anzutreffen. Nach dem Stapeln unterschiedlich großer Zellen zu Modulen unterschiedlicher Größe muss jeder Prozess mit einem adaptiven System angepasst werden, um die Verknüpfung der gesamten Linie sicherzustellen, insbesondere beim Schweißprozess, der zur Vervollständigung nur an unterschiedliche Modulgrößen angepasst werden kann Modul PACK-Prozess.
Das adaptive System verwendet eine mehrachsige Kombinationsverbindung, um die Positionspositionierung im Produktverarbeitungsbereich zu implementieren, und schließt die Schweißarbeiten ab und überträgt sie an den nächsten Prozess, ohne dass die eingehenden Materialien eingeschränkt werden.
Visuelles Positionierungssystem
Das Reinigen der Schweißoberfläche der Batteriezelle, das Markieren von Modulen und das Schweißen konvergierender Teile erfolgt normalerweise durch Laserbearbeitung. Bei der Montage von Batteriemodulen treten häufig große Maßtoleranzen auf. Es ist schwierig, die Anforderungen der Laserbearbeitung an die Spaltpositionsgröße zu erfüllen, was zu a führt rapider Rückgang der Verarbeitungsqualität.
Durch die Einführung eines Vision-Positionierungssystems kann die Nachfrage nach einer genauen Positionierung erfüllt werden. Die Genauigkeit kann durch die Vision der Fotodatenerfassung ±0,05 mm erreichen und die eingehende Materialabweichung an das Steuerungssystem zurückmelden um die Bearbeitungsposition einer hochpräzisen Positionierung zu realisieren.
MES Manufacturing Execution Management System
Das MES Manufacturing Execution Management System verfügt über eine offene Entwicklungsplattform, die die Implementierung und Entwicklung des MES-Projekts entsprechend den Anforderungen des Benutzers auf schnelle und agile Weise basierend auf der zugrunde liegenden Plattform des Systems abschließen kann, und die Arbeitskraft muss nur die Führung übernehmen Arbeiten Sie gemäß den Parameteranweisungen des MES und verbessern Sie die vorhandenen Produktionseinstellungsinformationen nach umfassenden Statistiken und Analysen in Form von Diagrammen und Grafiken.
Von der Kernbeladung bis zur endgültigen Modulentladung können die Parameter, Daten und anderen eingehenden Informationen jedes Prozesses schnell abgefragt und zeitnah über das MES-System analysiert werden, was den Prozess wirklich kontrollierbar und effizient macht.
Das Prozessdatenpaket im Laserschweißprozess ist direkt in das MES-System integriert, um Benutzern das Aufrufen und Wechseln zu erleichtern. Das gesamte MES-System kann die Produktionslinie direkt in eine quasi unbemannte Produktionswerkstatt verwandeln, und manuelle Arbeiter müssen dies nur tun Füllen Sie die Materialien in der Peripherie auf, was die Sicherheit verbessert.
Mit der reservierten industriellen Kommunikationsschnittstelle können Benutzer nicht nur eine Fernüberwachung und -verwaltung realisieren, sondern auch effektiv an das Unternehmens-ERP andocken und so eine wirklich intelligente und informative Fabrik realisieren.
