Aplicación de la soldadura láser en líneas de montaje de baterías de almacenamiento de energía
Desde la fabricación de celdas de baterías de almacenamiento de energía hasta el ensamblaje de paquetes de baterías, la soldadura es un proceso de fabricación crucial. La conductividad, la resistencia, la hermeticidad, la fatiga del metal y la resistencia a la corrosión de las baterías de litio son estándares de evaluación típicos para la calidad de la soldadura de baterías. La selección de los métodos y procesos de soldadura afecta directamente el costo, la calidad, la seguridad y la consistencia de la batería.
Entre varios métodos de soldadura, la soldadura láser se destaca por las siguientes ventajas: En primer lugar, la soldadura láser tiene una alta densidad de energía, una pequeña deformación de soldadura y una pequeña zona afectada por el calor, lo que puede mejorar eficazmente la precisión de las piezas, lo que da como resultado soldaduras suaves, libres de impurezas, uniformes y densas sin la necesidad de pulido adicional.
En segundo lugar, la soldadura láser se puede controlar con precisión, con un punto focal pequeño y un posicionamiento de alta precisión. En combinación con brazos robóticos, es fácil de automatizar, lo que mejora la eficiencia de la soldadura, reduce el tiempo de trabajo y los costos. Además, al soldar con láser placas delgadas o alambres de diámetro fino, no es tan propenso a la refusión como con la soldadura por arco.
Los principales métodos de soldadura para baterías de almacenamiento de energía incluyen la soldadura por ola, la soldadura ultrasónica, la soldadura láser y la soldadura láser de metales diferentes, siendo actualmente la soldadura láser el método más común.
Métodos de soldadura de baterías de almacenamiento de energía:
① Soldadura por ola
:Esencialmente una combinación de soldadura ultrasónica y soldadura láser;
② Soldadura ultrasónica
:Este método es fácil de utilizar, pero requiere más espacio, lo que resulta en una menor eficiencia de ensamblaje del módulo;
③ Soldadura láser
:Actualmente es el método más utilizado, pero con ligeras diferencias estructurales;
④ Soldadura láser de metales diferentes
:Este método de soldadura también tiene una alta eficiencia de ensamblaje y una rápida velocidad de producción.
¿Qué es la soldadura láser?
La soldadura láser utiliza un sistema óptico para enfocar un haz láser de alta densidad energética como fuente de calor en un área muy pequeña, creando una zona de calor altamente concentrada en el punto de soldadura en un tiempo muy breve. Esto funde los materiales a soldar, formando un punto o cordón de soldadura resistente.
La soldadura láser es un nuevo método de soldadura en rápido desarrollo. Ofrece varias ventajas: una zona afectada por el calor más pequeña, puntos de soldadura más pequeños, mayor precisión dimensional y una soldadura sin contacto que no requiere fuerza externa, lo que resulta en una deformación mínima del producto, alta calidad de la soldadura, alta eficiencia y facilidad de automatización.
Las baterías suelen incorporar diversos materiales, como acero, aluminio, cobre y níquel. Estos metales pueden utilizarse para formar electrodos, cables o carcasas. Por lo tanto, la soldadura entre uno o varios materiales exige mucho del proceso.
La ventaja de la soldadura láser radica en su capacidad de soldar una amplia gama de materiales, permitiendo la soldadura entre diferentes materiales.
Tipos de soldadura láser
La soldadura láser incluye la soldadura por conducción térmica y la soldadura por penetración profunda. La principal diferencia entre ambas radica en la densidad de potencia aplicada a la superficie del metal por unidad de tiempo; cada metal tiene valores críticos diferentes.
Tres láseres de uso común para la soldadura láser de baterías de almacenamiento de energía
Las baterías de almacenamiento de energía son un sistema integrado que consta de dispositivos de almacenamiento de energía de batería (desde componentes individuales → módulos de paquete de baterías → gabinetes de baterías → unidades de almacenamiento de energía de batería → equipos de almacenamiento de energía de batería), PCS (sistema de control de potencia) y componentes de filtrado.
En el campo de la soldadura láser para baterías de almacenamiento de energía, los láseres más utilizados son los láseres pulsados, los láseres continuos y los láseres cuasi continuos.
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Láseres pulsados
: Láseres YAG, láseres MOPA;
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Láseres continuos
:Láseres semiconductores continuos, láseres de fibra continua;
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Láseres cuasi-continuos
:Serie láser QCW.
Estos láseres se pueden entender de la siguiente manera: martillar una chincheta de un solo golpe es un proceso pulsado; presionar la chincheta directamente con la mano es continuo; perforar de forma continua durante 10 segundos, descansar un segundo, luego perforar de forma continua durante otros 10 segundos, luego descansar un segundo, es casi continuo.
Láseres pulsados
Se refieren a láseres con una duración de pulso inferior a 0,25 segundos, que operan una sola vez a intervalos regulares. Tienen una alta potencia de salida y son adecuados para marcado, corte y medición de distancias láser.
Los láseres pulsados comunes incluyen láseres de estado sólido, como los láseres de granate de itrio y aluminio (YAG), los láseres de rubí y los láseres de vidrio de neodimio, así como los láseres moleculares de nitrógeno y los láseres excimer. Los láseres pulsados se basan en el principio del láser YAG, con una alta energía de pulso único y un alto consumo de energía, lo que requiere la sustitución regular de consumibles, como lámparas de xenón, y un enfriador.
Estos láseres son muy avanzados, con costos unitarios relativamente bajos, y actualmente son los más utilizados para la soldadura de metales. Sin embargo, debido a las limitaciones tecnológicas basadas en el principio del láser YAG, la industria en su conjunto no puede alcanzar actualmente una potencia láser muy alta. La eficiencia de conversión electroóptica no es alta (alrededor del 13%).
Láseres de onda continua
Son láseres que emiten luz continuamente, lo que significa que tienen un estado operativo estable, es decir, un estado estacionario. En un láser de onda continua, el número de partículas en cada nivel de energía y el campo de radiación dentro de la cavidad tienen una distribución estable.
La característica operativa de los láseres de onda continua es que la excitación del medio de trabajo y la correspondiente salida láser pueden continuar de forma continua durante un período relativamente largo. Los láseres de estado sólido excitados por fuentes de luz continua, así como los láseres de gas y los láseres semiconductores que funcionan mediante excitación eléctrica continua, pertenecen a esta categoría.
Dado que el sobrecalentamiento suele ser inevitable durante el funcionamiento continuo, la mayoría requiere medidas de enfriamiento adecuadas.
Los láseres de onda continua se basan en el principio de los láseres de fibra YLP. Gracias a su capacidad para emitir luz de forma continua a una potencia constante (cuando los puntos de emisión láser son suficientemente rápidos y numerosos, se conectan en línea), la energía láser de salida es constante, la estabilidad del láser es muy buena, el patrón del haz es excelente y la eficiencia de conversión electroóptica es muy alta (alrededor del 30%).
ACEY tipo pórtico
máquina de soldadura láser con galvanómetro continuo
Utiliza el láser de fibra de tecnología internacional como fuente láser. En combinación con la máquina herramienta de pórtico, desarrollada, diseñada y fabricada por nuestra empresa, ofrece una excelente rigidez y estabilidad. Funciona con una transmisión de carril guía de precisión y está equipada con un servomotor de alta respuesta, altamente preciso y rápido. Es ideal para soldar cobre, aluminio, hierro, níquel o sus aleaciones, y especialmente para soldar barras colectoras de aluminio o conexiones de níquel a baterías cuadradas.
Láseres de onda cuasi continua (QCW)
Los láseres de onda corta (QCW), también llamados láseres de pulso largo, producen pulsos del orden de milisegundos con un ciclo de trabajo del 10 %. Esto permite que la luz pulsada tenga una potencia pico diez veces superior a la de la luz continua, lo cual resulta muy ventajoso para aplicaciones como la perforación. La frecuencia de repetición se puede modular hasta 500 Hz, dependiendo del ancho de pulso. Los láseres QCW pueden operar simultáneamente en modo de pulso continuo y de alta potencia pico. A diferencia de los láseres tradicionales de onda continua (CW), los láseres de onda cuasicontinua (QCW) mantienen siempre la misma potencia pico y media tanto en modo CW como en modo CW/modulación. Por el contrario, la potencia pico de un láser QCW en modo pulsado es diez veces superior a su potencia media.
Por lo tanto, esto permite la generación de pulsos de microsegundos y milisegundos de alta energía a frecuencias de repetición que van desde decenas de hercios a kilohercios, logrando una potencia promedio y máxima de kilovatios.
Ventajas de los equipos de soldadura láser en baterías de almacenamiento de energía:
1. El proceso de soldadura es sin contacto, lo que minimiza la tensión interna en las nervaduras de soldadura.
2. El proceso de soldadura no produce ningún desbordamiento ni liberación de sustancias, evitando la contaminación secundaria.
3. La soldadura tiene alta resistencia y hermeticidad, cumpliendo con los requisitos funcionales.
4. La soldadura láser puede soldar diferentes materiales, incluidos materiales de membrana y materiales diferentes.
5. La soldadura láser se integra fácilmente en sistemas automatizados y se puede implementar de forma sincrónica según las necesidades de capacidad de producción, lo que da como resultado una alta eficiencia y una baja tensión interna.
6. La soldadura láser implica estructuras simples y convenientes, reduciendo la complejidad de las estructuras del molde.
7. El proceso de soldadura se puede monitorear de forma digital e inteligente, satisfaciendo la necesidad de visualización de datos.
8. Este tipo de proceso de soldadura se puede integrar eficazmente con líneas de producción automatizadas, satisfaciendo las necesidades de producción en masa y logrando una producción de alta eficiencia con bajo consumo.
Acey Nueva Energía
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