Dans le domaine de la fabrication de batteries de véhicules électriques (EV), le soudage au laser est une technologie fondamentale qui offre une haute précision, une fiabilité et une efficacité dans la connexion des cellules et des barres de batterie. Le soudage au laser peut produire des cellules et des composants de la batterie de qualité cohérente et permettre des conceptions de batteries EV plus complexes et plus performantes. Cependant, pour utiliser pleinement les avantages indéniables du soudage au laser, certains facteurs clés doivent être pris en compte avant le début de la production de batterie, des outils à l'assurance qualité (QA).
Sélectionner la méthode de serrage
Il existe deux approches de base de la conception des outils pour appuyer des barres de bus ou des plaques de collecteur sur les bornes cellulaires: masque de soudure ou serrage unique. Le choix de ces deux méthodes de serrage a un impact important sur l'efficacité de la production et l'adaptabilité.
Le masquage de la soudure fournit la vitesse et l'efficacité en serrant la barre de bus à plusieurs cellules simultanément, mais l'inconvénient est que les tolérances dimensionnelles doivent être plus serrées pour assurer un contact de bar à cellule adéquat sur une grande surface. En revanche, le serrage d'une seule cellule peut s'adapter à de plus grandes variations de l'agencement cellulaire ou de la géométrie, simplifiant la production et réduisant les coûts. Cependant, cette flexibilité se fait au prix de la vitesse. Le soudage au laser peut fournir des vitesses de soudage de bar à cellule élevées, dépassant parfois une douzaine de cellules par seconde, mais les méthodes de serrage plus lentes limitent les vitesses de soudage.
Assurer un positionnement précis de l'unité
Le soudage au laser est un processus exceptionnellement précis et le positionnement des cellules de la batterie doit être cohérent et précis pour assurer des soudures uniformes. Les variations de la disposition des cellules dans la batterie peuvent entraîner des soudures mal alignées ou une pénétration insuffisante des soudures, compromettant l'intégrité structurelle. Les conceptions de porte-cellules plus strictes réduisent généralement les variations de la position des cellules, mais peuvent présenter un risque de sur-compression et de dommages cellulaires pendant l'installation. L'optimisation de la conception de la batterie et la minimisation des lacunes à l'aide de guides d'alignement améliore l'accessibilité et la qualité de la soudure.
La conception de bus ne concerne pas seulement les performances
La conception d'une barre de barre ou d'un collecteur de courant efficace est plus que l'optimisation des performances électriques. L'épaisseur détermine la rigidité et la flexibilité, et des facteurs tels que l'épaisseur ont un impact sur l'outillage et les paramètres laser optimaux. Les bus plus épais, généralement utilisés dans les cellules prismatiques, transportent un courant efficace mais sont difficiles à plier pour entrer en contact avec les bornes de la batterie. De plus, les matériaux plus épais augmentent le temps de pénétration du laser.
Le matériau de barre de barre est une considération particulière lors de la conception de barres de batterie EV. Le cuivre est depuis longtemps un matériau de choix pour les bus et autres fonctions de batterie EV en raison de sa bonne conductivité électrique. Cependant, l'aluminium gagne en popularité comme alternative aux bus en cuivre en raison de ses bonnes propriétés électriques tout en réduisant le poids de la batterie. Les bus en aluminium sont généralement la moitié du poids des bus en cuivre.
Heureusement, les lasers conçus spécifiquement pour le soudage de la batterie EV peuvent maintenir des vitesses de soudage élevées et une excellente qualité de soudure pour une large gamme de conceptions et de matériaux de barres. Les lasers de soudage à la batterie fournissent généralement un faisceau très concentré avec une qualité de la faisceau de route, permettant une pénétration rapide de la soudure sans grande zone touchée par la chaleur.
Planification des exigences d'élimination des batteries
Avec des millions, sinon des milliards, des soudures de bar à cellule étant fabriquées par les fabricants de batteries EV chaque année, une automatisation efficace est essentielle. Il existe de nombreux facteurs qui entraînent la conception de la batterie, mais l'emplacement des bornes dans une cellule cylindrique en est un bon exemple.
Les cellules cylindriques peuvent être conçues avec les bornes positives et négatives sur le dessus, ou avec le terminal positif sur le dessus et le terminal négatif en bas. Le choix de ces deux conceptions détermine la vitesse de production et la complexité. La conception traditionnelle supérieure / inférieure simplifie la conception de barreaux mais nécessite une étape de manutention des cellules supplémentaire pour retourner l'assemblage pour la deuxième soudure. Avec l'introduction de la cellule 4680, la conception de haut / haut est devenue plus courante, ce qui permet des cycles de production plus rapides et moins de manipulation de cellules, mais nécessite un placement de soudure précis dans des tolérances étroites, ainsi que des conceptions de barres plus complexes.
Indépendamment des exigences de conception ou de soudage de la batterie, le soudage au laser est très adapté à l'automatisation. Un système de soudage laser à batterie de véhicules électriques efficace peut répondre aux exigences de diverses étapes de production de la R&D à la production de masse et peut répondre aux exigences de la manipulation des moisissures et des batteries.
Incorporer un processus d'assurance qualité robuste
Le soudage au laser est un processus très stable et reproductible lorsque les cellules entrantes ont une qualité de surface et des tolérances cohérentes. Cependant, s'il existe des variations inattendues des caractéristiques dimensionnelles ou positionnelles, les défaillances de soudure peuvent en résulter. Les soudures défectueuses peuvent entraîner des retouches ou des déchets coûteux, et dans le pire des cas, une défaillance catastrophique du produit final. Par conséquent, il est nécessaire de mesurer et de tester avec précision et efficience chaque soudure de bar à terminal.
Les tests destructeurs donnent des résultats précis mais sont coûteux et ne mesurent pas chaque soudure. Des méthodes telles que les photodiodes mesurent chaque soudure au fur et à mesure de sa progression, mais ne fournissent que des mesures indirectes avec des résultats sous-optimaux. Les fabricants de batteries EV se tournent de plus en plus vers la mesure de la soudure en temps réel. La mesure de la soudure en temps réel mesure les facteurs critiques tels que la profondeur de soudure directement pendant le processus de soudage, fournissant des données très précises comparables aux tests destructeurs. De plus, la tendance des données de mesure de la soudure peut détecter la dérive de processus, aidant les fabricants de batteries à prévenir les soudures inacceptables à l'avenir.
