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激光焊接机工艺在动力电池和超级电容器行业中的应用

文章源自:www.sqyrb.cn关键词:激光焊接机人气:时间:2019-11-30 19:59:13

为了缓解日益严重的能源危机和大气污染问题,中国与美国,日本和德国一样,正致力于促进新能源汽车产业链的发展,并将其作为国家战略的重点产业。 国家新能源汽车技术发展“十二五”规划已将电动汽车作为中国汽车未来发展的主要方向之一。  2015年,中国新能源汽车保有量计划将达到100万辆,动力电池容量约为100100兆瓦时。 到2020年,新能源汽车的年销量将达到200万辆。

 

电池可靠性,高成本以及新能源汽车的生产能力不足的问题是全球性的问题。 现有电池技术的可靠性和稳定性不足,产品的循环寿命不长。 这些因素已长期影响新能源汽车。 的发展。 近年来,大型汽车制造商在新能源汽车上投入了巨大的研发成本,并取得了长足的进步。 可以预见,未来十年将是新能源汽车爆发式增长的十年。

 

大亚激光与电池制造商密切合作,共同开发汽车动力电池的激光焊接技术,并取得了长足的进步。 到目前为止,它已经为数百家国内动力电池制造商设计和制造了全自动或半自动激光焊接生产线,并获得了非常丰富的实践经验。

 

 

一,动力电池主要部件激光焊接

 

动力电池根据其外观可以分为方形,圆柱形和软包装电池三种类型(见图1)。 外壳的材料主要是铝和不锈钢,但是铝是主要材料,其中1000系列和3000系列更多。

 

 

普通动力电池外观

图1普通动力电池外观
 

目前,三种类型的电池都用于家用电动汽车:例如,比亚迪E6和K9电动汽车使用方形电池; 杭州万向的一些电动汽车制造商使用电池组作为软包装电池; 上汽的某些电动车型使用美国A123公司的圆形电池。 三种类型的电池具有不同的自动激光焊接系统和过程。 总体而言,方形电池占多数。

 

各种电池的激光焊接零件主要有四种类型:外壳的包装,分为顶盖,底盖和侧面焊接,顶盖防爆板和安全盖焊接,密封钉(也称为注液)  )端口)焊接,电池芯接线片和顶盖的焊接。 另外,超级电容器的焊接主要基于连接接线片和负极密封件的焊接。 各种动力电池和超级电容器的焊接部件如图2所示。

 

 

激光焊接各种电池的焊接零件

  图2激光焊接各种电池的焊接零件

 

 

二、动力电池的焊接困难点

 

通常,外壳的厚度要求小于1.0毫米。 目前,主流厂商根据电池容量主要使用两种厚度:0.6mm和0.8mm。 焊接方法主要分为侧面焊接和顶部焊接。 侧面焊接的主要优点是对电池内部的冲击很小,并且飞溅物不易进入盖的内部。 因为焊接可能会引起隆起,这会稍微影响后续过程的组装,所以侧面焊接过程对激光的稳定性,材料的清洁度以及顶盖和外壳之间的间隙有更高的要求。 顶部焊接工艺由于是一侧焊接,因此可以使用更高效的振镜扫描焊接方法,但是它对前一过程的壳体和位置有很高的要求,并且对设备自动化也有很高的要求。

 

 

目前,铝壳电池占整个动力电池的90%以上。 铝的激光焊接更加困难,它将面临凸面,气孔,爆炸和气泡的问题。 表面隆起,气孔和内部气泡是激光焊接的致命伤害。 由于这些原因,许多应用程序必须停止或尝试避免它们。 许多电池制造商会在研发的早期阶段对此担心。 主要原因是所使用的纤芯直径太小或激光能量设置得太高。 还有许多导致爆炸(也称为飞溅)的因素,例如材料的清洁度,材料本身的纯度以及材料本身的特性。 决定性因素是激光器的稳定性。 在动力电池焊接中,焊接工艺技术人员将根据客户电池的材料,形状,厚度,拉力要求选择合适的激光和焊接工艺参数,包括焊接速度,波形,峰值,焊头倾斜角度等 设置合理的焊接工艺参数,以确保最终的焊接效果满足动力电池制造商的要求。

 

由于进料的准确性等因素,方形电池在焊接过程中最容易出现转角问题。 您需要根据实际情况不断探索。 调整焊接速度可以解决这些问题。 圆形电池没有这个问题,但是随后集成到电池模块中比较困难。

 

动力电池激光自动焊接系统简介

动力电池激光自动焊接系统简介

 

图3是方形动力电池全自动激光焊接线,包括两条以焊接,泄漏检测,短路检测和编码标记为主要功能的生产线。 生产能力≥16PPM,焊接强度高于6kgf /c㎡。

 

该系统可以完成电池的激光焊接,气密性测试,短路测试,电池标记,不合格产品的自动剔除以及其他相关程序。

 

激光焊接部分由激光,激光焊接头,XYZ三轴运动控制轴,旋转机构,电池夹(压力和校正夹),装卸机器人等组成。其主要功能是将电池从 组装线进入焊接工作台进行焊接操作,焊接后将其置于回水线上。

 

气密性和短路测试部分由气密性测试组件,短路测试组件,内部流水线输送系统,装载机械手的检测,装载机械手的检测等组成。其主要功能是在组装后焊接电池夹 在装配线上。 将其固定在内部装配线输送系统上,然后依次进行定位,气密性和短路相关测试。 测试完成后,好的产品将返回主流水线,有缺陷的产品将被移至废纸箱。 检漏部分采用电极和盖子的三边测试功能。

 

打标部分由激光打标机,抓握定位机构等组成,其主要功能是对焊接后的产品进行打标。 可用于金属产品(包括铝)的正压检测,带有12位数字加字母代码(包括三位字母代码),9位代码的高速标记的短路测试以及8 * 8 二维码。

 

流水线由流水线双速链条,夹具托盘,定位缸,分断缸等组成。其主要功能是将电池驱动到相应位置,便于焊接和检查,并具有一定的储料功能 。

 

图4是一种方形电池顶盖的半自动生产线,焊接工作台部分采用工业PLC控制,可焊接电池范围为H:130-300mm、W:110-250mm、T:20--50mm,焊接图形轨迹为平面矩形,焊接过程自动化。

 

该系统可配合环形输送线用于电池顶盖与壳体自动激光密封焊接,其中顶盖和壳体材料为不锈钢或铝合金。焊接参数可以通过操作界面进行设定,焊接完后确保焊缝无渗漏,焊接完后符合耐压测试要求,不会对电池周围部件形成破坏或者损伤,且具备自动和手动两种功能。

 

 

方形动力电池顶盖自动激光焊接线

图4   方形动力电池顶盖自动激光焊接线

 

 

四、总结

 

通过高效,精确的激光焊接,可以大大提高汽车动力电池的安全性,可靠性和使用寿命,这必将为未来的汽车动力技术带来革命性的进步。 动力电池的激光焊接零件很多,具有耐压和泄漏测试的要求。 大多数材料是铝,因此焊接困难并且焊接工艺要求更高。 将来,大多数制造商将需要全自动生产线,这将进一步增加焊接系统的集成难度。 高质量动力电池需要制造商的设计人员与激光焊接技术人员密切合作,以在材料,形状,厚度,工艺,实时检查等方面优化设计,以实现所需的焊接效果 。

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