01 Sissejuhatus
Ülemaailmse autotööstuse üleminekul elektrifitseerimise suunas määravad akud kui uute energiasõidukite põhiline energiaallikas elektrisõidukite konkurentsivõimet turul nende jõudluse, ohutuse ja kulude kaudu. Toiteakude tootmine on keeruline protsess, mis hõlmab interdistsiplinaarseid teadmisi, sealhulgas materjaliteadust, elektrokeemiat ja täppistehnikat. Kvaliteetne-ühendustehnoloogia on selle protsessi oluline lüli. Traditsioonilised liitmismeetodid, nagu takistuskeevitus ja ultrahelikeevitus, näitavad üha enam piiranguid-, nagu suured termilised efektid, halb konsistents ja kitsad protsessiparameetrite aknad-, kui seisavad silmitsi suure-võimsusega akude automatiseeritud tootmisega ning suure soojusjuhtivusega materjalide, nagu vase ja alumiiniumi, käitlemisega. Laserkeevitustehnoloogia oma suure energiatiheduse, juhitava soojussisendi, kontaktivaba olemuse ja automatiseerimise lihtsusega vastab akutootmise rangetele nõuetele täpsuse, tõhususe ja töökindluse osas ning sellest on saanud kogu töövoo põhiprotsess alates elementide tootmisest kuni akukomplekti kokkupanemiseni. Käesoleva artikli eesmärk on illustreerida laserkeevitustehnoloogia spetsiifilisi rakendusi elektripatareide tootmise erinevatel etappidel ja teha kokkuvõte selle olulisest rollist toitepatareide tööstuse arengu edendamisel.
02 Rakendus akuelementide valmistamise etapis
Akuelement on toiteaku põhiüksus ning selle valmistamise täpsus ja tihendus on aku ohutuse ja jõudluse olulised tagatised. Laserkeevitust kasutatakse peamiselt akuelementide täpseks ühendamiseks ja lõplikuks tihendamiseks. Esiteks, akuelemendi sees olevate elektriliste ühenduste jaoks kasutatakse sakkide keevitamiseks laserkeevitust. Pärast mähkimis- või virnastamisprotsessi lõppu on vaja tugevalt keevitada positiivsete (alumiiniumfoolium) ja negatiivsete (vaskfoolium) elektroodide sakid, mis võivad koosneda kümnetest või isegi sadadest kihtidest, koos voolukollektoritega ning moodustada väliste klemmide või ühendusdetailidega usaldusväärne elektritee, nagu on näidatud joonisel 1. madala takistuse ja suure tugevusega keevispunktide moodustamine. Selle eelis seisneb minimaalses kuumuse{5}}mõjutuses, vältides tõhusalt naaberseparaatorite ja aktiivsete materjalide kuumakahjustusi, säilitades seeläbi akuelemendi elektrokeemilise jõudluse.
Teiseks on akuelementide viimases pakkimisetapis laserkeevitus üks tõhusamaid meetodeid õhutiheduse saavutamiseks. Samal ajal kasutatakse laserkeevitust ülemise kaane ja korpuse ühendamiseks nii neljakandilistel alumiiniumkest akudel kui ka silindrilistel teraskest akudel. Laseri võimsust, kiirust ja fookusasendit täpselt reguleerides saab korpusele moodustada pideva, sujuva ja tiheda keevisõmbluse, mis takistab tõhusalt elektrolüüdi lekkimist ja välise niiskuse sissepääsu, tagades akuelemendi keemilise stabiilsuse kogu selle eluea jooksul. Kotielementide puhul kasutatakse laserkeevitamist ülemise ja külgtihendi protsessides, keevitades väljaulatuvad sakid ühendus- ja kaitsvate üleminekudetailide külge (tavaliselt nikeldatud vask{3}} või alumiinium). Selle mittekontaktne olemus tagab pakkimise tõhususe ja alumiinium-plastkilest pakkematerjali kahjustamata, nagu on näidatud joonisel 2.
03 Akumoodulite ja akupakettide kokkupanemisetapis rakendamine hõlmab üksikute elementide integreerimist moodulitesse ja akupakettidesse, mis nõuab suurt hulka elektriühendusi ja konstruktsioonikinnitust. See on etapp, kus laserkeevitus on kõige kontsentreeritum ja tehniliselt keerulisem. Elektriühenduste osas on põhirakenduseks elementidevaheline jada- ja paralleelkeevitus. Ühendades siinid (tavaliselt alumiinium- või vaskvardad) elemendi klemmidega, konstrueeritakse kogu akuploki elektriskeem.
Selle protsessi raskused seisnevad järgmistes: 1) materjali omadustega seotud väljakutsed-vasel ja alumiiniumil on tavaliselt kasutatavate infrapunalaserite suhtes kõrge peegeldusvõime ja kõrge soojusjuhtivus, mis muudab keevitamise keeruliseks; 2) erinevate materjalide ühendamine, näiteks vasest siinide ja alumiiniumklemmide vaheline ühendus, mis võib moodustada hapraid intermetallilisi ühendeid (IMC), mis mõjutavad ühenduse pikaajalist töökindlust. Nende probleemide lahendamiseks on tööstus välja töötanud täiustatud protsessid, nagu võnkuv laserkeevitus, hübriidkeevitus (nt laser{7}}kaar) ja uute lainepikkusega laserite, nagu rohelised või sinised laserid, kasutamine. Need tehnoloogiad vähendavad tõhusalt selliseid defekte nagu pritsmed ja poorsus ning kontrollivad IMC kihi paksust, laiendades sulabasseini, suurendades segamist ja suurendades energia neeldumist, luues seeläbi elektriühendused. Konstruktsiooniühenduste osas on oluline roll ka laserkeevitusel. Näiteks saab seda kasutada konstruktsioonikomponentide jaoks, nagu mooduli külgplaadid ja elemendid kinnitavad otsaplaadid, samuti aku korpuse ja katte ühendamiseks. Võrreldes traditsiooniliste kruvi- või neetühendustega võib laserkeevitus saavutada suurema integratsiooniastme ja konstruktsioonitugevuse, mis aitab parandada aku vastupidavust vibratsioonile ja löökidele. Lisaks tehakse akuhaldussüsteemide pinge- ja temperatuuriandurite võteahelates üha enam väikeseid keevisõmblusi laserkeevitusega, et tagada signaali võtmise pikaajaline stabiilsus ja usaldusväärsus.
04 Kokkuvõte Laserkeevitustehnoloogia oma suure täpsuse, kiiruse ja töökindlusega on integreeritud toiteakude tootmise igasse etappi. Laserkeevitus mängib asendamatut põhirolli alates mikroskaala lahtrikeevitusest kuni makromõõtmeliste akuploki konstruktsiooniühendusteni, alates õhukindlast pakendist, mis tagab elemendi ohutuse ja lõpetades madala-takistusega elektriühendustega, mis määravad aku jõudlust. See mitte ainult ei lahenda tõhusalt raskesti{4}}keevitavate materjalide, nagu vask ja alumiinium, töötlemisega seotud väljakutseid, täites suuremahulise-automaatse tootmise tõhususe ja järjepidevuse nõuded, vaid kaitseb keevitussoojuse täpse juhtimise kaudu ka aku elektrokeemilist jõudlust. Laserkeevitustehnoloogia küpsemine ja arendamine on muutunud peamiseks tehnoloogiliseks mootoriks, mis suurendab aku energiatihedust, vähendab tootmiskulusid ja suurendab ohutust, pakkudes tugevat tootmisvundamenti globaalse uute energiasõidukite tööstuse kiireks arenguks.
