În prezent, la construcția autovehiculelor electrice se utilizează aproape în exclusivitate bateriile cu litiu-ion, pe bază de electrolit. Până acum, combinațiile alternative, precum bateriile cu stare solidă sau alte componente chimice, nu au atins standardul necesar pentru utilizarea industrială.
Producerea bateriilor cu litiu-ion este un proces complex și foarte sensibil, care presupune costuri de material și de energie foarte ridicate. De aceea, procesul de fabricare trebuie să fie foarte eficient, cu un număr mare de piese și o cantitate redusă de rebuturi. Cel mai important obiectiv al industriei bateriilor este acela de a genera o densitate mare a energiei gravimetrice (Wh/kg)și, astfel, un kilometraj ridicat (o rază mare de acțiune), ceea ce se reflectă direct în autonomia autovehiculului electric. În plus, celulele de baterii sunt proiectate și construite în așa fel încât să îndeplinească cerințele industriei auto în ce privește siguranța, performanța și durata de viață.& Laserul oferă avantaje inegalabile în domeniul siguranței procesului, al preciziei și al randamentului.
În domeniul mobilității electrice, se utilizează trei tipuri, respectiv trei formate de baterii cu litiu-ion. Principiul de funcționare al tuturor tipurilor este, în esență, același. Diferențele principale se remarcă în structură, cerințe și materialele folosite.
Îmbinarea celulelor individuale în module sau ansambluri se realizează prin așa-numitul proces de sudare a barelor colectoare. Aici, șina aflată sub tensiune se numește bară colectoare. Celulele prismatice, respectiv modulele de celule pot fi îmbinate cu materiale de același tip (Al/Al sau Cu/Cu), dar se pot realiza și îmbinări mixte (de ex., Al/Cu). În acest sens, este important ca îmbinările să fie fixe din punct de vedere mecanic, întrucât, la nivelul vehiculului, sunt supuse la vibrații și căldură. În același timp, trebuie să se asigure o îmbinare electrică durabilă, cu un grad cât mai mic de rezistență. În plus, în timpul procesului de sudură, formarea stropilor trebuie să fie redusă, pe cât posibil, la minim. De asemenea, reproductibilitatea, pătrunderea minimă a căldurii, precum și adâncimile de sudare definite joacă un rol important.
La debitarea foliilor de baterii se disting două domenii de utilizare. Unul dintre acestea este „debitarea longitudinală”,& tăierea continuă pe lungime,& respectiv împărțirea bobinei principale (folie de electrozi acoperită pe o parte sau pe ambele părți). Aceasta este tăiată în mai multe bobine secundare (secțiuni). Aici, laserul se află într-o poziție fixă; folia trece continuu prin fasciculul laser, de la rolă la rolă.
Al doilea domeniu de utilizare este tăierea contururilor foliei de electrozi acoperite. În acest sens, de la nivelul bobinei se debitează electrozi (anozi și catozi) în forma și numărul necesare.& În combinație cu sistemul optic de scanare și axele deplasate sau alte lasere, pentru mărirea câmpului de scanare,& laserul taie folia de electrozi în forma dorită. La debitarea contururilor, viteza este de peste 1 m/s. Grosimea foliei (folie și acoperire pe ambele părți cu material activ) se situează între 100 și 250 µm. În ambele cazuri de utilizare, laserele de la TRUMPF îndeplinesc standardele înalte ale producătorilor de baterii în ce privește viteza de debitare, zonele de efect termic, formarea de bavură, precum și de particule sau stropi.
După operațiunea de stratificare, materialul activ de pe foliile de electrozi trebuie uscat. Sistemele de încălzire VCSEL industriale pot prelua această etapă, sursele de radiație laser pe bază de sisteme VCSEL au capacitatea de a încălzi suprafețe mari cu radiații infraroșii cu lungimi de undă selective țintite, în mod foarte rapid și definit. Prin reducerea secțiunii de uscare, amprenta la sol a etuvelor este redusă semnificativ; în plus, prin intermediul soluției, crește viteza procesului, în timp ce costurile și consumul de energie sunt reduse.
Foliile de electrozi sunt folii foarte subțiri de cupru și aluminiu (cu grosimea de 6-14 µm) care sunt utilizate ca folii suport pentru materialul activ ca anozi și catozi. Foliile sunt sudate ca stivă sau ca înfășurare la nivelul fiecărei suprafețe de contact (30-60 de straturi) la câte& un anod sau un catod. Cu laserele noastre, se asigură un acces unilateral la piesa brută. Astfel, stivele cu peste 60 de folii pot fi sudate în mod fiabil, cu o formare minimă de stropi.
Laserele TRUMPF închid carcasa bateriei prismatice, echipate cu pachetul de electrozi, care, de obicei, este alcătuită dintr-o carcasă de baterie ambutisată adânc (grosimea peretelui 0,6 -& 0,8 mm) cu un capac al carcasei de 1,0 - 1,8 mm, etanș la medii, fără pori, fisuri sau deformări ale îmbinării. Procesul de sudură cu sistem optim fix și viteze de sudare de 10-12 m/min este de ultimă generație. Tehnologia BrightLine Weld de la TRUMPF asigură un proces de sudură cu o cantitate redusă de stropi și un grad înalt de stabilitate a procesului. În combinație cu un sistem optic de scanare și un sistem de senzori, este posibilă și o soluție extrem de dinamică cu viteze de sudare de peste 25 m/min.
Modulele de baterii sunt alcătuite din mai multe celule de baterii interconectate la o unitate de putere într-o carcasă a unui modul. În funcție de formatul de celule utilizat, carcasa modulului îndeplinește funcții ușor diferite.& În general, în acest caz sunt utilizate aliaje de aluminiu și, parțial, și oțel inox, care prezintă o rezistență la tracțiune medie până la înaltă. Laserele noastre cu infraroșu de mare putere sudează aceste materiale fără fisuri și deformări, asigurând o rezistență superioară.
Pentru celulele, respectiv modulele de baterii, există o gamă largă de aplicații de curățare și structurare cu ajutorul laserului. Aceasta începe la nivelul electrozilor, unde materialul activ este îndepărtat parțial sau structurat, și se încheie la nivelul carcasei celulelor sau al modulelor de baterii, unde suprafețele sunt șlefuite pentru o aderență mai bună sau lacul izolant, petele de acizi și stratul de oxid sunt îndepărtate. În acest scop, se utilizează gama noastră performantă de lasere cu impulsuri scurte și ultrascurte.
Laserele de marcare de la TRUMPF inscripționează celule de baterii sensibile și carcasele acestora cu precizie și fără atingere. Astfel, prin Black Marking, de exemplu, se pot inscripționa toate componentele cu un grad înalt de contrast și lizibilitate, la o rezistență superioară la coroziune. Această durată de viață lungă este și o condiție preliminară pentru trasabilitatea și documentația impuse prin legislație ale componentelor.
Doriți să aflați cum vă putem susține în mod optim pe durata procesului de fabricație în domeniul mobilității electrice? Beneficiați de expertiza noastră cuprinzătoare ca furnizor de tehnologii pentru OEM, TIER, producători de celule și integratori. În plus, am încheiat parteneriate cu numeroase inițiative de cercetare publice și private; în colaborare cu acestea, dezvoltăm noi soluții tehnologice pentru producția de baterii.
Indiferent dacă este vorba despre lungimi de undă verzi pentru sudarea materialelor care conțin cupru, formarea fasciculului (BrightLine Weld) pentru lucrări de sudare a aluminiului și a cuprului fără formare de pori și stropi sau sisteme speciale de senzori pentru asigurarea calității și monitorizarea procesului – TRUMPF oferă numeroase soluții de fabricare inovatoare pentru producția celulelor de baterii. În acest sens, beneficiați de pachetele noastre tehnologice cu o gamă largă de surse de radiație laser, sisteme optice, sisteme de senzori și expertiză în domeniul aplicațiilor.
Tehnologia BrightLine Weld de la TRUMPF este cheia lucrărilor de sudare cu laser cu cantități mici de stropi, executate la nivelul barelor conectoare, conectorilor flexibili, capacelor carcaselor sau carcaselor modulelor cu lasere cu infraroșu de mare putere. În plus, laserele noastre TruDisk cu lungime de undă verde sunt concepute pentru materiale puternic reflectorizante, precum cuprul – cu o putere medie a laserului de până la 2 kW, în linie, respectiv până la 400 W, cu impulsuri. Astfel, se pot realiza adâncimi de sudare constante și se pot asigura procese reproductibile. La sudura prin conductivitate termică, beneficiați, în plus, de o pătrundere minimă a căldurii la nivelul piesei brute. Sistemele noastre de senzori (VisionLine, OCT și sisteme de monitorizare a sudurii în adâncime) au fost concepute special pentru fabricarea automatizată și cu un grad înalt de productivitate. Astfel, vă puteți baza întotdeauna pe o documentație și o trasabilitate completă.
Design-ul laserului nostru TruDisk, cu mai multe ieșiri laser la nivelul aceluiași instrument, permite o utilizare optimă a laserului în regim simultan sau în regim de redundanță. În plus, datorită sistemului nostru de reglare a puterii laserului, beneficiați în permanență de o putere a laserului constantă la nivelul piesei brute.
Considerăm că suntem consilierii dumneavoastră în domeniul aplicațiilor și experții care vă pun la dispoziție noi posibilități de fabricare. Beneficiați de expertiza noastră de încredere în domeniu și de experiența pe care am acumulat-o de-a lungul a zeci de ani ca pionieri în tehnologia cu laser.
Beneficiați de consultanță din partea experților noștri și a rețelei noastre internaționale de laboratoare și servicii. Indiferent dacă aveți nevoie de lucrări de service sau de proiecte pentru dezvoltarea aplicațiilor – suntem întotdeauna alături de dumneavoastră. Astfel, în cadrul Monitorizării stării, de exemplu, experții TRUMPF în domeniul lucrărilor de service și algoritmii noștri monitorizează laserul dumneavoastră pentru anticiparea lucrărilor de întreținere, în special pentru linii de producție sensibile și mari.
Cu o suprafață de peste 4 000 m², Centrul pentru aplicații laser TRUMPF din Ditzingen este unul dinte cele mai mari centre de acest tip din lume. Cu ajutorul portofoliului nostru cuprinzător de sisteme versatile de prelucrare cu laser, inginerii noștri de aplicație și experții în domeniu vă oferă asistență în vederea proiectării și optimizării aplicațiilor utilizând componenta dumneavoastră specifică.
Am pregătit pentru dumneavoastră câteva cărți albe interesante pe următoarele subiecte
