En el campo de la fabricación de baterías de vehículos eléctricos (EV), la soldadura por láser es una tecnología fundamental que proporciona alta precisión, confiabilidad y eficiencia en la conexión de celdas y barras colectivas. La soldadura con láser puede producir celdas y componentes de la batería de calidad consistente y permitir diseños de baterías EV más complejos y de mayor rendimiento. Sin embargo, para utilizar completamente las ventajas innegables de la soldadura por láser, hay algunos factores clave que deben considerarse antes de que comience la producción de baterías, desde las herramientas hasta la garantía de calidad (QA).
Seleccionar el método de sujeción
Hay dos enfoques básicos para el diseño de herramientas para presionar barras colectivas o placas de colección en terminales de celdas: máscara de soldadura o sujeción de celda. La elección de estos dos métodos de sujeción tiene un gran impacto en la eficiencia de producción y la adaptabilidad.
El enmascaramiento de soldadura proporciona velocidad y eficiencia al sujetar la barra colectora a múltiples células simultáneamente, pero la desventaja es que las tolerancias dimensionales deben ser más estrictas para garantizar un contacto adecuado de la barra bobina a la célula en un área grande. En contraste, la sujeción de células individuales puede acomodar mayores variaciones en la disposición o geometría celular, simplificando la producción y reduciendo los costos. Sin embargo, esta flexibilidad tiene costo de velocidad. La soldadura con láser puede proporcionar altas velocidades de soldadura en la barra colectiva a celda, a veces superando una docena de células por segundo, pero los métodos de sujeción más lentos limitan las velocidades de soldadura.
Asegurar el posicionamiento preciso de la unidad
La soldadura por láser es un proceso excepcionalmente preciso y el posicionamiento de las celdas de la batería debe ser consistente y precisa para garantizar soldaduras uniformes. Las variaciones en la disposición de las celdas dentro del paquete de baterías pueden dar como resultado soldaduras desalineadas o penetración de soldadura insuficiente, comprometiendo la integridad estructural. Los diseños de soporte de células más estrictos generalmente reducen las variaciones en la posición celular, pero pueden presentar un riesgo de sobrecompresión y daño celular durante la instalación. Optimizar el diseño del paquete de baterías y minimizar los huecos utilizando guías de alineación mejora la accesibilidad y la calidad de la soldadura.
Diseñar barras colectivas no se trata solo de rendimiento
Diseñar una barra colectiva o coleccionista de corriente efectiva es más que solo optimizar el rendimiento eléctrico. El grosor determina la rigidez y la flexibilidad, y los factores como el grosor tienen un impacto tanto en las herramientas como en los parámetros láser óptimos. Las barras colectivas más gruesas, típicamente utilizadas en células prismáticas, transportan corriente de manera eficiente pero son difíciles de doblar para hacer contacto con los terminales de la batería. Además, los materiales más gruesos aumentan el tiempo de penetración del láser.
El material de la barra colectiva es una consideración particular al diseñar barras colectivas de batería EV. El cobre ha sido durante mucho tiempo un material de elección para las barras colectivas y otras funciones de batería EV debido a su buena conductividad eléctrica. Sin embargo, el aluminio está ganando popularidad como alternativa a las barras colectivas de cobre debido a sus buenas propiedades eléctricas al tiempo que reduce el peso de la batería. Las barras colectivas de aluminio suelen ser la mitad del peso de las barras colectivas de cobre.
Afortunadamente, los láseres diseñados específicamente para la soldadura por batería EV pueden mantener altas velocidades de soldadura y una excelente calidad de soldadura para una amplia gama de diseños y materiales de barras colectivas. Los láseres de soldadura por batería generalmente proporcionan un haz altamente enfocado con alta calidad de haz, lo que permite una penetración de soldadura rápida sin una zona grande afectada por el calor.
Planificación de requisitos de eliminación de la batería
Con millones, si no miles de millones, de las soldaduras de la barra colectiva a célula que fabrican los fabricantes de baterías de EV cada año, la automatización eficiente es crítica. Hay muchos factores que impulsan el diseño de la batería, pero la ubicación de los terminales en una celda cilíndrica es un buen ejemplo.
Las células cilíndricas se pueden diseñar con los terminales positivos y negativos en la parte superior, o con el terminal positivo en la parte superior y el terminal negativo en la parte inferior. La elección de estos dos diseños determina la velocidad de producción y la complejidad. El diseño tradicional superior/inferior simplifica el diseño de la barra colectiva, pero requiere un paso de manejo de celdas adicional para voltear el ensamblaje para la segunda soldadura. Con la introducción de la célula 4680, el diseño superior/superior se ha vuelto más común, lo que permite ciclos de producción más rápidos y menos manejo de células, pero requiere una colocación precisa de soldadura dentro de tolerancias estrechas, así como diseños de barras bobarales más complejos.
Independientemente del diseño de la batería o los requisitos de soldadura de batería, la soldadura por láser es muy adecuada para la automatización. Un sistema efectivo de soldadura con láser de batería eléctrica puede cumplir con los requisitos de varias etapas de producción, desde I + D hasta la producción en masa, y puede cumplir con los requisitos de manejo de moho y batería.
Incorporar un sólido proceso de garantía de calidad
La soldadura con láser es un proceso altamente estable y repetible cuando las células entrantes tienen calidad y tolerancias de superficie consistentes. Sin embargo, si hay variaciones inesperadas en las características dimensionales o posicionales, pueden producirse fallas de soldadura. Las soldaduras defectuosas pueden conducir a una reelaboración o un desecho costoso, y en el peor de los casos, falla catastrófica del producto final. Por lo tanto, es necesario medir y probar de manera precisa y eficiente cada soldación de la barra colectiva a terminal.
Las pruebas destructivas ofrecen resultados precisos, pero son costosos y no mide cada soldadura. Métodos como los fotodiodos miden cada soldadura a medida que avanza, pero solo proporcionan mediciones indirectas con resultados subóptimos. Los fabricantes de baterías de EV están recurriendo cada vez más a la medición de soldadura en tiempo real. La medición de soldadura en tiempo real mide factores críticos como la profundidad de la soldadura directamente durante el proceso de soldadura, proporcionando datos altamente precisos comparables a las pruebas destructivas. Además, la tendencia de los datos de medición de soldadura puede detectar la deriva del proceso, ayudando a los fabricantes de baterías a evitar soldaduras inaceptables en el futuro.
