世界观速讯丨研究人员探讨激光束整形技术 以提高EV电池冷却板的焊接速度

来源:盖世汽车时间:2023-03-15 15:36:23

据外媒报道,谈到极端温度,电动汽车(EV)电池与人非常相似,在与人类相同的温度范围内表现最佳。EV热管理系统可充分提高电池性能,并延长其使用寿命。通过EV热管理系统中的冷却板,液体冷却剂可以带走电池中的热量。


【资料图】

有一种冷却板设计是在两个薄铝板之间循环冷却剂。冷却剂流过底板中的冲压通道。为防止冷却剂泄漏,必须将底板和顶板连接起来,以形成紧密的密封接头。另外,焊接接头必须没有裂纹,否则易发生机械故障。

冷却板钎焊挑战

制造商使用真空钎焊技术来连接电池冷却板。比起目前EV电池系统中使用的冷却板(高达2.1×1.3 m),早期的冷却板要小得多。由于需要更大的冷却板,真空钎焊的效率大幅降低。钎焊速度慢且大量耗能(大于4 MW),导致运营成本提高。

钎焊还需要用到特殊的Al 3003铝合金。制造商希望改用低成本合金,例如Al 5754(这种合金可以钎焊,但需要后加工处理)和Al 6xxx系列合金(具有可回收优点但根本不能钎焊),并寻找更快、更高效的连接方法。

富有前景的解决方案——激光焊接

由于千瓦级激光器具有更高的可靠性、稳健性和可用性,激光材料加工技术得以迅速推广。与传统焊接工艺相比,激光焊接降低了生产成本,并增加了制造的灵活性和选择性。

激光焊接技术的热输入更少,可充分提高速度,同时尽量减少变形。所有焊接方法都涉及熔池形成和随后的快速凝固。然而,激光焊接可提供高能量,不仅会熔化材料,还会将其蒸发。

在焊接过程中,由于材料蒸发,会产生一个小孔。因此,激光焊接具有非常高的熔透深度与焊缝宽度比。许多制造商传统的钎焊和焊接转向激光材料加工,以连接多种材料,降低功耗,提高加工成品率。

激光焊接冷却板面临的挑战

电池冷却板的尺寸大,几何形状复杂,必须满足严格的要求,才能实现坚固的接缝,从而提供长时间的无泄漏使用寿命。为避免机械故障,界面上的接头不能有任何裂纹、驼峰、凹陷或孔洞缺陷。

与热焊接相比,激光焊接具有高纵横比,可以减少零件变形的可能性。然而,这可能带来挑战,因为小孔的稳定性,对于实现高焊接质量具有重要意义。

在钢和镍等高吸收率材料的焊接过程中,激光小孔通常保持稳定。不幸的是,当焊接铜、铝和高合金材料等冷却板生产过程中所需的材料,小孔可能会具有不稳定性,使工艺受到影响焊接质量不规则性的影响。要克服这些缺陷,有一种常见方法是通过摆动光束和光束整形,改变激光光束的光斑形状和大小。

激光光束整形方法

三大类光束整形方法包括静态、可变和动态。静态和可变方法依赖于衍射光学元件(DOE),通过坚固窗口上的微型图案,衍射和调制穿过它的光相位,提供具有成本效益的光束整形。对于静态光束整形,各种DOE可以调整工件上输出的激光束形状。静态解决方案的灵活性有限,因此适用于具有非常明确的过程参数的应用程序。

使用可调节的环形整形器,将光束分成中央尖刺,或核心光束和周围环形光束,DOE可以提供可变的光束整形选项,增加激光的灵活性。该选项需要通过单轴移位或旋转,改变核心和环形光束之间的比率强度。另一种方法使用二合一(双核)光纤的可变叠加强度分布。

虽然这样的光束成形解决方案可以提高给定工艺的灵活性,例如,使一台机器能够在连续生产中执行专门任务,但静态光束无法充分搅拌熔池,以完成日常工作中频繁变化的操作。

动态光束整形

动态光束成形方法有助于克服焊接缺陷,目前包括四种选项:电流计扫描仪、压电驱动驱动器、微电子机械(MEM)扫描仪和光学相控阵(OPA)。

在焊接过程中,可以使用电流计扫描仪,以圆形或八字形等模式振荡单模光纤激光器。然而,此类解决方案具有功率和频率限制。由于扫描仪振荡镜的质量,与移动部件相关的固有机械和动力学权衡,限制了最大可实现频率。更小、更轻的镜面限制了激光功率。

相比之下,OPA技术是一种相干光束组合(CBC),可将许多单模激光束合并为较大的光束。每个激光器发出的光,与远场中的其他光束重叠,以创建衍射图案,从而提供了灵活性。因此,可以轻松地实时操纵光束形状,无需任何移动部件,从而创建动态光束激光器 (DBL)。

为了克服冷却板焊接挑战,需要设计和定制光束形状。这些光束形状具有高形状频率和一系列光束形状,使光束形状之间能够快速切换,从而增加了灵活性。例如,如果一种形状可以稳定小孔并防止飞溅,而另一种形状可以防止开裂,那么通过这两种形状的精心设计序列,可以同时实现三个目标。

最近开发的焊接冷却板配置工艺,包括采用Al 3003和Al 5754合金制成的通道和凹陷几何形状设计。由维也纳科技大学 (TU Wien)生产工程和光子技术研究所的Andreas Otto教授创建的仿真,帮助优化了许多工艺参数。

模拟结果表明,驼峰(humping)是一种周期性现象。当熔池较长且速度较快时,从两侧开始冷却,使熔融通道变窄。随着熔融通道变窄,熔融物质向上流动,形成了驼峰。

改变光束形状,将能量输入集中在熔池两侧,保持后缘的通道宽度,确保通道保持打开状态,并降低小孔后熔体的流动速度,从而降低产生驼峰的风险。将这一点与在该过程中引入不同的周期相结合,中断了驼峰的周期性,从而完全避免缺陷。每隔几微秒按顺序切换光束形状,从而消除驼峰,实现更高速度的焊接,而没有缺陷。

在大规模零件生产方面,印度先进激光焊接机制造商SLTL(Sahajanand激光技术有限公司),在基于CBC的3D切割和焊接机中采用DBL技术。该项目由以色列创新局(Israeli Innovation Authority)和全球创新与技术联盟(Global Innovation & Technology Alliance)资助,可以实现无缺陷生产全尺寸冷却板。

关键词:

相关阅读

推荐阅读

世界观速讯丨研究人员探讨激光束整形技术 以提高EV电池冷却板的焊接速度

世界观速讯丨研究人员探讨激光束整形技术 以提高

研究人员探讨激光束整形技术以提高EV电池冷却板的焊接速度与传统焊接工艺相比,激光焊接降低了生产成本,并增加了制造的灵活性和选择性。更多

2023-03-15 15:36:23
当前消息!特斯拉在美国被控“维修和零部件垄断”

当前消息!特斯拉在美国被控“维修和零部件垄断”

特斯拉在美国被控“维修和零部件垄断”盖世汽车讯据彭博社报道,日前,特斯拉在美国遭到消费者起诉。发起诉讼的消费者称,由于特斯拉在更换零更多

2023-03-15 15:30:57
合肥:个人消费者购买新能源汽车,最高补贴5000元

合肥:个人消费者购买新能源汽车,最高补贴5000元

合肥:个人消费者购买新能源汽车,最高补贴5000元3月15日,合肥发布《关于申报2023年促进新能源汽车消费补助政策的通知》(以下简称“《通知》更多

2023-03-15 15:45:49
笔记本电脑系统默认怎么设置?电脑两个系统怎么设置默认系统?

笔记本电脑系统默认怎么设置?电脑两个系统怎么设

笔记本电脑系统默认怎么设置?1点击开始菜单,右击右侧的计算机选项,打开属性2然后打开属性页左侧的高级设置选项。3单击高级系统设置页面中更多

2023-03-15 15:28:09
台式电脑开机反复重启是什么原因?电脑总是自动重启怎么解决?

台式电脑开机反复重启是什么原因?电脑总是自动重

一、软件方面1 病毒冲击波病毒发作时还会提示系统将在60秒后自动启动。木马程序从远程控制你计算机的一切活动,包括让你的计算机重新启动。更多

2023-03-15 15:26:02
iPhone13promax怎么开启静音模式?如何开启手机静音模式?

iPhone13promax怎么开启静音模式?如何开启手机静

iPhone13promax怎么开启静音模式?1、手机左侧音量键上方有个静音开关键, 将开关调制【静音模式】即可。2、 通过音量下键将手机音量调至更多

2023-03-15 15:19:07
怎么把手机里的通话记录全部删掉?苹果手机怎么删除通话记录?

怎么把手机里的通话记录全部删掉?苹果手机怎么删

苹果手机怎么删除通话记录?打开电话App,然后轻点最近通话以查看所有最近通话的列表。轻点编辑。删除整个通话记录或特定通话。要清除所有记更多

2023-03-15 15:16:58
东芝硬盘质量怎么样?西数和东芝硬盘哪个更好?

东芝硬盘质量怎么样?西数和东芝硬盘哪个更好?

东芝硬盘质量怎么样?1、防震性能toshiba移动硬盘它内置了一个防震传感器,能够使得移动硬盘可以抵御意外事故或者是不慎从高处掉落,让移动更多

2023-03-15 15:14:20
+ 点击查看更多精彩
字节跳动计划投资“大量资金”开发VR领域
    据 Protocol 报道,字节跳动正在认真考虑进入虚拟现实(VR)领域...
任天堂Switch曝光:合作伙伴招聘新游戏机开发工程师
    据外媒报道称,任天堂即将推新一代Switch,其中一个最有力的证据...
途牛发布纳斯达克股价不合规通知函
    4月18日,在途牛收到纳斯达克股价不合规通知函后,途牛方面发布声...
一加新机现身:搭载天玑8100处理器,主打快充和游戏
    今天,一款型号显示为PGKM10的一加新机现身GeekBench,这款新机搭...
紫光国微:预计2022年第一季度净利润同比增长69.9%
    紫光国微发布公告称,预计2022年第一季度归属于上市公司股东的净...
斯坦福大学建造小型太阳能电池板原型
    日前,斯坦福大学的研究人员已经建造了一个小型太阳能电池板原型...
    资讯播报