전기 자동차용 대형 폼 팩터 원통형 배터리의 설계 및 제작은 자동차 제조업체와 소비자에게 모두 여러가지 점에서 유익합니다. 운전자의 경우에는 범위 확대, 전력 증가, 충전 시간 단축, 수명 연장, 추운 날씨에 작동 개선 등이 포함됩니다. 제조업체는 보다 간소화된 생산과 비용 절감을 기대할 수 있습니다.
EV 배터리를 만들 때 까다로운 점은 무엇인가요?
다양한 제조업체에서 다양한 대형 폼 팩터 원통형 배터리 설계를 추구하고 있습니다. 이러한 각 설계는 특히 접합 공정에서 고유한 제조 문제를 나타냅니다. 예를 들어, 일부 전기차 배터리 설계에는 현재 사용되는 집전체가 통합되어 있으며, 용접 깊이를 매우 정밀하게 제어하여 이를 젤리 롤에 결합해야 합니다. 이러한 점은 셀 내에서 단락을 유발할 수 있는 분리막 손상을 방지하는 데 필요합니다. 비슷한 경우로, 단자 대 집전체 용접도 세심한 침투 제어가 필요합니다. 폴리머 절연체가 녹거나 손상될 수 있기 때문에, 이 작업 중에 배터리로 펌핑되는 열의 양을 제한하는 것이 특히 중요합니다.
캡 밀폐는 과거에 소형 폼 팩터 배터리에서 기계적 크림핑으로 성공적으로 수행된 다른 접합 공정입니다. 그러나 크림핑은 더 큰 셀로 잘 변환되지 않으므로, 새로운 접근 방식이 필요합니다.
현재 요구 사항은 무엇입니까?
배터리 제조와 관련된 여러가지 다른 용접 공정은 제조업체와 설계에 따라 다릅니다. 그러나 가장 까다롭고 공정에서는 모두 다음과 같은 요구 사항을 포함하여 특정 공통 요구 사항을 공유합니다.
- 최소 열영향부
- 정확한 침투 깊이 제어
- 스패터 제거
- 높은 처리 속도(일반적으로 200~500mm/초 범위)
또한 일부 중요한 배터리 접합 공정에는 이종 금속의 용접도 필요합니다.
이러한 각 요구 사항은 과거에 어려움을 제시했으며, 모든 단일 공정에서 잘 수행할 수 있는 단일 접합 기술은 실제로 없었습니다. 그 결과 제조업체는 다양한 솔루션을 추구했습니다. 여기에는 구리 용접을 위한 녹색 파장 레이저(적외선 소스로 이 재료의 낮은 흡수를 극복하기 위해) 및 호일-탭 접합을 위한 초음파 용접과 같은 비레이저 기반 방법이 포함됩니다.
올바른 레이저로 무장하기
Coherent는 어느 때보다 광범위하게 적용할 수 있는 새로운 유형의 레이저를 개발했습니다. 이 특징은 이 기술이 공간 분포의 측면에서 시간에 따라 레이저 에너지가 작업 표면에 전달되는 방식에 대해 전례 없는 수준의 제어를 제공하기 때문에 가능합니다.
핵심 혁신 사항은 가변 링 모드(ARM) 기술이며, 이 기술은 기존의 단일 지점 출력과 달리 레이저 광의 또 다른 동심 링으로 둘러싸인 중앙 지점으로 구성된 파이버 레이저입니다. 가장 중요한 것은 중앙과 링 스팟의 출력을 독립적으로 제어하고 변조할 수 있다는 것입니다. 그래픽에서는 이 접근 방식이 어떻게 용접 중 레이저 에너지를 정확하게 분배하는 방법을 엄청나게 유연하게 제공하는지 보여줍니다.
영상: 기본 FL-ARM 집중 스폿 파워 패턴.
ARM 기술의 장점은 용융 풀 역학을 매우 정밀하게 제어할 수 있다는 것입니다. 이렇게 하면, 보다 일관되고 제어 가능하게 가공하고 사실상 스패터를 제거할 수 있습니다. 링 빔을 사용해 재료를 예열하여 적외선 흡수를 상당히 증가시킬 수 있기 때문에, 이러한 유형의 레이저는 구리를 용접하는 데 특히 유용합니다. 또한 고출력 밀도의 중앙 빔 옵션은 IR 광선을 구리에 안정적으로 결합합니다. 파이버 레이저의 실용적이고 비용적인 이점과 함께, ARM 파이버 레이저는 구리 용접을 위한 녹색 고체 레이저에 대한 매우 매력적인 대안이 됩니다.
다양한 작업을 수행할 수 있는 단일 유형의 레이저 소스를 사용하면, 제조업체에서 유연성과 경제성을 강화할 수 있습니다. 예를 들어, 빔 스위치를 사용하여 한 레이저의 출력을 여러 공정 사이에서 공유할 수 있습니다. 이렇게 하면, 생산을 간소화하고 단순화할 수 있습니다. 또한 생산 공정의 여러 지점에서 공통 레이저 유형을 사용하면, 예비 부품 재고를 줄이고 유지 보수 또는 수리 중단 시간을 최소화하는 데 도움이 되는 중복성을 제공합니다.
대형 폼 팩터 EV 배터리 설계를 사용하면, 운전자가 전기 자동차를 더 실용적으로 사용할 수 있으며 제조업체에서 구축 비용을 절감할 수 있습니다. 그러나 셀의 폼 팩터를 확대하고, 구동 전류를 높이며, 생산 처리량 기대치가 상승하면, 레이저 기반 용접 기술이 필요하게 됩니다. Coherent Highlight FL ARM 시리즈 파이버 레이저는 생산에 필요한 정밀하고 까다로운 접합 작업을 위한 가장 경제적인 최고의 솔루션을 제공하며, 이미 다른 배터리 처리 작업에서 그 효과가 입증되었습니다.
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