Skriti spoj, ki odloča o zanesljivosti ESS: Zakaj je kakovost varjenja pomembna več, kot se zdi

V ansistem za shranjevanje energije, varjenje ni samo proizvodni proces. Je del električne poti, toplotne poti in mehanske strukture. Šibek zvar lahko poveča odpornost, ustvari lokalno toploto, poškoduje učinkovitost tesnjenja ali zmanjša-dolgotrajno odpornost na vibracije. Z leti polnjenja in praznjenja lahko te majhne napake postanejo resnično tveganje za zanesljivost.

Baterijski moduli temeljijo na stabilnih električnih povezavah med celicami, jezički, zbiralkami, sponkami in tokovnimi odjemniki. Na teh področjih kakovost varjenja neposredno vpliva na kontaktni upor in učinkovitost prenosa toka.

Običajne metode vključujejo ultrazvočno varjenje, lasersko varjenje, uporovno varjenje in difuzijsko lepljenje. Študije o spajanju baterijskih celic kažejo, da imajo uporovno točkovno varjenje, ultrazvočno varjenje in lasersko varjenje različne značilnosti delovanja glede vnosa toplote, mehanske trdnosti in električnega kontaktnega upora. Zato mora izbira varjenja ustrezati materialu, trenutni ravni in zasnovi modula.

Ultrazvočno varjenjese pogosto uporablja za akumulatorske jezičke in folijske povezave. Združuje kovine v-postopku trdnega stanja z visoko-frekvenčnimi vibracijami in pritiskom, kar pomaga ustvariti povezave z nizko-upornostjo brez pretiranega vnosa toplote. Nedavne raziskave prav tako poudarjajo pomen ocenjevanja tako električnega upora kot toplotnega obnašanja v ultrazvočnih spojih jezička-do-zbiralke, zlasti pri kombinacijah bakra in aluminija.

Lasersko varjenjese pogosto uporablja za zbiralke, terminale in medsebojne povezave modulov. V primerjavi z mehanskim pritrjevanjem ali slabo nadzorovanim uporovnim varjenjem lahko lasersko varjenje zagotovi natančen, dosleden spoj z nizko kontaktno odpornostjo in dobro mehansko trdnostjo. Raziskave lasersko{2}}varjenih električnih kontaktov akumulatorja so pokazale, da je mogoče doseči spoje z nizko-upornostjo in visoko{4}}trdnostjo, medtem ko nadzorujete vnos toplote v baterijsko celico.

Nasprotno pa lahko slabo nadzorovano uporovno varjenje povzroči brizganje, nezadostno taljenje ali šibke spoje. Ko ima zvar visoko kontaktno odpornost, se nastajanje toplote pod visokim tokom poveča. To lahko ustvari negativen cikel: večja odpornost povzroči več toplote, več toplote pospeši oksidacijo, oksidacija pa dodatno poveča odpornost. V resnih primerih lahko to povzroči lokalno pregrevanje, neuravnoteženost modula ali okvaro povezave.

Mehanska trdnost: oprema ESS mora preživeti leta stresa

Sistemi za shranjevanje energije so izpostavljeni transportnim vibracijam, obremenitvam pri namestitvi, temperaturnim ciklom in dolgotrajnemu-polnjenju-praznjenju. Zvar, ki uspešno opravi preprosto preverjanje videza, lahko še vedno odpove po ponavljajočem se toplotnem raztezanju in krčenju.

Lasersko varjenje lahko zagotovi visoko{0}}trdne spoje, če so parametri dobro nadzorovani. Pri medsebojnih povezavah akumulatorjev ni ključna le trdnost zvara, ampak tudi doslednost. Isti modul lahko vsebuje na stotine ali tisoče zvarnih točk. Majhen odstotek šibkih zvarov lahko postane težava-zanesljivosti na ravni sistema.

Za velike aluminijaste konstrukcije, kot so omare ESS, predali za baterije in deli-za hlajenje s tekočino, varjenje s trenjem in mešanjem nudi prednosti glede odpornosti proti utrujenosti in kakovosti tesnjenja. Industrijske aplikacije FSW v ohišjih baterij poudarjajo manjše popačenje, manj por ali razpok in močno delovanje spoja, kar je dragoceno za lahke in-zasnove ESS z dolgo življenjsko dobo.

Tradicionalni spajkani ali trdo spajkani spoji se lahko soočajo s pokanjem zaradi utrujenosti zaradi dolgotrajnega-toplotnega cikla, zlasti ko se različni materiali širijo z različnimi hitrostmi. Rast intermetalnih spojin, krhke faze ali utrujenost spajkanja lahko postopoma zmanjšajo zanesljivost spoja. Zato sta visoko{3}}kakovostno-polprevodniško spajanje in dobro-nadzorovano lasersko varjenje vse pogostejša v napredni proizvodnji baterij in ESS.

.

Pri-zmogljivi opremi ESS je varjenje tesno povezano tudi z odvajanjem toplote. Napajalne naprave, vodila, hladilne plošče in kanali-za hlajenje s tekočino so odvisni od stabilnega toplotnega stika in strukturne celovitosti.

Za močnostno elektroniko, kot so moduli IGBT in SiC, so postopki spajkanja in reflowa kritični, ker lahko praznine v spajkalni plasti povečajo toplotno odpornost. V-aplikacijah z visoko močjo lahko čezmerno praznjenje zmanjša učinkovitost prenosa toplote in povzroči hitrejše naraščanje temperature naprave. Zato se za zmanjšanje praznin in izboljšanje toplotne učinkovitosti pogosto uporabljajo spajkanje z vakuumskim prelivanjem in nadzorovani postopki spajkanja.

Za tekoče-hladilne plošče in aluminijaste strukture,lasersko varjenjeinvarjenje s trenjem in mešanjemso vse pomembnejši. Lasersko varjenje zagotavlja ozek zvar in majhno toplotno -območje, ki pomaga nadzorovati deformacije in ohranjati ravnost površine. To je pomembno, ker lahko slaba ravnost poveča toplotni upor vmesnika med hladilno ploščo in baterijskim modulom.

Varjenje s trenjem in mešanjemali FSW je polprevodniški-postopek spajanja. Običajno se uporablja za aluminijaste pladnje za baterije, hladilne plošče in strukturna ohišja. Ker je material spojen brez taljenja, lahko FSW zmanjša napake, kot so pore in razpoke, izboljša zanesljivost tesnjenja in zmanjša popačenje v primerjavi z nekaterimi tradicionalnimi metodami varjenja s taljenjem.

Če vnos toplote pri varjenju ni nadzorovan, tveganje ni le slabo odvajanje toplote. Prekomerna vročina lahko poškoduje tudi bližnje baterijske celice, izolacijske materiale, varnostne odprtine, tesnila ali notranje strukture. Pri izdelku ESS, zasnovanem za dolgoročno-delovanje na prostem, lahko to skrajša življenjsko dobo in poveča varnostno tveganje.

Številni izdelki ESS so nameščeni na prostem, kjer se soočajo z vlago, slano meglico, prahom, dežjem in velikimi temperaturnimi razlikami. Kakovost varjenja ne vpliva samo na električno zmogljivost, temveč tudi na življenjsko dobo tesnjenja in odpornost proti koroziji.

Visoko{0}}kakovosten zvar lahko pomaga ohranjati zrakotesnost in zmanjša tveganje, da bi vlaga prodrla v občutljive dele. Pri ohišjih baterij, hladilnih ploščah in električnih ohišjih lahko mikro-razpoke ali nepopolni zvari povzročijo vdor vlage, puščanje hladilne tekočine ali korozijo. Ko korozija doseže signalni terminal, zbiralko ali zaznavno vezje, lahko povzroči nenormalno spremljanje, izgubo učinkovitosti ali zaustavitev sistema.

Lasersko varjenje se pogosto uporablja tam, kjer so potrebni natančnost, tesnjenje in majhna deformacija. Ultrazvočno varjenje je dragoceno tudi pri nekaterih elektronskih in natančnih aplikacijah za sestavljanje, saj lahko spoji materiale brez velikih toplotnih poškodb.

Slabo nadzorovano varjenje pa lahko povzroči kovinske delce, razpoke, pore ali šibka tesnilna območja. V električnih komponentah lahko nevezani delci ali notranja kontaminacija povečajo tveganje kratkega stika. V strukturah s-tekočinskim hlajenjem lahko napake pri varjenju povzročijo puščanje hladilne tekočine ali blokirane mikro-kanale, kar vpliva na celoten sistem upravljanja toplote.

Za kupce ESS je kakovost varjenja težko oceniti navzven. Čist-izdelek ne pomeni vedno, da je notranji postopek varjenja zanesljiv. Dobri proizvajalci običajno nadzorujejo kakovost varjenja z načrtovanjem procesa, testiranjem in sledljivostjo.

Ključne postavke vrednotenja vključujejo:

Električna zmogljivost:kontaktni upor, električna kontinuiteta, dvig temperature pod obremenitvijo.

Mehanska zmogljivost:natezna trdnost, strižna trdnost, trdnost na lupljenje, odpornost proti utrujenosti in odpornost proti vibracijam.

Toplotna zmogljivost:stopnja praznine spajke, toplotna upornost vmesnika, ravnost hladilne plošče in stabilnost prenosa toplote.

Učinkovitost tesnjenja:testiranje puščanja s helijem, testiranje zrakotesnosti, testiranje tlaka hladilne tekočine in odpornost proti koroziji.

Nadzor procesa:spremljanje varilnih parametrov, vizualni pregled, destruktivno vzorčenje, rentgenski pregled, ultrazvočno testiranje in popolna sledljivost proizvodnje.

Pri proizvodnji baterij postaja-nadzor v realnem času vse pomembnejši. Raziskave o spremljanju stanja ultrazvočnega varilnega stroja na primer kažejo, da lahko spremljanje-na podlagi podatkov pomaga razvrstiti stanje orodja in podpira zgodnjo kontrolo kakovosti pri proizvodnji litijevih baterij.

Pri projektu shranjevanja energije kakovost varjenja vpliva bolj kot na tovarniški izkoristek. Vpliva na dolgoročno-varnost, stroške vzdrževanja in razpoložljivost sistema.

Nizkocenovni-izdelek ESS je morda navzven videti podoben, vendar skrite težave z varjenjem lahko povzročijo večjo odpornost, neenakomerno ustvarjanje toplote, puščanje hladilne tekočine, slabo tesnjenje ali zgodnjo odpoved povezave. Te težave se morda ne bodo pojavile med pregledom dostave. Pogosto se pojavijo po mesecih ali letih delovanja, zlasti pri močnem toku, visoki temperaturi, vibracijah ali vlažnih zunanjih pogojih.

Zato pri nabavi ESS ne bi smeli primerjati le zmogljivosti celice in cene omarice. Kupci bi morali tudi vprašati, kako proizvajalec nadzoruje varjenje modulov, varjenje vodil, varjenje hladilnih plošč in varjenje konstrukcij.

Sodobna proizvodnja za shranjevanje energije se odmika od metod varjenja, pri katerih obstaja večja verjetnost, da bodo povzročile praznine, nestabilno kontaktno odpornost in toplotno utrujenost. Za jedrne električne povezave se široko uporabljajo ultrazvočno varjenje, difuzijsko lepljenje in lasersko varjenje, odvisno od materiala in strukture. Za dele za upravljanje toplote in hladilne-plošče s tekočino postajajo vse pomembnejše vakuumsko reflow, lasersko varjenje in varjenje s trenjem. Za aluminijasta ohišja in strukturne dele ponuja FSW velik potencial za lahke in visoko-zanesljive zasnove.

Skratka, varjenje ni majhen detajl. Je eden od skritih temeljev varnosti in življenjske dobe ESS. Zanesljiv sistem za shranjevanje energije ni odvisen samo od dobrih celic in pametne zasnove BMS, ampak tudi od vsake stabilne, nizko{2}}odporne, dobro-zatesnjene in mehansko močne povezave znotraj sistema.

V podjetju SINELINK posvečamo veliko pozornosti kakovosti izdelave, električni varnosti, strukturni zanesljivosti in dolgoročni-izvedbi projekta. Za izdelke za shranjevanje energije je kakovost notranjih procesov, kot so varjenje, montaža, toplotna zasnova in pregled, prav tako pomembna kot vidne specifikacije izdelka. Tako strankam pomagamo zgraditi varnejše, zanesljivejše in-trajnejše rešitve za shranjevanje energije.