מייצור של תאי סוללה לאגירת אנרגיה ועד סוללה PACK לקבוצות, ריתוך הוא תהליך ייצור חשוב מאוד, מוליכות סוללת ליתיום, חוזק, אטימות, עייפות מתכת ועמידות בפני קורוזיה, הוא קריטריון טיפוסי להערכת איכות ריתוך סוללה. בחירת שיטת הריתוך ותהליך הריתוך ישפיעו ישירות על עלות המצבר, איכות, בטיחות ועקביות המצבר.
בין שיטות ריתוך רבות, ריתוך לייזר בולט עם היתרונות הבאים: ראשית, לריתוך בלייזר יש צפיפות אנרגיה גבוהה, עיוות ריתוך קטן ואזור קטן מושפע חום, שיכול לשפר ביעילות את דיוק החלקים, ותפר הריתוך חלק, ללא זיהומים, אחיד וצפוף, ללא עבודת שחיקה נוספת;
שנית, ריתוך לייזר ניתן לשלוט במדויק, נקודת מיקוד קטנה, מיקום דיוק גבוה, עם הזרוע הרובוטית קל לממש אוטומציה, לשפר את יעילות הריתוך, להפחית את שעות העבודה, להפחית עלויות; בנוסף, ריתוך לייזר של צלחות דקות או חוטים בקוטר דק, לא יהיה קל כמו ריתוך קשת על ידי צרות ההמסה.
שיטות ריתוך סוללות אחסון אנרגיה כוללות בעיקר הלחמת גלים, ריתוך קולי, ריתוך לייזר, ריתוך לייזר מתכת שונה, אשר ריתוך לייזר הוא כיום שיטות הריתוך המרכזיות ביותר.
סוללת אחסון אנרגיה
שיטות ריתוך סוללות אחסון אנרגיה:
- ריתוך גלים: בעצם שילוב של ריתוך קולי וריתוך לייזר;
- ריתוך קולי: היתרונות של תוכנית זו היא ריתוך פשוט, אבל צריך לתפוס יותר מקום, נפח המודול לתוך הקבוצה היעילות תהיה נמוכה יותר;
- ריתוך לייזר: תוכנית זו היא כיום הנפוצה ביותר, אך המבנה מעט שונה;
- ריתוך לייזר מתכת לא דומה: שיטת ריתוך זו לקבוצה היא גם יעילה מאוד, מהירות ייצור מהירה.
מה זה ריתוך בלייזר?
ריתוך בלייזר הוא באמצעות המערכת האופטית, שימוש בצפיפות אנרגיה גבוהה של קרן הלייזר כמקור חום, קרן הלייזר תתמקד בשטח קטן מאוד, תוך פרק זמן קצר מאוד כך שהמקום המרותך ייצור אזור מקור חום אנרגיה מרוכז מאוד, כך שהחומר המרותך נמס והיווצרות ריתוך מוצק או תפר ריתוך.
ריתוך בלייזר הוא סוג חדש של שיטת ריתוך, הנמצא כעת בשלב פיתוח מהיר. כאשר נעשה שימוש בריתוך בלייזר, האזור מושפע החום של חומר העבודה קטן; מפרק הריתוך קטן, ודיוק גודל הריתוך גבוה; שיטת הריתוך היא ריתוך ללא מגע, אין צורך בכוח חיצוני, עיוות המוצר קטן, איכות הריתוך גבוהה, היעילות גבוהה, וקל לממש את הייצור האוטומטי.
ציוד ריתוך לייזר לסוללה לאחסון אנרגיה
מבנה הסוללות מכיל בדרך כלל מגוון חומרים כגון פלדה, אלומיניום, נחושת, ניקל וכו'. מתכות אלו עשויות להתבצע לאלקטרודות, חוטים או קונכיות, לכן, בין אם מדובר בחומר או במגוון חומרים בין הריתוך , תהליך הריתוך מציב דרישות גבוהות.
היתרון של תהליך ריתוך הלייזר טמון במגוון הרחב של חומרים שניתן לרתך וביכולת לרתך בין חומרים שונים.
סוגי ריתוך בלייזר
סוגי ריתוך בלייזר כוללים ריתוך הולכת חום בלייזר וריתוך התכה עמוקה בלייזר. ההבדל העיקרי בין ריתוך הולכת חום לריתוך התכה עמוקה הוא צפיפות ההספק המופעלת על פני המתכת ליחידת זמן, שיש לה ספים שונים למתכות שונות.
שלושה לייזרים עיקריים המשמשים בדרך כלל לריתוך לייזר של סוללות אחסון אנרגיה
סוללת אחסון אנרגיה מורכבת מציוד אחסון סוללות (מרכיב יחיד → מודול ערכת סוללות → ארון סוללות → יחידת אחסון סוללות → ציוד אחסון סוללות), PCS וקישורי סינון.
סוללת אחסון אנרגיה בתחום ריתוך לייזר, השימוש הנוכחי בלייזר הדופק ביותר, לייזר רציף, לייזר מעין רציף.
לייזר דופק: לייזר YAG, לייזר MOPA;
לייזר רציף: לייזר מוליכים למחצה רציפים, לייזר סיבים רציפים;
לייזרים מעין רציפים: סדרת לייזר QCW.
עבור לייזרים אלה, ניתן להבין אותם כך: שימוש בפטיש כדי לנפץ את היתד אחד אחד, אשר מדופק; לחיצת היתד פנימה ישירות ביד, שהיא רציפה; כאשר קודחים חור, המקדח קודח ברציפות במשך 10 שניות, נח לשנייה אחת, ולאחר מכן קודח ברציפות במשך 10 שניות שוב, נח לשנייה נוספת, מה שנקרא מעין-רציף.
לייזר דופק מתייחס ללייזר שרוחב פולס הלייזר היחיד שלו קטן מ-0.25 שניות ופועל רק פעם אחת בכל מרווח זמן מסוים, בעל הספק פלט גדול ומתאים לסימון לייזר, חיתוך, טווח וכדומה עַל.
Crylas-1064nm Pulsed Laser
לייזרים פולסים נפוצים כוללים לייזר איטריום אלומיניום נופך (YAG), לייזר רובי ולייזר זכוכית ניאודימיום בקרב לייזרים במצב מוצק, כמו גם לייזרים מולקולות חנקן ולייזרי אקצימר. לייזרים פולסים מבוססים על עקרון הלייזר YAG, עם אנרגיית פעימה חד פעמית גבוהה וצריכת חשמל גבוהה, המחייבים החלפה קבועה של חומרים מתכלים כגון מנורות קסנון, אשר חייבות להיות מצוידות בצ'ילר.
לייזר דופק 1550nm
סוג זה של לייזר הוא לייזר בוגר מאוד, העלות של מכונה בודדת נמוכה יחסית, הוא גם כיום הנפוץ ביותר בריתוך מתכת לייזר, כי בהתבסס על העיקרון של לייזר YAG, התעשייה הכוללת מוגבלת על ידי הטכנולוגיה הטכנית. התנאים של מגבלות הספק הלייזר לא יכולים להיות גדולים מאוד, הכללית המקובלת בתוך 500W, הגבוהה ביותר בארץ על 1,000W, יעילות ההמרה האלקטרו-אופטית אינה גבוהה (בערך 13 אחוזים) . יעילות ההמרה האלקטרו-אופטית אינה גבוהה (בסביבות 13 אחוז).
לייזר דופק
לייזר רציף הוא לייזר שמפיק אור ברציפות, כלומר יש לו מצב עבודה יציב, כלומר, מצב יציב. למספר החלקיקים בכל רמת אנרגיה ולשדה הקרינה בחלל בלייזר מתמשך יש פיזור יציב.
עבודתו מאופיינת בריעור חומר העבודה ובתפוקת הלייזר התואמת, הניתנת לביצוע באופן רציף לאורך זמן רב. לייזרים במצב מוצק המופעלים על ידי מקור אור רציף ולייזרי גז ולייזרים מוליכים למחצה המופעלים על ידי עירור חשמלי רציף שייכים לקטגוריה זו.
לייזרים רציפים
מאחר וחימום יתר של המכשיר הוא לרוב בלתי נמנע במהלך פעולה רציפה, רובם דורשים אמצעי קירור מתאימות.
לייזרים רציפים מבוססים על עקרון הלייזר סיבי YLP, מכיוון שהם יכולים לפלוט אור ברציפות בעוצמה קבועה (כאשר הלייזר פולט אור מספיק מהר ובמספרים מספיקים, הוא מחובר לקו), אנרגיית הלייזר המוצאת קבועה, יציבות הלייזר טובה מאוד, גם תבנית הנקודה טובה מאוד, וגם היעילות של המרה אלקטרו-אופטית גבוהה מאוד (בסביבות 30 אחוז).
לייזרים רציפים
לייזרים כמו-רציפים (QCW), המכונים גם לייזרים עם דופק ארוך, מייצרים פולסים בסדר גודל של ms עם מחזור עבודה של 10 אחוז. זה נותן לאור פועם כוח שיא גבוה יותר מפי עשרה מאשר אור רציף, וזה מאוד נוח ליישומים כמו קידוח. בהתאם לרוחב הפולס ניתן לשנות את תדר החזרות עד ל-500 הרץ. לייזרים QCW ניתנים להפעלה הן במצבי פולסים רציפים והן במצב שיא הספק גבוה.
לייזרים קוואזי-רציפים
בניגוד ללייזרים רציפים (CW) קונבנציונליים, שבהם ההספק הממוצע והשיא תמיד זהים הן במצב CW והן במצב CW/מודול, לייזרים QCW מספקים עד פי 10 יותר הספק שיא מהספק הממוצע במצב פולס.
זה מאפשר, אם כן, יצירת פולסים של מיקרו-שנייה ומילי-שניות עם אנרגיות גבוהות בתדרי חזרות מעשרות הרץ ועד אלפי הרץ, וניתן לממש הספקים ממוצעים ושיאים של מספר קילוואט.
לייזר מעין רציף
ציוד ריתוך לייזר בסוללת אחסון אנרגיה יתרונות ריתוך:
- תהליך הריתוך הוא ריתוך ללא מגע, תהליך הריתוך על מוט הריתוך הלחץ הפנימי מופחת למינימום;
- תהליך הריתוך אינו מייצר דליפות אחרות וחומרים משוחררים אחרים, ומונע זיהום משני;
- ריתוך של חוזק גבוה ואטימות אוויר, יכול לענות על הצרכים הפונקציונליים;
- ריתוך לייזר יכול לפגוש את הריתוך בין חומרים שונים, יכול גם לממש את חומר הממברנה, גם יכול לממש את טכנולוגיית החיבור בין חומרים הטרוגניים;
- ריתוך לייזר נוח לאינטגרציה של אוטומציה, יכול להיעשות גם על פי צרכי היכולת לסנכרן את תוכנית תהליך ריתוך הלייזר, יעילות גבוהה, הלחץ הפנימי של הריתוך קטן;
- ריתוך בלייזר כולל מבנה פשוט ונוח, המפחית את גורם הקושי של מבנה העובש;
- תהליך הריתוך יכול להשיג ניטור חכם דיגיטלי, כדי לענות על צורכי הדמיית נתוני תהליך הריתוך;
- סוג פתרונות תהליך הריתוך, יכול להיות משולב ביעילות עם קווי ייצור אוטומטיים, כדי לענות על הצרכים של תוכנית הייצור ההמוני, כדי להשיג ייצור יעיל, צריכה נמוכה ומאפיינים אחרים.
טכנולוגיית המפתח של ריתוך לייזר בקו ייצור סוללת ליתיום PACK
סוללת ליתיום מכונת ריתוך לייזר קו ייצור מודול אוטומציה של סוללות, כולל בדרך כלל טעינת ליבות, סריקה, בדיקה, ניקוי, מיון, ערימת מודול, זיהוי הערמה וריתוך מודול, זיהוי ריתוך, פריקת מודול ותהליכים אחרים, מערכת העברת החומר, מערכת אדפטיבית, מערכת מיקום ראייה, ניהול ביצוע ייצור MES וכו', היא טכנולוגיית המפתח בכל קו הייצור, אך גם צורת ייצור חשובה להתאמה לאצווה הקטנה ולתמיכה טכנית מרובה מינים.
מערכת העברת חומרים
מטעינת הליבה ועד לפריקת המודול הסופית, כל העברת החומר הושלמה באמצעות מערכת העברת החומר. מערכת העברת החומרים יכולה גם להרחיב את עמדות העבודה בצורה גמישה בהתאם לצרכי ההתאמה של התהליך, וההעברה בין עמדות עבודה שונות אינה מצריכה תפעול אנושי. פלטת המיקום של המודול מגיעה עם מנגנון התאמת גודל המוצר, הניתן להתאמה להידוק של מודולים בגדלים שונים, והיא מתאימה מאוד לצרכי ייצור במגרש קטן ורב מינים.
מערכת אדפטיבית
בתהליך הייצור של מודולי סוללה, סוגי התאים הנפוצים ביותר הם חבילה רכה, מרובעת וגלילית. לאחר ערימת גדלים שונים של תאים לגדלים שונים של מודולים, כל תהליך צריך להיות מותאם עם מערכת אדפטיבית כדי להבטיח את ההצמדה של כל הקו, במיוחד בתהליך הריתוך, שניתן להתאים רק לגדלים שונים של מודולים כדי להשלים את תהליך PACK של מודול.
מערכת אדפטיבית מאמצת קישור שילוב רב צירי כדי ליישם את המיקום המיקום באזור עיבוד המוצר, ומשלימה את עבודת הריתוך ומשדרת לתהליך הבא ללא הגבלה של חומרים נכנסים.
מערכת מיקום חזותית
ניקוי משטח ריתוך של תא הסוללה, סימון מודול, ריתוך חלקים מתכנסים מסתיים בדרך כלל על ידי עיבוד לייזר, הרכבת מודול סוללה, לעתים קרובות עם סובלנות ממדים גדולים, קשה לעמוד בדרישות של עיבוד לייזר על גודל מיקום הפער, וכתוצאה מכך ירידה מהירה באיכות העיבוד.
הכנסת מערכת מיקום ראייה יכולה לענות על הדרישה למיקום מדויק, הדיוק יכול להגיע ל- ±0.05 מ"מ, דרך הראייה של רכישת נתוני הצילום, ולהחזיר את סטיית החומר הנכנס למערכת הבקרה, כך לממש את עמדת העיבוד של מיצוב דיוק גבוה.
מערכת ניהול ביצוע ייצור MES
למערכת MES Manufacturing Execution Management פלטפורמת פיתוח פתוחה, אשר יכולה להשלים את היישום והפיתוח של פרויקט MES בהתאם לצרכי המשתמש בצורה מהירה וזריזה על בסיס הפלטפורמה הבסיסית של המערכת, וכוח האדם צריך רק להנחות את לעבוד בהתאם להוראות הפרמטרים של ה-MES, ולשפר את המידע הקיים על הגדרות הייצור לאחר סטטיסטיקה וניתוח מקיפים בצורת תרשימים וגרפים.
מטעינת הליבה ועד לפריקת המודול הסופית, הפרמטרים, הנתונים ומידע נכנס אחר של כל תהליך ניתנים לשאילתה מהירה ולנתח בזמן באמצעות מערכת MES, מה שבאמת הופך את התהליך לשליטה ויעיל.
חבילת נתוני התהליך בתהליך ריתוך הלייזר משולבת ישירות במערכת MES כדי להקל על המשתמשים להתקשר ולעבור, כל הסט של מערכת MES יכול להפוך ישירות את קו הייצור לסדנת ייצור מעין בלתי מאוישת, ועובדי כפיים צריכים רק לחדש את החומרים בפריפריה, מה שמשפר את הבטיחות.
עם ממשק התקשורת התעשייתי השמור, משתמשים יכולים לא רק לממש ניטור וניהול מרחוק, אלא גם לעגן ביעילות עם ERP ארגוני, ולממש באמת מפעל אינטליגנטי ואינפורמטיבי.
