Im Januar 2023 kündigten mehrere chinesische Unternehmen Expansionspläne für Leistungs- und Energiespeicherbatterien an, mit einem Investitionsvolumen von fast 100 Milliarden Yuan und einer kombinierten Produktionskapazität von 269 GWh. Dies übertrifft die kombinierte Produktion im ersten Halbjahr des Vorjahres (206,4 GWh) und deckt fast den im Vorjahr installierten Inlandsbedarf an Leistungsbatterien (294,6 GWh) ab.
| Unternehmen | Investitionssumme (Mrd.) | Produktionskapazität (GWh) |
| BYD | 10 (geschätzt) | 35 |
| EVE-BATTERIE | 20.8 | 80 |
| Ganfeng Lithium | 15 | 34 |
| BAK-BATTERIE | 13 | 30 |
| Farasis Energy | 10 | 30 |
| Shenghong-Gruppe | 30.6 | 60 |
| Gesamt | 99,4 | 269 |
Datenquelle: China Automotive News, öffentlich zugängliche Netzwerkdaten
Bei der Herstellung von Antriebsbatterien beeinflusst die Stabilität der Schweißnaht am Batteriegehäuse die Zuverlässigkeit und Sicherheit des gesamten Batteriesystems. Das Batteriegehäuse enthält im Wesentlichen organischen Elektrolyten und eine spezielle Membran. Der Deckel beherbergt unter anderem ein explosionsgeschütztes Ventil, Polbolzen, eine Sicherheitskappe und eine Flüssigkeitseinfüllöffnung. Die Schweißnaht zwischen Gehäuse und Deckel stellt hohe Anforderungen, da ihre Qualität die Dichtheit der Batterie direkt beeinflusst. Mangelhafte Schweißnähte können zu Batterieaustritt, Lithiumausfällung und einem nicht normgerechten Erscheinungsbild der Batterie führen.
▲Löten von Lithiumbatterien mit Hartgehäuse
01 Häufige Probleme bei Schweißnähten
1. Mangelhaftes Erscheinungsbild: Schweißnahtfehler, Sandeinschlüsse, Probenneigung
2. Unzureichende Festigkeit und Abdichtung: Unzureichende Verschmelzungstiefe, Risse, große Lufteinschlüsse, die zu Batterieaustritt führen.
02 Prozessanalyse von Schweißnahtproblemen
Laut FTA-Fehleranalyse lassen sich Schweißfehler hauptsächlich auf Mängel in der Schweißnahtqualität und -festigkeit zurückführen. Faktoren für Mängel in der Schweißnahtqualität: Fortschritt des CCD-Scans der Schweißanlage, Art und Durchflussrate des Schutzgases, Sauberkeit der Schweißprobe, Passgenauigkeit und -art der Probe. Faktoren für Mängel in der Schweißnahtfestigkeit und -dichtigkeit: Präzision des Rohmaterials, Aluminiumzusammensetzung und Einfluss der Prozessparameter.
| Einstufung | Fragen | Prozessursachenkategorisierung | Spezifische Gründe |
|
Aussehen | Teilschweißen | Schweißpfad Identifizierung und Positionierung | Der CCD-Bildpositionierungsprozess kann die Merkmale der Probe nicht genau erkennen, was zu abweichenden Schweißtrajektorien, unzureichender Belichtung der Probe durch die Hilfslichtquelle und erhöhten Schwierigkeiten bei der Fotopositionierung führt. |
| Trachom-Luftloch | Das Material selbst und die Schweißumgebung | Zusammensetzung des Aluminiumgehäusematerials, falsche Einstellung der Schutzgasart und -durchflussrate, falsche Abstimmung des oberen Schweißverfahrens und des Schweißspalts zwischen Deckel und Gehäuse, unzureichende Sauberkeit der Seitenschweißung oder des oberen Schweißbereichs. | |
| Ungleichmäßigkeit der Probe | Genauigkeit der Probenmontage | Bei der Schweißmethode für Deckel und Gehäuseoberseite passt der Schweißspalt nicht richtig, wodurch sich beim Schweißprozess Spannungen ansammeln. | |
| Schweißfestigkeit | Batterieleckage | Stichprobenfehler und Einfluss der Schweißparameter | Die Passgenauigkeit von Deckel und Gehäuse ist nicht stabil, und die Prozessparameter sind nicht genau eingestellt. |
03 Die Rolle des Schutzgases
Beim Laserschweißen verhindert das Schutzgas die Oxidation der Metalloberfläche, schützt die Linse und bläst das Plasma ab. Daher müssen Luftstromrichtung, Druck und Durchflussrate kontrolliert werden. Das Schutzgas erzeugt Turbulenzen, die zu Porosität, ungleichmäßigen Schweißnähten und anderen Problemen führen können.
04 Unterschiedliche Gaseigenschaften
Zu den Schutzgasen beim Laserschweißen gehören Helium, Argon und Stickstoff.
Helium: Hoher Ionisierungsgrad, der Laser kann es durchdringen, die gesamte Strahlenergie erreicht die Werkstückoberfläche, geringe Porositätsbildung, aber teuer
Argon ist zwar günstiger als Helium, aber anfälliger für die Ionisierung durch Hochtemperaturplasma. Obwohl es einen besseren Schutz bietet, schirmt es einen Teil der Laserenergie ab und reduziert so die Laserleistung. Die Schweißoberfläche ist bei Verwendung von Helium glatter.
Stickstoff: niedriger Preis, geringe Ionisierung, Schweißquellung reagiert mit einigen Elementen der Aluminiumlegierung und bildet instabile Verbindungen, was die Schweißnahtfestigkeit beeinträchtigt.
05 Analyse des Einflusses unterschiedlicher Schweißbedingungen
Beim Schweißen mit Stickstoff und Argon als Schutzgas ist die Schweißnahtbreite bei Verwendung von Stickstoff ungleichmäßig. Mit Argon hingegen ist die Schweißnahtöffnung glatt, das Schuppenmuster gleichmäßiger und das Erscheinungsbild besser als bei mit Stickstoff geschweißten Produkten. (Siehe Abbildung unten.)
▲Unterschiedliche Wirkung beim Schutzgasschweißen (unterschiedliche Nahtbreitenkonsistenz)
Einfluss der Laserleistung auf den Schweißprozess: Bei gleicher Schweißgeschwindigkeit und gleichem Schutzgas führt eine höhere tatsächliche Laserleistung zu einer schnelleren Schmelze und Verdampfung des Schweißguts, einer erhöhten Fließfähigkeit des Schmelzbades, einer gleichmäßigeren Fischschuppenstruktur der Oberfläche und einer flacheren Schweißnaht. (Siehe Abbildung unten.)
▲Unterschiedliche Schweißleistung (unterschiedliche Oberflächengleichmäßigkeit)
Zusammenfassung
1. Bei der Laserschweißanlage am Einsatzort haben die CCD-Scanpositionierung und die Schweißparameter Einfluss auf das Auftreten von Fehlern beim Teilschweißen.
2. Durch die Wahl der Schutzgasart und der Parametereinstellungen kann die Gleichmäßigkeit der Schweißnaht verbessert, die Sauberkeit des Schweißbereichs sichergestellt, das Eindringen von Fremdstoffen reduziert und die Bildung von Schweißschlacke durch Trachomporosität verringert werden.
3. Eine mechanische Passung bei Spaltpassung ist besser als eine Presspassung. Beim Feldschweißverfahren wird zunächst punktgeschweißt und anschließend kontinuierlich geschweißt. Dadurch lassen sich Probleme mit der Spaltpassung und der Schweißstabilität weitgehend lösen.
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Veröffentlichungsdatum: 03.03.2023
