En unsistema d'emmagatzematge d'energia, la soldadura no és només un procés de fabricació. Forma part del camí elèctric, del camí tèrmic i de l'estructura mecànica. Una soldadura feble pot augmentar la resistència, crear calor local, danyar el rendiment de segellat o reduir la resistència a les vibracions a llarg termini-. Amb anys de càrrega i descàrrega, aquests petits defectes poden convertir-se en un risc real de fiabilitat.
Rendiment elèctric: una bona soldadura significa una menor resistència
Els mòduls de bateries es basen en connexions elèctriques estables entre cèl·lules, pestanyes, barres, terminals i col·lectors de corrent. En aquestes àrees, la qualitat de la soldadura afecta directament la resistència de contacte i l'eficiència de transmissió de corrent.
Els mètodes comuns inclouen la soldadura per ultrasons, la soldadura làser, la soldadura per resistència i la unió per difusió. Els estudis sobre la unió de cèl·lules de la bateria mostren que la soldadura per punts de resistència, la soldadura per ultrasons i la soldadura per làser tenen característiques de rendiment diferents en termes d'entrada de calor, resistència mecànica i resistència de contacte elèctric. És per això que la selecció de soldadura ha de coincidir amb el material, el nivell actual i el disseny del mòdul.
Soldadura per ultrasonss'utilitza àmpliament per a les pestanyes de la bateria i les connexions de paper d'alumini. Uneix metalls en un procés-sòlid mitjançant vibracions i pressió d'alta-freqüència, ajudant a crear connexions de baixa-resistència sense una entrada de calor excessiva. Les investigacions recents també destaquen la importància d'avaluar tant la resistència elèctrica com el comportament tèrmic de les juntes d'ultrasons-a-de barres colectores, especialment per a combinacions de coure i alumini.
Soldadura per làsers'utilitza sovint per a barres, terminals i interconnexions de mòduls. En comparació amb la subjecció mecànica o la soldadura per resistència mal controlada, la soldadura làser pot proporcionar una unió precisa i consistent amb baixa resistència de contacte i bona resistència mecànica. La investigació sobre els contactes elèctrics de la bateria-soldats per làser ha demostrat que es poden aconseguir juntes de baixa-resistència i alta-resistencia mentre es controla l'entrada de calor a la cel·la de la bateria.
Per contra, la soldadura per resistència mal controlada pot provocar esquitxades, fusió insuficient o juntes febles. Una vegada que una soldadura té una alta resistència de contacte, la generació de calor augmenta amb un corrent elevat. Això pot crear un cicle negatiu: una major resistència provoca més calor, més calor accelera l'oxidació i l'oxidació augmenta encara més la resistència. En casos greus, això pot provocar un sobreescalfament local, un desequilibri del mòdul o una fallada de connexió.
Resistència mecànica: els equips ESS han de sobreviure a anys d'estrès
Els sistemes d'emmagatzematge d'energia estan exposats a vibracions del transport, estrès d'instal·lació, cicles de temperatura i operacions de descàrrega de-càrrega-a llarg termini. Una soldadura que passa una simple comprovació d'aparença encara pot fallar després d'una expansió i contracció tèrmica repetides.
La soldadura làser pot proporcionar juntes-d'alta resistència quan els paràmetres estan ben controlats. Per a les interconnexions de la bateria, la clau no només és la força de la soldadura, sinó també la consistència. El mateix mòdul pot contenir centenars o milers de punts de soldadura. Un petit percentatge de soldadures febles es pot convertir en un problema de fiabilitat-del sistema.
Per a estructures d'alumini grans, com ara armaris ESS, safates de bateries i peces de refrigeració líquida-, la soldadura amb agitació per fricció ofereix avantatges en la resistència a la fatiga i la qualitat de segellat. Les aplicacions industrials de FSW a les carcasses de les bateries posen l'accent en una menor distorsió, menys porus o esquerdes i un rendiment fort de les articulacions, que són valuosos per als dissenys d'ESS lleugers i de llarga-vida.
Les juntes soldades o soldades tradicionals poden patir esquerdes per fatiga durant un cicle tèrmic a llarg termini, especialment quan diferents materials s'expandeixen a diferents ritmes. El creixement del compost intermetàl·lic, les fases fràgils o la fatiga de la soldadura poden reduir gradualment la fiabilitat de les articulacions. És per això que la unió d'estat sòlid-d'alta-qualitat i la soldadura làser-ben controlada són cada cop més habituals en la fabricació avançada de bateries i ESS.
.
Gestió tèrmica: els defectes de soldadura poden bloquejar el camí de la calor
En equips ESS{0}}d'alta potència, la soldadura també està estretament relacionada amb la dissipació de calor. Els dispositius d'alimentació, les barres colectores, les plaques de refrigeració i els canals de refrigeració de líquid-depenen d'un contacte tèrmic estable i d'una integritat estructural.
Per a l'electrònica de potència com els mòduls IGBT i SiC, els processos de soldadura i reflux són crítics perquè els buits a la capa de soldadura poden augmentar la resistència tèrmica. En aplicacions d'alta-potència, un buit excessiu pot reduir l'eficiència de la transferència de calor i fer que la temperatura del dispositiu augmenti més ràpidament. És per això que la soldadura per refluig al buit i els processos de soldadura controlats s'utilitzen sovint per reduir els buits i millorar el rendiment tèrmic.
Per a plaques de refrigeració líquida-i estructures d'alumini,soldadura làserisoldadura amb agitació per fricciósón cada cop més importants. La soldadura per làser proporciona una costura de soldadura estreta i una petita -zona afectada per la calor, que ajuda a controlar la deformació i mantenir la planitud de la superfície. Això és important perquè una mala planitud pot augmentar la resistència tèrmica de la interfície entre la placa de refrigeració i el mòdul de la bateria.
Soldadura amb agitació per fricció, o FSW, és un procés d'unió-sòlid. S'utilitza habitualment per a safates de bateries d'alumini, plaques de refrigeració i carcasses estructurals. Com que el material s'uneix sense fondre, FSW pot reduir defectes com ara porus i esquerdes, millorar la fiabilitat del segellat i reduir la distorsió en comparació amb alguns mètodes tradicionals de soldadura per fusió.
Si no es controla l'entrada de calor de soldadura, el risc no és només una mala dissipació de calor. L'excés de calor també pot danyar les cèl·lules de la bateria properes, els materials d'aïllament, les reixetes de seguretat, els segells o les estructures internes. En un producte ESS dissenyat per a un funcionament a llarg-exterior, això pot escurçar la vida útil i augmentar el risc de seguretat.
Segellat i resistència al medi ambient: l'ESS a l'aire lliure necessita més que força
Molts productes ESS s'instal·len a l'exterior, on s'enfronten a la humitat, la boira salina, la pols, la pluja i grans diferències de temperatura. La qualitat de la soldadura afecta no només el rendiment elèctric, sinó també la vida útil del segellat i la resistència a la corrosió.
Una-soldadura d'alta qualitat pot ajudar a mantenir l'estanquitat i reduir el risc que la humitat entri a les parts sensibles. Per a carcasses de bateries, plaques de refrigeració i tancaments elèctrics, les micro-esquerdes o les soldadures incompletes poden permetre la intrusió d'humitat, les fuites de refrigerant o la corrosió. Un cop la corrosió arriba a un terminal de senyal, una barra colectora o un circuit de detecció, pot provocar un control anormal, una pèrdua d'eficiència o l'aturada del sistema.
La soldadura làser s'utilitza sovint quan es requereix precisió, segellat i baixa deformació. La soldadura per ultrasons també és valuosa en algunes aplicacions de muntatge electrònic i de precisió perquè pot unir materials sense grans danys tèrmics.
La soldadura mal controlada, però, pot introduir partícules metàl·liques, esquerdes, porus o zones de segellat febles. En components elèctrics, les partícules soltes o la contaminació interna poden augmentar el risc de curtcircuits. A les estructures de refrigeració líquida-, els defectes de soldadura poden provocar fuites de refrigerant o micro-canals bloquejats, afectant tot el sistema de gestió tèrmica.
Com avaluar la qualitat de la soldadura en la fabricació d'ESS
Per als compradors d'ESS, la qualitat de la soldadura és difícil de jutjar des de l'exterior. Un producte d'aspecte net-no sempre vol dir que el procés de soldadura intern sigui fiable. Els bons fabricants solen controlar la qualitat de la soldadura mitjançant el disseny del procés, les proves i la traçabilitat.
Els elements clau d'avaluació inclouen:
Rendiment elèctric:resistència de contacte, continuïtat elèctrica, augment de temperatura sota càrrega.
Rendiment mecànic:resistència a la tracció, resistència a la cisalla, resistència al pelat, resistència a la fatiga i resistència a la vibració.
Rendiment tèrmic:taxa de buit de soldadura, resistència tèrmica de la interfície, planitud de la placa de refrigeració i estabilitat de la transferència de calor.
Rendiment de segellat:Proves de fuites d'heli, proves d'estanqueïtat, proves de pressió de refrigerant i resistència a la corrosió.
Control de processos:supervisió dels paràmetres de soldadura, inspecció visual, mostreig destructiu, inspecció de raigs X-, proves d'ultrasons i traçabilitat total de la producció.
En la fabricació de bateries, la supervisió-en temps real és cada cop més important. Per exemple, la investigació sobre la supervisió de l'estat de les màquines de soldadura per ultrasons mostra que la monitorització basada en dades-pot ajudar a classificar les condicions de les eines i donar suport al control de qualitat precoç en la producció de bateries de liti.
Què significa això per als compradors d'ESS
Per a un projecte d'emmagatzematge d'energia, la qualitat de la soldadura afecta més que el rendiment de la fàbrica. Afecta a-la seguretat, els costos de manteniment i la disponibilitat del sistema a llarg termini.
Un producte ESS de baix cost-pot semblar des de l'exterior, però els problemes de soldadura ocults poden provocar una major resistència, una generació de calor desigual, fuites de refrigerant, un segellat deficient o un error de connexió primerenc. És possible que aquests problemes no apareguin durant la inspecció de lliurament. Sovint apareixen després de mesos o anys de funcionament, especialment en condicions d'exterior intens, altes temperatures, vibracions o humits.
És per això que l'adquisició d'ESS no només hauria de comparar la capacitat de la cèl·lula i el preu del gabinet. Els compradors també haurien de preguntar com el fabricant controla la soldadura de mòduls, la soldadura de barres, la soldadura de plaques de refrigeració i la soldadura estructural.
L'ESS fiable parteix de connexions fiables
La fabricació moderna d'emmagatzematge d'energia s'està allunyant dels mètodes de soldadura que tenen més probabilitats de produir buits, resistència de contacte inestable i fatiga tèrmica. Per a les connexions elèctriques del nucli, la soldadura per ultrasons, la unió per difusió i la soldadura per làser s'utilitzen àmpliament depenent del material i l'estructura. Per a peces de gestió tèrmica i plaques de refredament de líquid-, el reflujo al buit, la soldadura per làser i la soldadura per fricció són cada cop més importants. Per a carcasses d'alumini i peces estructurals, FSW ofereix un gran potencial per a dissenys lleugers i d'alta-fiabilitat.
En resum, la soldadura no és un petit detall. És un dels fonaments ocults de la seguretat i la vida útil de l'ESS. Un sistema d'emmagatzematge d'energia fiable no només depèn d'unes bones cèl·lules i un disseny intel·ligent de BMS, sinó també de totes les connexions estables, de baixa-resistència, ben-segellades i mecànicament sòlides dins del sistema.
A SINELINK, prestem molta atenció a la qualitat de fabricació, la seguretat elèctrica, la fiabilitat estructural i el rendiment del projecte-a llarg termini. Per als productes d'emmagatzematge d'energia, la qualitat dels processos interns com ara la soldadura, el muntatge, el disseny tèrmic i la inspecció és tan important com les especificacions visibles del producte. Així és com ajudem els clients a crear solucions d'emmagatzematge d'energia més segures, més fiables i més duradores-.