Sudarea cu laser: contacte sigure între celulele bateriilor pentru stocarea energiei electrice

Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laser ILT a dezvoltat o nouă tehnologie de sudare cu laser pentru celulele termo­sensibile ale bateriilor cilindrice, care este acum gata pentru producția în serie. Din 2009, experții din Aachen, Germania, lucrează la conectarea bateriilor – procesul de conectare a celulelor individuale în grupuri. Aceștia lucrează în prezent alături de alte institute Fraunhofer, în vederea realizării unui pachet complet de baterii.

Procesul de conectare, care este deosebit de important, este realizat cu ajutorul unor rezonatoare laser fibră cu o putere maximă de ieșire de 1 kW. Metoda se numește sudare prin oscilarea fascicolului laser, o tehnologie care aplică un aport precis de energie în baterii.

Acest lucru se realizează prin suprapunerea unei oscilații circulare sau fluctuante a fascicolului laser peste mișcarea de avans. Această modulație locală permite un foarte bun control al procesului de sudare. În plus, le permite oamenilor de știință să efectueze o sudură circulară în partea de sus a bateriilor

 Sudarea a 4.800 de celule

În timp ce metalele sunt topite în cursul procesului de sudare cu laser, o porțiune foarte mică (0,1 până la 0,25 mm) este încălzită pentru scurt timp la o temperatură înaltă, pentru a fi apoi din nou răcită rapid, odată terminat procesul de sudare.

„Să luăm, de exemplu, celulele notebook-urilor. În acest caz, sudăm plăci foarte subțiri de oțel de aliaje de cupru, direct peste un plastic termo­sensibil”, explică Benjamin Mehlmann, expert în micro-asamblarea materialelor metalice din cadrul Institutului Fraunhofer ILT. „Acest lucru este posi­bil  posi­bil deoarece metoda este incredibil de rapidă și introduce o cantitate redusă de energie”.

Aplicațiile preferate pentru aceste celule rotunde includ computerele portabile, uneltele electrice (precum șurubelnițele electrice) și mașinile electrice nestandardizate (precum Tesla Roadster).

Sudarea prin oscilarea fascicolului laser creează contacte electrice sigure între celulele bateriilor. © Fraunhofer ILT, Aachen/Germania

Procesul de sudare prin oscilarea fascicolului laser este în prezent utilizat pentru conectarea a 4.800 de celule standard (fiecare cu un diametru de 18 mm și o înălțime de 65 mm) într-un pachet de baterii adecvat pentru vehiculele electrice.

Oamenii de știință din Aachen sudează celulele în stare încărcată; astfel, având în vedere că celule­le conțin electroliți care nu trebuie să se scurgă, siguranța este extrem de importantă.

Optimizarea procesului de sudare prin oscilarea fascicolului laser

Fraunhofer ILT se află în prezent în faza de validare a proiectului, prin care Mehlmann și echipa sa vor îmbunătăți procesul și îl vor face sigur de utilizat.

 „Este o opţiune interesantă pentru firmele mici şi mijlocii care doresc să utilizeze metoda pentru a dezvolta propriile lor soluţii pentru aplicaţii portabile şi fixe.”

Benjamin Mehlmann, expert în micro-asamblarea materialelor metalice din cadrul Institutului Fraunhofer ILT

Integrarea procesului într-un dispozitiv con­vențional de sudare a benzilor (ribbon bonder) face de asemenea parte din sumar (lipirea cablului bandă -ribbon bonding -este un proces tehnologic de asamblare și conectare pentru lipirea benzii metalice, de obicei cu ajutorul ultrasunetelor, de componentele cu conectare electrică).

Pentru această aplicație, contactul electric dintre baterie și componentele electronice este esențial.

Proiectul a fost dezvoltat cu finanțare din fon­duri publice, Institutul Fraunhofer ILT colaborând cu F & K Delvotec GmbH, o companie cu sediul în Ottobrunn. Prototipul a fost prezentat în cadrul târgului SMT Hybrid Packaging din Nürnberg, Germania.