U ansustav za pohranu energije, zavarivanje nije samo proizvodni proces. Dio je električnog puta, toplinskog puta i mehaničke strukture. Slab zavar može povećati otpornost, stvoriti lokalnu toplinu, oštetiti učinkovitost brtvljenja ili smanjiti dugoročnu-otpornost na vibracije. Tijekom godina punjenja i pražnjenja, ti mali nedostaci mogu postati stvarni rizici za pouzdanost.
Električna izvedba: dobar zavar znači manji otpor
Baterijski moduli oslanjaju se na stabilne električne veze između ćelija, jezičaka, sabirnica, terminala i kolektora struje. U tim područjima kvaliteta zavarivanja izravno utječe na kontaktni otpor i učinkovitost prijenosa struje.
Uobičajene metode uključuju ultrazvučno zavarivanje, lasersko zavarivanje, otporno zavarivanje i difuzijsko lijepljenje. Studije o spajanju baterijskih ćelija pokazuju da otporno točkasto zavarivanje, ultrazvučno zavarivanje i lasersko zavarivanje imaju različite karakteristike izvedbe u smislu unosa topline, mehaničke čvrstoće i otpora električnog kontakta. Zbog toga izbor zavarivanja mora odgovarati materijalu, razini struje i dizajnu modula.
Ultrazvučno zavarivanjenaširoko se koristi za baterije i spojeve folije. Spaja metale u-postupku čvrstog stanja putem visoko-vibracije i pritiska, pomažući u stvaranju spojeva niskog-otpora bez pretjeranog unosa topline. Nedavna istraživanja također naglašavaju važnost procjene i električnog otpora i toplinskog ponašanja u ultrazvučnim spojevima jezičaka-na-sabirnice, posebno za kombinacije bakra i aluminija.
Lasersko zavarivanječesto se koristi za sabirnice, terminale i međusobno povezivanje modula. U usporedbi s mehaničkim pričvršćivanjem ili slabo kontroliranim otpornim zavarivanjem, lasersko zavarivanje može pružiti precizan, dosljedan spoj s malim kontaktnim otporom i dobrom mehaničkom čvrstoćom. Istraživanje laserski{2}}zavarenih električnih kontakata baterije pokazalo je da se spojevi male-otpornosti i visoke-čvrstoće mogu postići dok se kontrolira unos topline u ćeliju baterije.
Nasuprot tome, slabo kontrolirano otporno zavarivanje može uzrokovati prskanje, nedovoljnu fuziju ili slabe spojeve. Nakon što zavar ima visok kontaktni otpor, stvaranje topline se povećava pod visokom strujom. To može stvoriti negativan ciklus: veći otpor uzrokuje više topline, više topline ubrzava oksidaciju, a oksidacija dodatno povećava otpor. U ozbiljnim slučajevima to može dovesti do lokalnog pregrijavanja, disbalansa modula ili kvara veze.
Mehanička čvrstoća: ESS oprema mora preživjeti godine stresa
Sustavi za pohranjivanje energije izloženi su transportnim vibracijama, naprezanju ugradnje, promjenama temperature i dugotrajnom-punjenju-pražnjenju. Zavar koji prođe jednostavnu provjeru izgleda ipak može pokvariti nakon ponovljenog toplinskog širenja i skupljanja.
Lasersko zavarivanje može pružiti-spojeve visoke čvrstoće kada su parametri dobro kontrolirani. Za međusobno povezivanje baterija, ključ nije samo čvrstoća zavara, već i dosljednost. Isti modul može sadržavati stotine ili tisuće zavarenih točaka. Mali postotak slabih zavara može postati-problem pouzdanosti na razini sustava.
Za velike aluminijske konstrukcije kao što su ESS ormarići, police za baterije i dijelovi-za hlađenje tekućinom, zavarivanje trenjem s miješanjem nudi prednosti u otpornosti na zamor i kvaliteti brtvljenja. Industrijske primjene FSW-a u kućištima baterija naglašavaju manje izobličenje, manje pora ili pukotina i snažnu izvedbu spojeva, što je dragocjeno za lagane i-trajne ESS dizajne.
Tradicionalni lemljeni spojevi mogu se suočiti s pucanjem uslijed dugotrajnog-termalnog ciklusa, osobito kada se različiti materijali šire različitim brzinama. Rast intermetalnih spojeva, krte faze ili zamor lemljenja mogu postupno smanjiti pouzdanost spoja. Zbog toga su visoko{3}}kvalitetno-spajanje u čvrstom stanju i dobro-kontrolirano lasersko zavarivanje sve češći u naprednoj proizvodnji baterija i ESS-a.
.
Upravljanje toplinom: kvarovi zavarivanja mogu blokirati toplinski put
U-snažnoj ESS opremi zavarivanje je također usko povezano s rasipanjem topline. Uređaji za napajanje, sabirnice, rashladne ploče i kanali-za hlađenje tekućinom ovise o stabilnom toplinskom kontaktu i strukturnom integritetu.
Za energetsku elektroniku kao što su IGBT i SiC moduli, procesi lemljenja i reflowa su kritični jer praznine u sloju lema mogu povećati toplinski otpor. U aplikacijama velike -napone, prekomjerno pražnjenje može smanjiti učinkovitost prijenosa topline i uzrokovati brži porast temperature uređaja. Zbog toga se lemljenje u vakuumu i kontrolirani procesi lemljenja često koriste za smanjenje šupljina i poboljšanje toplinske učinkovitosti.
Za tekući-rashladne ploče i aluminijske strukture,lasersko zavarivanjeizavarivanje trenjem s miješanjemsu sve važnije. Lasersko zavarivanje daje uski zavareni šav i malu zonu-zahvaćene toplinom, što pomaže u kontroli deformacije i održavanju ravnosti površine. Ovo je važno jer loša ravnost može povećati toplinski otpor sučelja između rashladne ploče i baterijskog modula.
Zavarivanje trenjem s miješanjemili FSW je-proces spajanja u čvrstom stanju. Obično se koristi za aluminijske police za baterije, rashladne ploče i strukturna kućišta. Budući da se materijal spaja bez taljenja, FSW može smanjiti nedostatke poput pora i pukotina, poboljšati pouzdanost brtvljenja i smanjiti izobličenje u usporedbi s nekim tradicionalnim metodama zavarivanja topljenjem.
Ako unos topline za zavarivanje nije kontroliran, rizik nije samo slabo odvođenje topline. Prekomjerna toplina također može oštetiti obližnje baterije, izolacijske materijale, sigurnosne otvore, brtve ili unutarnje strukture. U ESS proizvodu dizajniranom za-dugotrajni rad na otvorenom, to može skratiti vijek trajanja i povećati sigurnosni rizik.
Brtvljenje i otpornost na okoliš: vanjski ESS treba više od snage
Mnogi ESS proizvodi postavljaju se na otvorenom, gdje su izloženi vlazi, slanoj magli, prašini, kiši i velikim temperaturnim razlikama. Kvaliteta zavarivanja ne utječe samo na električnu izvedbu, već i na životni vijek brtvljenja i otpornost na koroziju.
Visoko{0}}kvalitetni zavar može pomoći u održavanju nepropusnosti i smanjiti rizik od prodora vlage u osjetljive dijelove. Za kućišta baterija, rashladne ploče i električna kućišta, mikro-pukotine ili nepotpuni varovi mogu dopustiti prodor vlage, curenje rashladne tekućine ili koroziju. Jednom kada korozija dosegne signalni terminal, sabirnicu ili senzorski krug, može uzrokovati abnormalno praćenje, gubitak učinkovitosti ili isključivanje sustava.
Lasersko zavarivanje se često koristi tamo gdje su potrebni preciznost, brtvljenje i mala deformacija. Ultrazvučno zavarivanje također je vrijedno u nekim elektroničkim i preciznim montažnim aplikacijama jer može spojiti materijale bez velikih toplinskih oštećenja.
Loše kontrolirano zavarivanje, međutim, može dovesti do pojave metalnih čestica, pukotina, pora ili područja slabog brtvljenja. U električnim komponentama, labave čestice ili unutarnja kontaminacija mogu povećati rizik od kratkog spoja. U strukturama za-hlađenje tekućinom, nedostaci zavarivanja mogu dovesti do curenja rashladne tekućine ili blokiranih mikro-kanala, što utječe na cijeli sustav upravljanja toplinom.
Kako procijeniti kvalitetu zavarivanja u proizvodnji ESS-a
Za kupce ESS-a, kvalitetu zavarivanja je teško procijeniti izvana. Čist-proizvod ne znači uvijek da je unutarnji postupak zavarivanja pouzdan. Dobri proizvođači obično kontroliraju kvalitetu zavarivanja kroz dizajn procesa, ispitivanje i sljedivost.
Ključne stavke evaluacije uključuju:
Električna izvedba:kontaktni otpor, električni kontinuitet, porast temperature pod opterećenjem.
Mehanička izvedba:vlačna čvrstoća, čvrstoća na smicanje, čvrstoća na ljuštenje, otpornost na zamor i otpornost na vibracije.
Toplinska izvedba:stopa pražnjenja lema, toplinski otpor sučelja, ravnost rashladne ploče i stabilnost prijenosa topline.
Učinak brtvljenja:ispitivanje curenja helijem, ispitivanje zrakonepropusnosti, ispitivanje tlaka rashladne tekućine i otpornost na koroziju.
Kontrola procesa:praćenje parametara zavarivanja, vizualni pregled, destruktivno uzorkovanje, pregled rendgenskim zrakama, ultrazvučno ispitivanje i potpuna sljedivost proizvodnje.
U proizvodnji baterija,-praćenje u stvarnom vremenu postaje sve važnije. Na primjer, istraživanje ultrazvučnog nadzora stanja stroja za zavarivanje pokazuje da nadzor-pokretan podacima može pomoći u klasifikaciji stanja alata i podržati ranu kontrolu kvalitete u proizvodnji litijskih baterija.
Što to znači za ESS kupce
Za projekt skladištenja energije kvaliteta zavarivanja utječe više od tvorničkog učinka. Utječe na dugoročnu-sigurnost, troškove održavanja i dostupnost sustava.
Nisko{0}}cjenovni ESS proizvod može izgledati slično izvana, ali skriveni problemi zavarivanja mogu dovesti do većeg otpora, neravnomjernog stvaranja topline, curenja rashladne tekućine, lošeg brtvljenja ili ranog kvara spoja. Ovi se problemi možda neće pojaviti tijekom pregleda isporuke. Često se pojavljuju nakon mjeseci ili godina rada, posebno pod jakom strujom, visokom temperaturom, vibracijama ili vlažnim vanjskim uvjetima.
Zato nabava ESS-a ne bi trebala uspoređivati samo kapacitet ćelije i cijenu ormara. Kupci bi također trebali pitati kako proizvođač kontrolira zavarivanje modula, zavarivanje sabirnica, zavarivanje rashladne ploče i zavarivanje konstrukcije.
Pouzdan ESS počinje od pouzdanih veza
Suvremena proizvodnja za pohranu energije udaljava se od metoda zavarivanja koje će vjerojatnije stvarati šupljine, nestabilni kontaktni otpor i toplinski zamor. Za električne spojeve jezgre naširoko se koriste ultrazvučno zavarivanje, difuzijsko lijepljenje i lasersko zavarivanje, ovisno o materijalu i strukturi. Za dijelove za upravljanje toplinom i ploče za-hlađenje tekućinom, vakuumsko reflow, lasersko zavarivanje i zavarivanje trenjem s miješanjem postaju sve važniji. Za aluminijska kućišta i strukturne dijelove, FSW nudi veliki potencijal za lagane i visoko-pouzdane dizajne.
Ukratko, zavarivanje nije mali detalj. To je jedan od skrivenih temelja sigurnosti i životnog vijeka ESS-a. Pouzdan sustav za pohranu energije ne ovisi samo o dobrim ćelijama i pametnom BMS dizajnu, već i o svakoj stabilnoj,-otpornosti, dobro-zabrtvljenoj i mehanički snažnoj vezi unutar sustava.
U SINELINK-u veliku pozornost posvećujemo kvaliteti proizvodnje, električnoj sigurnosti, strukturnoj pouzdanosti i dugoročnoj-izvedbi projekta. Za proizvode za pohranu energije, kvaliteta unutarnjih procesa kao što su zavarivanje, montaža, toplinski dizajn i inspekcija jednako je važna kao i vidljive specifikacije proizvoda. Ovo je način na koji pomažemo kupcima izgraditi sigurnija, pouzdanija i dugotrajnija-rješenja za pohranu energije.