에에너지 저장 시스템, 용접은 단순한 제조 공정이 아닙니다. 이는 전기 경로, 열 경로 및 기계 구조의 일부입니다. 용접이 약하면 저항이 증가하고 국부적인 열이 발생하며 밀봉 성능이 손상되거나 장기적인-진동 저항이 감소할 수 있습니다. 수년에 걸쳐 충전 및 방전하면 이러한 작은 결함이 실제 신뢰성 위험이 될 수 있습니다.
전기적 성능: 좋은 용접은 더 낮은 저항을 의미합니다
배터리 모듈은 셀, 탭, 모선, 단자 및 전류 수집기 간의 안정적인 전기 연결에 의존합니다. 이러한 영역에서 용접 품질은 접촉 저항과 전류 전달 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.
일반적인 방법에는 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 및 확산 접합이 있습니다. 배터리 셀 접합에 대한 연구에 따르면 저항 점 용접, 초음파 용접 및 레이저 용접은 모두 열 입력, 기계적 강도 및 전기 접촉 저항 측면에서 서로 다른 성능 특성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 이것이 바로 용접 선택이 재료, 전류 수준 및 모듈 설계와 일치해야 하는 이유입니다.
초음파 용접배터리 탭 및 호일 연결에 널리 사용됩니다. 이는 고주파-진동 및 압력을 통해 고체 상태 공정에서 금속을 결합하여 과도한 열 입력 없이 낮은 저항-연결을 생성하는 데 도움이 됩니다. 최근 연구에서는 특히 구리와 알루미늄 조합의 경우 초음파 탭-과 버스바 접합부에서-전기 저항과 열 거동을 모두 평가하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다.
레이저 용접버스 바, 터미널 및 모듈 상호 연결에 자주 사용됩니다. 기계적 체결이나 제대로 제어되지 않은 저항 용접과 비교하여 레이저 용접은 접촉 저항이 낮고 기계적 강도가 우수한 정밀하고 일관된 접합을 제공할 수 있습니다. 레이저-용접 배터리 전기 접점에 대한 연구에 따르면 배터리 셀로의 열 입력을 제어하면서 낮은-저항과 높은-강도 접합을 달성할 수 있는 것으로 나타났습니다.
대조적으로, 저항 용접을 제대로 제어하지 않으면 스패터, 불충분한 융착 또는 약한 접합이 발생할 수 있습니다. 용접부의 접촉 저항이 높아지면 고전류에서 발열이 증가합니다. 이는 부정적인 순환을 만들 수 있습니다. 저항이 높을수록 열이 더 많이 발생하고 열이 높을수록 산화가 가속화되며 산화는 저항을 더욱 증가시킵니다. 심각한 경우에는 국부적인 과열, 모듈 불균형 또는 연결 실패로 이어질 수 있습니다.
기계적 강도: ESS 장비는 수년간의 스트레스를 견뎌야 합니다.
에너지 저장 시스템은 운송 진동, 설치 스트레스, 온도 순환 및 장기-충전-방전 작업에 노출됩니다. 간단한 외관 검사를 통과한 용접이라도 열팽창과 수축이 반복되면 여전히 실패할 수 있습니다.
레이저 용접은 매개변수가 잘 제어될 때 고강도 접합을 제공할 수 있습니다.{0}} 배터리 상호 연결의 핵심은 용접 강도뿐 아니라 일관성입니다. 동일한 모듈에는 수백 또는 수천 개의 용접 점이 포함될 수 있습니다. 약한 용접 부분 중 일부는 시스템-수준 신뢰성 문제가 될 수 있습니다.
ESS 캐비닛, 배터리 트레이 및 액체{0}}냉각 부품과 같은 대형 알루미늄 구조물의 경우 마찰 교반 용접은 피로 저항 및 밀봉 품질에 이점을 제공합니다. 업계에서 배터리 하우징에 FSW를 적용하는 경우 왜곡 감소, 기공이나 균열 감소, 강력한 접합 성능이 강조되는데, 이는 가볍고 수명이 긴 ESS 설계에 유용합니다.{2}}
기존의 납땜 또는 브레이징 접합부는 장기간의 열 순환으로 인해 피로 균열이 발생할 수 있으며, 특히 다양한 재료가 서로 다른 속도로 팽창하는 경우 더욱 그렇습니다. 금속간 화합물 성장, 취성 상 또는 납땜 피로는 접합 신뢰성을 점차적으로 감소시킬 수 있습니다. 이것이 바로 고급 배터리 및 ESS 제조에서 고품질의-고품질 솔리드스테이트 접합과 잘 제어된-레이저 용접이 점점 일반화되는 이유입니다.
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열 관리: 용접 결함으로 인해 열 경로가 차단될 수 있음
고전력-ESS 장비에서 용접은 열 방출과도 밀접한 관련이 있습니다. 전원 장치, 부스바, 냉각판 및 액체{2}}냉각 채널은 모두 안정적인 열 접촉과 구조적 무결성에 의존합니다.
IGBT 및 SiC 모듈과 같은 전력 전자 장치의 경우 납땜 층의 보이드가 열 저항을 증가시킬 수 있으므로 납땜 및 리플로우 공정이 중요합니다. 고전력 애플리케이션에서 과도한 보이딩은 열 전달 효율을 감소시키고 장치 온도를 더 빠르게 상승시킬 수 있습니다. 이것이 진공 리플로우 납땜 및 제어 납땜 공정이 보이드를 줄이고 열 성능을 향상시키는 데 자주 사용되는 이유입니다.
액체-냉각판 및 알루미늄 구조물의 경우,레이저 용접그리고마찰교반용접점점 중요해지고 있습니다. 레이저 용접은 좁은 용접 이음새와 작은 열 영향 영역을 제공하므로 변형을 제어하고 표면 평탄도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 평탄도가 낮으면 냉각판과 배터리 모듈 사이의 인터페이스 열 저항이 증가할 수 있으므로 이는 중요합니다.
마찰교반용접, 또는 FSW는 솔리드 스테이트 결합 프로세스입니다.- 일반적으로 알루미늄 배터리 트레이, 냉각판 및 구조용 하우징에 사용됩니다. 재료가 녹지 않고 접합되기 때문에 FSW는 기공 및 균열과 같은 결함을 줄이고 밀봉 신뢰성을 향상시키며 일부 기존 융합 용접 방법에 비해 뒤틀림을 줄일 수 있습니다.
용접 열 입력이 제어되지 않으면 위험은 열 방출 불량뿐이 아닙니다. 과도한 열은 근처의 배터리 셀, 절연재, 안전 통풍구, 씰 또는 내부 구조를 손상시킬 수도 있습니다. 장기간 실외 작동을 위해 설계된 ESS 제품의 경우-이로 인해 서비스 수명이 단축되고 안전 위험이 증가할 수 있습니다.
밀봉 및 내환경성: 실외 ESS에는 강도 이상의 것이 필요합니다.
많은 ESS 제품은 습기, 염수, 먼지, 비, 온도차가 큰 옥외에 설치됩니다. 용접 품질은 전기적 성능뿐만 아니라 밀봉 수명과 내식성에도 영향을 미칩니다.
고품질-용접은 기밀성을 유지하고 습기가 민감한 부품에 들어갈 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다. 배터리 하우징, 냉각판 및 전기 인클로저의 경우 미세한-균열이나 불완전한 용접으로 인해 습기 침투, 냉각수 누출 또는 부식이 발생할 수 있습니다. 부식이 신호 단자, 부스바 또는 감지 회로에 도달하면 비정상적인 모니터링, 효율성 손실 또는 시스템 종료가 발생할 수 있습니다.
레이저 용접은 정밀도, 밀봉 및 낮은 변형이 요구되는 곳에 자주 사용됩니다. 초음파 용접은 큰 열 손상 없이 재료를 결합할 수 있기 때문에 일부 전자 및 정밀 조립 응용 분야에서도 유용합니다.
그러나 용접을 잘못 제어하면 금속 입자, 균열, 기공 또는 약한 밀봉 영역이 발생할 수 있습니다. 전기 부품의 경우 느슨한 입자나 내부 오염으로 인해 단락 위험이 높아질 수 있습니다. 액체{2}}냉각 구조에서 용접 결함으로 인해 냉각수 누출이나 마이크로{3}}채널 막힘이 발생하여 전체 열 관리 시스템에 영향을 줄 수 있습니다.
ESS 제조에서 용접 품질을 평가하는 방법
ESS 구매자 입장에서는 용접 품질을 외부에서 판단하기 어렵다. 깔끔한-제품 외관이 항상 내부 용접 공정이 신뢰할 수 있다는 것을 의미하는 것은 아닙니다. 우수한 제조업체는 일반적으로 프로세스 설계, 테스트 및 추적성을 통해 용접 품질을 관리합니다.
주요 평가 항목은 다음과 같습니다.
전기적 성능:접촉 저항, 전기 연속성, 부하 시 온도 상승.
기계적 성능:인장 강도, 전단 강도, 박리 강도, 피로 저항 및 진동 저항.
열 성능:솔더 보이드율, 인터페이스 열 저항, 냉각판 평탄도 및 열 전달 안정성.
밀봉 성능:헬륨 누출 테스트, 기밀 테스트, 냉각수 압력 테스트 및 내식성.
프로세스 제어:용접 매개변수 모니터링, 육안 검사, 파괴 샘플링, X-레이 검사, 초음파 테스트 및 전체 생산 추적성.
배터리 제조에서는 실시간-모니터링이 더욱 중요해지고 있습니다. 예를 들어, 초음파 용접기 상태 모니터링에 대한 연구에 따르면 데이터{2}} 기반 모니터링이 도구 상태를 분류하고 리튬 배터리 생산 시 초기 품질 관리를 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다.
ESS 구매자에게 이것이 의미하는 바
에너지 저장 프로젝트의 경우 용접 품질은 공장 수율보다 더 많은 영향을 미칩니다. 이는 장기적인-안전, 유지 관리 비용 및 시스템 가용성에 영향을 미칩니다.
저가-ESS 제품은 겉보기에는 비슷해 보일 수 있지만 숨겨진 용접 문제로 인해 저항 증가, 발열 불균일, 냉각수 누출, 밀봉 불량 또는 조기 연결 불량이 발생할 수 있습니다. 배송검사 중에는 이러한 문제가 나타나지 않을 수도 있습니다. 이는 특히 고전류, 고온, 진동 또는 습한 실외 조건에서 몇 달 또는 몇 년 동안 작동한 후에 나타나는 경우가 많습니다.
그렇기 때문에 ESS 구매 시 셀 용량과 캐비닛 가격만 비교해서는 안 됩니다. 구매자는 또한 제조업체가 모듈 용접, 모선 용접, 냉각판 용접 및 구조용 용접을 어떻게 제어하는지 물어봐야 합니다.
안정적인 ESS는 안정적인 연결에서 시작됩니다
현대 에너지 저장 장치 제조에서는 보이드, 불안정한 접촉 저항 및 열 피로를 생성할 가능성이 더 높은 용접 방법에서 벗어나고 있습니다. 심선 전기접속에는 재질과 구조에 따라 초음파용접, 확산접합, 레이저용접 등이 널리 사용된다. 열 관리 부품 및 액체{2}}냉각판의 경우 진공 리플로우, 레이저 용접 및 마찰 교반 용접이 점점 더 중요해지고 있습니다. 알루미늄 하우징 및 구조 부품의 경우 FSW는 경량 및 고신뢰성 설계에 대한 강력한 잠재력을 제공합니다.-
즉, 용접은 작은 세부 사항이 아닙니다. ESS의 안전성과 수명을 좌우하는 숨은 기초 중 하나입니다. 안정적인 에너지 저장 시스템은 좋은 셀과 스마트한 BMS 설계뿐만 아니라 시스템 내부의 모든 안정적이고 낮은-저항, 잘 밀봉된-기계적으로 강력한 연결에 달려 있습니다.
SINELINK에서는 제조 품질, 전기 안전, 구조적 신뢰성 및 장기 프로젝트 성과에 세심한 주의를 기울이고 있습니다.- 에너지 저장장치 제품의 경우 눈에 보이는 제품 사양만큼 용접, 조립, 열 설계, 검사 등 내부 프로세스의 품질이 중요합니다. 이것이 바로 우리가 고객이 더 안전하고 안정적이며 오래 지속되는-에너지 저장 솔루션을 구축하도록 돕는 방법입니다.