Aplicación de TRUMPF: soldadura de barras colectoras, celdas de batería

El reto: una fabricación rentable, y fiable en cuanto a los procesos, de baterías de iones de litio de alto rendimiento para la electromovilidad

Actualmente, en la construcción de coches eléctricos, se utilizan casi exclusivamente baterías de iones de litio basadas en electrolitos. Las composiciones alternativas, como las baterías de material sólido u otros componentes químicos, todavía no han alcanzado la madurez industrial necesaria.

La producción de baterías de iones de litio es un proceso muy complejo y sensible que implica unos costes de material y energía muy elevados. Por eso, el proceso de fabricación debe realizarse de forma muy eficiente con grandes cantidades de piezas y la mínima cantidad de desechos. El objetivo principal del sector de las baterías es conseguir una elevada densidad energética gravimétrica (Wh/kg) y una elevada autonomía, lo cual se refleja directamente en la autonomía de los coches eléctricos. Además, es necesario desarrollar y construir celdas de batería que cumplan los altos requisitos de la industria automovilística en relación con la seguridad, el rendimiento y la vida útil. El láser como útil ofrece ventajas inigualables en cuanto a fiabilidad en los procesos, precisión y rendimiento.

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Distintos tipos de celda, las mismas aplicaciones

En la electromovilidad, se utilizan tres tipos o formatos de baterías de iones de litio. El principio de funcionamiento de todos los tipos es básicamente el mismo. Las diferencias principales residen en el diseño, los requisitos y los materiales utilizados.

Celda plana (pouch)

La celda plana (también denominada "celda pouch") tiene la ventaja de que, en cuanto a geometría, se puede elegir prácticamente cualquier tipo de forma y, en cuanto a tamaño, se puede escalar bien. La  llamada celda "Coffee-Bag" también es relativamente sencilla de fabricar en comparación con los otros tipos de celda, pero, para un funcionamiento seguro, requiere considerablemente más trabajo a nivel del módulo. Actualmente, el segundo diseño de celda más habitual en la construcción de automóviles se caracteriza por una buena derivación de temperatura así como una gestión energética sencilla. Este es posible gracias al libre posicionamiento del descargador de celda y el apilamiento de electrodos (ánodos sobre cátodos, separados por un separador).

Aplicación en automoción de TRUMP para celda de batería prismática
Celda prismática

La celda prismática está compuesta principalmente por ánodos apilados y paquetes de cátodos, la llamada pila de celdas. Gracias a su formato de carcasa metálica resistente, presenta ventajas sobre todo de ahorro de espacio que son muy útiles al empaquetar las celdas en el módulo. Aunque la fabricación de la carcasa prismática de la celda es más costosa, ofrece mayor seguridad y densidad de energía a nivel de módulo. La celda prismática se caracteriza por una combinación casi perfecta de densidad de energía y seguridad, así como por una larga vida útil. Actualmente, es el formato de celda más habitual en los coches eléctricos.

Aplicación en automoción de TRUMP para celda de batería cilíndrica
Celda cilíndrica

La celda cilíndrica es una tecnología consolidada en la fabricación de baterías. En la construcción de automóviles, se suele utilizar el tipo 21700. Debido a su diseño, este tipo de celda está limitada por la cantidad de carga máxima. Por eso se necesitan muchas celdas para conseguir una potencia elevada. A diferencia de las celdas prismáticas y las celdas "pouch" generalmente apiladas, las celdas cilíndricas están compuestas por solo un ánodo y un cátodo respectivamente, que se enrollan separados por un separador y forman un rollo cilíndrico. Sin embargo, a nivel de módulo se pierde mucho espacio debido a su diseño redondo.

¿Dónde se utiliza el láser en la fabricación de celdas de batería?

Aplicaciones clave seleccionadas dentro de la cadena de procesos en el ejemplo de la celda prismática

E-Mobility Consulting: juntos abordamos la E-Mobility

¿Desea saber cómo le podemos ayudar a dirigir su fabricación hacia la electromovilidad de forma óptima? Benefíciese de nuestros amplios conocimientos como proveedor tecnológico para OEM, TIER, fabricantes de baterías e integradores. Además, participamos en numerosas iniciativas de investigación públicas y privadas con las que desarrollamos conjuntamente nuevas soluciones tecnológicas para la fabricación de baterías.

TRUMPF como su socio

Ya sea láser con longitud de onda verde para la soldadura de materiales de cobre, el conformado de haces (BrightLine Weld) para una soldadura sin poros ni gotas de metal líquido de aluminio y cobre o unidades de sensores especiales para el aseguramiento de la calidad y la vigilancia del proceso: TRUMPF ofrece numerosas e innovadoras soluciones de producción para la fabricación de celdas de batería. Así se beneficia de nuestros paquetes tecnológicos con un gran selección de fuentes de rayo, ópticas, unidades de sensores y conocimientos sobre aplicaciones.

Gama de productos para la fabricación de baterías

La tecnología BrighLine Weld de TRUMPF es la clave para la soldadura por láser sin gotas de metal líquido de barras colectoras, soft connectors, can-caps o carcasas de módulo con láseres Highpower IR. Asimismo, nuestros láseres TruDisk con longitud de onda verde son adecuados para materiales altamente reflectantes como, por ejemplo, el cobre; con una potencia media de hasta 2 kW o por pulsos de hasta 400 W. De este modo, se pueden alcanzar profundidades de soldadura definidas y constantes, y proporcionar procesos reproducibles. En la soldadura por conducción térmica, se beneficiará además de un aporte de energía calorífica mínimo a la pieza. Nuestras unidades de sensores (VisionLine, OCT y control de profundidad de soldadura) se han desarrollado especialmente para la fabricación automática y altamente productiva. Así, siempre podrá confiar en una completa documentación y trazabilidad.

Sistemas productivos y potentes para nuestros clientes

El diseño de nuestro láser TruDisk permite descargar de forma óptima el láser en el modo de funcionamiento timesharing y el modo redundante gracias a las múltiples salidas de láser por cada láser. Adicionalmente, se beneficia de nuestra regulación de la potencia del láser, que siempre es homogénea en la pieza.

TRUMPF como garantía de innovación

Nos consideramos su asesor de aplicación y facilitador de nuevas posibilidades de fabricación. Así, usted se beneficia de nuestros conocimientos fundamentados del sector y de nuestra experiencia fruto de décadas de trabajo como pioneros en el sector del láser.

Presencia global, capacidad de actuación local

Benefíciese del asesoramiento de nuestros expertos y de nuestra red mundial de servicios. Tanto si necesita servicios como si necesita el desarrollo de aplicaciones, puede contar con nosotros, esté donde esté. Así, nuestros expertos de servicio y algoritmos supervisan sus láseres para el mantenimiento predictivo, especialmente para grandes líneas de producción sensibles.

El Laser Application Center de TRUMPF en Ditzingen

TRUMPF laser application centre Ditzingen

Muchos casos, una visita provechosa

Con más de 4.000 m², el Laser Application Center de TRUMPF en Ditzingen es uno de los centros de aplicación láser más grandes de todo el mundo. Nuestros especialistas en aplicaciones y expertos en el sector le ayudarán en el desarrollo y la optimización de la aplicación de su componente concreto, con nuestra amplia gama de sistemas versátiles de mecanizado por láser.

Documento informativo

Hemos compilado para usted un informe técnico interesante sobre este tema.

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