Micro-resistance spot welding of cylindrical battery packets in FEM calculations

• Autorzy: Mikno Zygmunt , Kowieski Szymon

Identyfikatory

DOI

10.26628/wtr.v91i8.1039

Warianty tytułu

PL

Mikrozgrzewanie punktowe cylindrycznych pakietów baterii w obliczeniach MES

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Due to the increasing demand for connecting cells in packets to power electric tools, bicycles and electric cars, the issue of the quality of battery cells with busbars joints with the use of external heat electrodes is particularly important. The paper presents the conditions of the joining process and modelling results using the DC source. Modelling was performed using commercially available Sorpas 3D software. It included checking the influence of the busbar shape, clamping force, electrode material, the shape of electrode face, the length of the tungsten inserts in the welding electrodes on the amount of heat and the diameter of the connections. Modelling results revealed in particular increased heat generation and connection diameters for electrodes with a smaller work surface, however, industrial practice shows that the electrode face diameter durability is limited and that the electrodes flatten - the electrode face diameter increases.

PL

Z uwagi na wzrastające zapotrzebowanie na łączenie ogniw w pakiety do zasilania elektronarzędzi, rowerów i samochodów elektrycznych, kwestia jakości połączeń baterii z łącznikami z użyciem elektrod doprowadzających ciepło z zewnątrz jest szczególnie istotna. W opracowaniu przedstawiono warunki procesu łączenia oraz wyniki modelowania z użyciem źródła prądu stałego DC. Modelowanie przeprowadzono z użyciem komercyjnie dostępnego oprogramowania Sorpas 3D. Obejmowało ono sprawdzenie wpływu kształtu łącznika, siły docisku, materiału elektrod, kształtu części roboczej elektrod, długości wkładek wolframowych w elektrodach zgrzewających na ilość ciepła i średnicę połączeń (zgrzein). Wyniki modelowania ujawniły w szczególności zwiększoną generację ciepła i średnice połączeń dla elektrod o mniejszej powierzchni roboczej, jednak z praktyki przemysłowej wynika, iż trwałość zakończenia jest ograniczona i następuje spłaszczanie elektrod - powiększenie średnicy roboczej.

Słowa kluczowe

EN

resistance welding; spot welding; battery cell; microwelding; compacting

PL

zgrzewanie oporowe; zgrzewanie punktowe; bateria; mikrospawanie; kompaktowanie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Welding Technology Review
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 91, nr 8
• Strony: 43--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Mikno Zygmunt

• Research Network ŁUKASIEWICZ – Welding Institute, Poland

autor

Kowieski Szymon

• Research Network ŁUKASIEWICZ – Welding Institute, Poland

Bibliografia

• [1] Lee S.S., et al., Joining technologies for automotive lithium-ion battery manufacturing: A review, Proceedings of the ASME 2010 International Manufacturing Science and Engineering Conference, 2010, Vol. 1, 541-549.
• [2] JMBS, Our Guide to Batteries; Johnson Matthey Battery Systems: Milton Keynes, UK, 2015.
• [3] Kiehne H.A., Battery technology handbook, CRC Press, 2003.
• [4] Besenhard J.O. (ed.), Handbook of battery materials, John Wiley & Sons, 2008.
• [5] Cao J., Emadi A., A new battery/ultracapacitor hybrid energy storage system for electric, hybrid, and plug-in hybrid electric vehicles, IEEE Transactions on power electronics, 2012, Vol. 27(1), 122-132. DOI: 10.1109/TPEL.2011.2151206
• [6] Yan D. et al., Comparing the performances of different energy storage cells for hybrid electric vehicle, EVS28 International Electric Vehicle Symposium and Exhibition, 2015, Goyang, Korea.
• [7] Kras B., Gutkowski R., Figura R., Rodzina modułowych baterii litowych w technologii LTO z systemem zarządzania termicznego do pracy w systemach autobusowych szybkiego ładowania, Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, 2016, Vol. 17(12), 1088-1091.
• [8] Li H., et al., Transient temperature and heat flux measurement in ultrasonic joining of battery tabs using thin-film microsensors, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2013, Vol. 135(5).
• [9] Baranowski M., Kondej A., Zgrzewanie rezystancyjne cienkich elementów oraz mikrozgrzewanie, Przegląd Mechaniczny, 2014, No. 9, 44-48.
• [10] Kang B., Cai W., Tan C.-A., Dynamic response of battery tabs under ultrasonic welding, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2013, Vol. 135(5).
• [11] Alexy M. van de Wall D., Geoff S., Boyle L. M. et al., Akumulatory wymagają trwałych połączeń – czy zgrzewanie rezystancyjne, spawanie metodą TIG i spawanie laserowe to najlepsze technologie łączenia? Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2019, vol. 91(1), 52-59.
• [12] Brand M.J. et al., Welding techniques for battery cells and resulting electrical contact resistances, Journal of Energy Storage 2015, Vol. 1, 7-14.
• [13] Gnyusov S.F., et al. Formation of a joint in resistance spot microwelding, Welding International, 2005, Vol. 19(9), 737-741.
• [14] Zhang H., Senkara J., Resistance welding: fundamentals and applications, CRC press, 2011.
• [15] Ocena metalograficzna połączenia miedź – stal – dr inż. Andrzej Winiowski prof. Instytutu Spawalnictwa.