A medida que la tecnología CTP (Cell to Pack) revoluciona por completo la estructura tradicional de los paquetes de baterías, la función de la bandeja de la batería ha pasado de ser un soporte pasivo de carga a una integración activa. La tecnología de soldadura se ha convertido en la base de la seguridad y el rendimiento. Los requisitos de ligereza (espesor de pared de tan solo 1,5 mm), sellado sin poros e integración multimaterial (aluminio/cobre/fibra de carbono) han provocado que la soldadura tradicional se vea afectada por la deformación y los defectos. La industria está logrando avances mediante la innovación de materiales, la inspección de calidad inteligente y la iteración de procesos. Este artículo analizará los desafíos disruptivos que la CTP plantea a la soldadura y explorará el camino técnico hacia la alta precisión y la alta fiabilidad.

1-Análisis de los cambios en los requisitos de diseño estructural de las bandejas de batería debido a la tecnología CTP

La tecnología CTP (Cell to Pack) integra directamente las celdas de la batería en el paquete de baterías eliminando la estructura modular de los paquetes de baterías tradicionales. Esta innovación tecnológica plantea requisitos de mejora integral y multidimensional para el diseño estructural de la bandeja de batería. A continuación, se presenta un análisis específico desde la perspectiva de los materiales, el rendimiento, el proceso, la integración, etc.:

(1) Mejora integral de la resistencia estructural y la resistencia a los impactos

a. Requisitos de soporte mecánico tras la eliminación del módulo:

Tras la eliminación de la estructura modular con la tecnología CTP, la bandeja de batería debe soportar directamente las funciones de soporte, fijación y amortiguación de fuerzas externas de la celda de batería. El módulo tradicional dispersa la carga mecánica, mientras que la bandeja CTP debe absorber la deformación por expansión de la celda de batería durante la carga y descarga (por ejemplo, la fuerza de expansión de una celda cuadrada puede alcanzar los 10-20 kN), a la vez que resiste la vibración, la extrusión y la carga de impacto durante la conducción.

b. Optimización de materiales y estructuras

· Predominio de las aleaciones de aluminio de alta resistencia: El acero original fue reemplazado gradualmente debido a su elevado peso, y el 6061-T6 se convirtió en el material predominante. Posee una alta resistencia específica y una gran resistencia a la corrosión, lo que permite cumplir con los requisitos de ligereza y alta rigidez.

· Diseño de estructura compuesta: Por ejemplo, la estructura de "viga anular de doble marco" de Leapmotor mejora la resistencia al impacto local mediante compartimentos de vigas longitudinales y transversales, a la vez que utiliza tecnología de extrusión para optimizar la distribución del material y reducir el peso redundante.

· Exploración de aleaciones de magnesio-aluminio y fibra de carbono: La aleación de magnesio-aluminio es un 30 % más ligera que los materiales de aluminio tradicionales, y los materiales compuestos de fibra de carbono poseen características tanto de alta resistencia como de ligereza, pero actualmente solo se utilizan en modelos de alta gama debido a su coste y a la madurez del proceso.

(2) Requisitos para la integración de la hermeticidad y la gestión térmica

a. Mejora del rendimiento del sellado

Tras retirar el módulo, la circulación interna del refrigerante y el sellado de gases del paquete de baterías dependen completamente de la bandeja, y los defectos de soldadura (como poros y grietas) pueden provocar fugas.

Figura 1 - Prueba de hermeticidad de la bandeja de la batería

b. Integración de funciones de gestión térmica

Las bandejas CTP deben integrar componentes como placas de refrigeración líquida y adhesivos termoconductores. Por ejemplo, se utilizan adhesivos estructurales para fijar las celdas de la batería y transferir la tensión de expansión, y adhesivos termoconductores de poliuretano (conductividad térmica > 1,5 W/m·K) para la conducción del calor entre las celdas de la batería y con los tubos de refrigeración líquida. La cantidad de adhesivo utilizada en un solo paquete es más del 50 % superior a la de las estructuras tradicionales. Es necesario diseñar canales de flujo dentro de la bandeja para optimizar la eficiencia de refrigeración y evitar daños en el sellado causados por la zona de soldadura afectada por el calor.

(3) Reducción de peso e innovación de materiales

a. Tendencias en la selección de materiales

Proceso de extrusión y fundición a presión de aleación de aluminio: se utilizan perfiles de aluminio extruido para las estructuras del marco (como la bandeja de batería 4680 de Tesla), y los procesos de fundición a presión (como la fundición a presión integrada) simplifican el proceso de soldadura y reducen el peso entre un 15 % y un 20 %.

Aplicación de materiales compuestos plásticos: Por ejemplo, se utilizan materiales PA6 reforzados con fibra de vidrio en piezas sin carga para reducir aún más el peso, pero es necesario resolver el problema de compatibilidad con la interfaz de conexión metálica.

b. Estrategia de diseño ligero

Optimización topológica: Reducir la redundancia de materiales mediante simulación CAE y reducir el peso de la bandeja, garantizando al mismo tiempo su resistencia.

De pared delgada e integrada: El espesor de la pared de la bandeja se reduce de 3 mm a 1,5-2 mm, y se integran componentes funcionales como los soportes BMS y los canales del arnés de cableado para reducir el número de piezas.

(4) Integración y diseño modular

a. Alta integración de componentes funcionales

Las bandejas CTP deben integrar módulos como el sistema de gestión de baterías (BMS), conectores de alto voltaje y capas de aislamiento ignífugas.

b. Diseño modular y compatible

La línea de producción de soldadura debe admitir la producción mixta de múltiples modelos de bandejas, permitir el cambio de tipo con un solo clic y ser compatible con estructuras de bandejas de diferentes tamaños de celdas de batería (como cuadradas y cilíndricas).

2- Desafíos específicos de la innovación en la tecnología CTP para el proceso de soldadura

La tecnología CTP (Cell to Pack) ha mejorado significativamente la utilización del espacio y la densidad energética, pero también ha planteado desafíos sin precedentes para el proceso de soldadura.

(1) La dificultad para controlar los defectos de soldadura ha aumentado drásticamente.

a. Desafíos de porosidad y sellado

Tras la eliminación del módulo por la tecnología CTP, la bandeja de la batería debe asumir directamente la función de sellado. Los poros de soldadura (un defecto común en la soldadura de aleaciones de aluminio) conllevan directamente el riesgo de fugas de refrigerante o penetración de gas.

b. Grietas y compatibilidad de materiales

Las aleaciones de aluminio con alto contenido de zinc (como la serie 7) son propensas a agrietarse debido a la tensión térmica durante la soldadura.

c. Huecos y errores de ensamblaje

La integración directa de múltiples celdas conlleva un aumento en el número de puntos de empalme de la estructura de la bandeja. La acumulación de errores de ensamblaje puede hacer que el hueco de soldadura supere ±1 mm.

(2) Problemas de adaptación del proceso derivados de la actualización del sistema de materiales

a. Desafíos de la soldadura de materiales ligeros

El material de la bandeja CTP ha pasado del acero a aleaciones de aluminio (6061-T6, 7075-T6), aleaciones de magnesio y aluminio (reducción de peso del 30%) y materiales compuestos de fibra de carbono. La soldadura de aleaciones de aluminio debe resolver el problema de la penetración insuficiente causada por la difícil fusión de la película de óxido y la alta conductividad térmica.

b. Tecnología de conexión de materiales diferentes

Cuando la bandeja integra componentes funcionales como la placa de refrigeración líquida (cobre/aluminio) y la capa ignífuga (material compuesto de matriz cerámica), es probable que aparezcan compuestos intermetálicos frágiles en la interfaz de materiales diferentes.

(3) Mayor complejidad estructural y requisitos de precisión

a. Control de deformación de estructuras de paredes delgadas de gran tamaño

El espesor de pared de la bandeja CTP se reduce de 3 mm a 1,5-2 mm, y la sensibilidad a la deformación térmica de la soldadura aumenta considerablemente.

b. Uniones de soldadura de alta densidad y eficiencia del proceso

El número de uniones de soldadura en una sola bandeja ha aumentado de 2000 en los módulos tradicionales a más de 5000.

Figura 2- Soldadura de la bandeja de la batería

3- Mejora del proceso de producción y control de calidad

La tecnología CTP promueve la transformación de la soldadura de bandejas de baterías de un proceso único a una colaboración multitecnológica, inteligente y ecológica. Los fabricantes deben centrarse en tres áreas principales:

Actualización tecnológica: superar el control de defectos como poros y grietas, y adaptarse a materiales ligeros;

Transición inteligente: digitalización completa del proceso e inspección de calidad con IA para lograr una producción de alta precisión;

Colaboración ecológica: desarrollo conjunto de estándares técnicos con proveedores de materiales, proveedores de equipos y fabricantes de equipos originales (OEM).

Actualizaremos periódicamente la información y las tecnologías relacionadas con el diseño térmico y la reducción de peso. Gracias por su interés en Walmate.