激光设备与工艺双保障，直击电池品质升级痛点

2022-10-09通快中国有限公司

钣金与制作 2022年9期

文/通快（中国）有限公司

宁德时代麒麟电池问世、搭载4680电池的特斯拉Model Y交付、宝马官宣采用大圆柱电池……近期车企、电池企业动作频频，技术演进的主线是通过电池结构创新，大幅提升能量密度、快充、导热效率及续航里程等性能。

如何快速匹配电池厂商的新需求，成为装备企业急需解决的课题。比如快充——除了材料，电芯本身结构也要做改动，面对箔材层数越来越多的趋势，传统焊接不再适用；再比如46系大圆柱——负极集流盘的焊接对熔深要求极高，对焊接飞溅容忍度几乎为零，传统近红外激光很难保证一致性。

电动汽车加速发展——激光技术迅速迭代

通快正从电动汽车快速发展中获益。仅上一财年，通快就售出了1000多台用于电池生产的激光器。“随着电动汽车在全球范围内稳步起飞，中国市场是真正的赢家，但是欧洲也正在建设GWh量级产能的电池工厂。值得一提的是，这些工厂都需要激光器进行生产。”通快电动汽车行业负责人Johannes Bührle解释道。

当前大多数应用是在高功率激光器领域，也就是功率至少为3kW的激光器。为了提高生产力，制造商倾向于使用功率更高的激光器。

激光焊接加速电芯生产

电池包（图1）由多个模组组成，模组由多个电芯组成，电芯是动力电池最小电能存储单元，必须具有较高的能量密度，以尽可能多地存储电能。电芯的寿命直接影响着动力电池的寿命，任何一颗电芯的损坏，都有可能导致整个电池包的损坏。电芯的制造方法不仅关系到电芯本身的质量，而且也影响着制造的效率。因此，选择高效且稳定的制造方法显得尤为重要。

电池生产中众多激光应用中的一个例子是汇流排（又称busbar），也就是连接电芯与电芯之间的条状连接片。为此通快公司提供了一种新型焊接系统（图2），包括6kW和更高功率的激光器、加工光学器件、用来检查熔深的传感器以及相应的软件和控制系统。这些组件的相互作用和全面的应用实现了电芯的高效生产，降低了废品率。焊接质量的提高进一步降低了连接电阻，从而提升了电动汽车的续航能力。

图2 通快TruDisk 8000激光器

通快是电池顶盖焊的专家

另一个应用是“顶盖焊”——即顶盖（cap）与电池外壳（can）的介质密封焊接。通快的激光器将配备有电极包的铝制外壳密封在盖子上，既没有孔隙也没有裂缝。高焊接质量在此尤为重要，因为即使是最小的裂缝也可能导致危险的电池事故。目前，通快该技术方案上已经有非常成熟的解决方案，即 TruDisk 激光器搭载BEO 准直焊接头，采用基于专利保护技术2-in-1光纤的环芯可调焊接技术（BrightLine Weld）。

这种焊接的主要缺点是焊接速度受限于电机的加减速。具体地讲，电机在接近拐角位置时需要减速，而在离开拐角又需要加速，这种反复的加减速会影响焊接速度。此外，在现有的焊接技术中，密封焊接除了上述的连续密封焊接步骤之外还包括激光预焊。这样，不仅增加了设备投入，而且也增加了占地面积，同时使得焊接系统较为复杂。

为了解决以上技术难点，通快自我突破又创新性地提出“环芯可调振镜超高速扫描焊接技术”这一概念，确保了低飞溅的焊接和最大的工艺稳定性。此技术由视觉定位、扫描焊接、环芯可调焊接技术、焊中熔深监测和焊后表面质量监测共 5 部分组成，通快可以提供该 5 部分的一站式解决方案，目前该解决方案已经申请国家发明专利技术。

用激光实现铝热交换器的气密性焊接

电池模组交换器的气密性焊接要求特别高，热交换器是由特殊的铝合金制成，迄今为止，制造商经常使用传统焊接技术来生产。“激光将在不远的未来取代传统焊接技术。但要做到这一点，它的焊接速度必须特别快。”B ü hrle解释说。通快的PFO 振镜（图3）突破了振镜应用于顶盖焊接的限制因素，通过增加 VisionLine 和除尘保护一体装置，能够实现平滑饱满的高焊缝品质，较高的焊接速度（焊接速度达到每分钟15米以上），电池受热产生的变形量减少，集成难度和机械碰撞可能性降低，工件转运时间减少。