【激光焊接技術】新能源汽車制造的關鍵性技術
來源:尚拓激光 日期:2023/05/05
汽車制造商面臨著激烈的競爭,他們必須找到削減成本的方法,特別是在電池制造方面。這意味著生產(chǎn)線必須變得更快、更高效。假設制造商已經(jīng)用盡了生產(chǎn)線自動化的所有潛力,那么只有一個方法可以實現(xiàn)這兩個目標了 —— 通過部署更強大的激光器、具有更強的光束整形能力、更復雜的傳感器,以及超精確的動態(tài)焊接加工頭。當然,這也需要大量的工藝知識。
在電動汽車當中,電池系統(tǒng)成本占整車成本的比例接近50%,制造過程中的加工質(zhì)量決定了電池的儲電能力和使用壽命,尚拓的激光加工技術能夠提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率,減少焊接過程的飛濺,提高電池制造的可靠性、一致性和良品率,提升電動汽車續(xù)航能力。激光焊接技術正在成為新能源汽車及其零部件在生產(chǎn)加工過程中的關鍵性技術,它被譽為“最亮的光,最快的刀,最準的尺”,在可靠性、精度和效率方面都具有突出的優(yōu)勢。
以當前比較主流的扁線驅(qū)動電機為例,其涉及的激光工藝包括電機硅鋼片焊接、hairpin扁線的去漆和焊接,以及電機匯流排的焊接。激光的高重復性和高可靠性,能夠保證電機在大批量生產(chǎn)中始終獲得優(yōu)異導電性能。比如在扁銅線去漆工藝中,脈沖激光消融是一種非常經(jīng)濟可靠的工藝方案,與機械工藝(如刨削和銑削)相比,激光加工的去漆效率可以提升80%以上。
在車身領域,激光焊接早已威名四方,現(xiàn)如今,靈活、自動化、生產(chǎn)成本低等諸多優(yōu)勢使得激光的應用拓展得更寬,從總成、白車身、到座椅內(nèi)飾等汽車零部件的生產(chǎn)車間,幾乎都能看到激光應用。不管新能源汽車還是傳統(tǒng)燃油車,以能夠同時滿足強度和減重/減薄兩大要求的車身熱成形件為例,目前主機廠和零部件廠商的主流選擇是三維激光切割。
激光焊接設備在鋰電池焊接運用范圍:
1、電池防爆閥焊接
電池的防爆閥是電池封口板上的薄壁閥體,當電池內(nèi)部壓力超過規(guī)定值時,防爆閥閥體破裂,避免電池爆裂。安全閥結(jié)構巧妙,這道工序?qū)す夂附庸に囈髽O為嚴格。沒有采用連續(xù)激光焊接之前,電池防爆閥的焊接都是采用脈沖激光器焊接,通過焊點與焊點的重疊和覆蓋來實現(xiàn)連續(xù)密封焊接,但焊接效率較低,且密封性相對較差。采用連續(xù)激光焊接可以實現(xiàn)高速高質(zhì)量的焊接,焊接穩(wěn)定性、焊接效率以及良品率都能夠得到保障。
2、電池極耳焊接
極耳通常分為三種材料,電池的正極使用鋁(Al)材料,負極使用鎳(Ni)材料或銅鍍鎳(Ni-Cu)材料。在動力電池的制造過程中,其中的一個環(huán)節(jié)是將電池極耳與極柱焊接到一起。在二次電池的制作中需要將其與另外一鋁制的安全閥焊接在一起。焊接不僅要保證極耳與極柱之間的可靠連接,而且要求焊縫平滑美觀。
3、電池極帶點焊
電池極帶使用的材質(zhì)包括純鋁帶、鎳帶、鋁鎳復合帶以及少量的銅帶等。電池極帶的焊接一般使用脈沖焊接機,隨著IPG公司QCW準連續(xù)激光器的出現(xiàn),其在電池極帶焊接上也得到了廣泛的應用,同時由于其光束質(zhì)量好、焊斑能夠做到很小,其在應對高反射率的鋁帶、銅帶以及窄帶電池極帶(極帶寬度在1.5mm以下)的焊接有著獨特的優(yōu)勢。
4、動力電池殼體與蓋板封口焊接
動力電池的殼體材料有鋁合金和不銹鋼,其中采用鋁合金的最多,一般為3003鋁合金,也有少數(shù)采用純鋁。不銹鋼是激光焊接性最好的材質(zhì),無論是脈沖還是連續(xù)激光都能夠獲得外觀和性能良好的焊縫。使用連續(xù)激光器焊接薄殼鋰電池,效率可以提升5~10倍,且外觀效果和密封性更好。因此有逐漸取代脈沖激光器在這個應用領域的趨勢。
5、動力電池模組及pack焊接
動力電池之間的串并聯(lián)一般通過連接片與單體電池的焊接來完成,正負極材質(zhì)不同,一般有銅和鋁2種材質(zhì),由于銅和鋁之間采用激光焊接后形成脆性化合物,無法滿足使用要求,通常采用超聲波焊接外,銅和銅、鋁和鋁一般均采用激光焊接。同時,由于銅和鋁傳熱均很快,且對激光反射率非常高,連接片厚度相對較大,因此需要采用較高功率的激光器才能夠?qū)崿F(xiàn)焊接。
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