電動汽車不斷占據著各大新聞頭條，代表著未來十年的 重大預測發展趨勢之一。其中的道理十分明顯，因為 世界各國需要擺脫自身對石油燃料的依賴，而電動汽 車是顯而易見的解決方案。
過去 10 年中，電動汽車受到世界各地環保衛士的廣泛青睞， 而隨著智能、時尚的高性能電動汽車的不斷的推出，電動汽車 也一直在迅速發生變化，例如特斯拉正在引領潮流并且推出多 款電動汽車。預計顯示，到 21 世紀 30 年代中期，電動汽車的 銷量將超過汽油 / 柴油車型。從制造的角度來看，車輛的動力 模式實現由內燃機向電動機的轉變。乘用車可以是插電式混合 動力汽車（PHEV）或純電動汽車（BEV），兩種車輛均需要依 靠電池和電動機提供動力。這就需要為大批量的電動汽車的生 產進行全新組件的設計。幸運的是，目前工業級的光纖激光器 是制造電池和電動機內部核心組件的理想工具，這也刺激了對 光纖激光器的需求的大幅增長。
我們可以從單個鋰電池開始著手細化電動汽車對激光加工 的關鍵需求。在圓柱形電池和方形鋰電池中，主要是由鋁箔 / 銅箔表面涂敷的陽極涂層 / 陰極涂層構成。所以，涉及使用激 光器的首個加工是極片切割。在傳統加工中，利用機械切割 / 沖壓工藝可可完成該操作，但是激光加工在切割速度、成本和 質量方面具有顯著優勢，因此目前該工藝普遍傾向于采用激光 切割。
在極片切割工藝中，需要對切割質量進行嚴格的控制，包 括切割邊緣的毛刺、分層、顆粒飛濺和熱影響區等。單模連續 光纖激光器可更大高效地進行銅箔 / 鋁箔的切割，但實驗結果 表明當涉及到涂覆層的切割時，其并非最佳選擇。SPI 納秒脈沖 光纖激光器具有更高的峰值功率和 ~10ns 級的短脈沖，目前可使用 SPI 200W-EP-Z 脈沖光纖激光器進行高速帶涂覆層極片的 切割。在此應用中，使用 SPI 200W-EP-Z 脈沖光纖激光器可以 達到 1m/s 以上的切割速度，同時也可以保證切割質量。
實際上 與此同時，短波長以及超快等激光器也出現了相同的發展趨勢， 目的時進一步的提高電池極片的切割質量，但事實上需要付出 相應的更大的成本代價，這與制造商尋求提高加工速度并降低 總成本的主要驅動力相沖突。 實際上，在電池的制造過程中也蘊含著眾多其他激光應用， 其中包括激光器焊接、清洗和鉆孔等。無論是圓柱電池還是方 殼電池，眾多獨立的電池均需要按照一定要求進行連接組成電 池模組，這其中就包括銅材或鋁材的 Busbar 的焊接。然而，極 耳材料的厚度和類型各不相同，并且這些材料的焊接通常充滿 挑戰性。因為在此焊接中，需要將高反和高導熱材料（例如銅 或鋁）焊接至同種或者不同的材料上；并且，異種金屬材料的 焊接工藝也變得越來越常見。鑒于電動車輛（EV）需要將數百 個（甚至數千個）電池連接組裝成大電池模組，這些焊接接頭 需要確保高可靠性和重復性。同時，這些焊接接頭還需要兼具 良好的靜態強度和疲勞強度，以及出色的接觸電阻，避免各個 接頭的功率損耗影響電池組的整體效率。傳統的解決方案是使 用螺母和螺栓的機械件進行緊固，但是這樣會增加重量和成本。 幸運的是，激光焊接可為未來的電池模組的連接提供更優的解 決方案。
圓柱電池模組的焊接方式主要采用點焊。實際上，此應用 的最初的研發主要集中在千瓦級多模激光器上，但是焊接成功 的可能性受限。因為，在千瓦級多模激光器焊接過程中產生的 焊縫通常輸入能量過多、整體熱輸入控制效果差、焊縫外形和 熔深不一致，更嚴重的是，會產生大量焊渣飛濺。針對集成商生產中的遇到的各種挑戰，SPI 已經開發出完美的解決方案。因為 焊接的材料比較薄，并且要求嚴格的對輸入的能量進行控制，所 以 SPI 的納秒焊接工藝可以提供理想的解決方案。實際上，僅使用 100W 的脈沖激光器即可在實現 300um 厚度的銅材或者鋁材的出色 焊接。另外，使用 SPI 螺旋點焊技術也可以非常方便的進行多焊點 的加工。總之，和千瓦級多模激光器進行加工對比，SPI 脈沖激光 器可以精確的控制能量的輸入，尤其可以嚴格的控制熔深。
SPI 近期推出的高功率單模連續 2kW 光纖激光器可利用擺動焊 接技術進行較厚金屬材料的高速焊接。該技術可以根據實際應用的 需求通過快速擺動聚焦光斑得到要求尺寸的焊縫，無需考慮聚焦光 斑的尺寸，并且可以精確控制焊縫的寬度和深度。擺動焊接技術也 利于對熱輸入的控制，和保證熔池的穩定性。單模激光器配合擺動 焊接技術通常可以得到非常好的焊縫外觀，并且可以減少焊接過程 中產生的飛濺。目前，SPI 2kW 單模光纖激光可以輕松實現 2mm 厚 度的銅或鋁的穿透焊。
在電動汽車生產中，激光的另外一項重要應用是電動機定子 上銅 Hairpin 的清洗和焊接。這些 Hairpin 外層通常涂有絕緣材料， 所以需要在焊接前予以清除。傳統的工藝是使用鋼絲刷等機械方 式進行清除，但是此工藝清除的結果難以控制，并且需要頻繁的 進行設備維護。實驗表明，使用 SPI 納秒脈沖光纖激光器也可以 有效的進行 Hairpin 絕緣層的清除，從而為后續焊接工藝做好準備。
電動汽車定子中矩形的銅 Hairpin 通常具有各種外形和尺寸。 目前的焊接方式是采用高功率連續多模激光器在 4~6kW 功率左右進 行焊接，但是該焊接方案目前還存在其他問題，包括需要盡可能的 減少飛濺和控制熱影響區，以防灼燒離焊接區域僅幾毫米的絕緣層。 測試結果表明，SPI 2kW 單模光纖激光器配合擺動焊接技術可以提 供替代方案，因為此工藝可以更精確的控制能量輸入并有效的減少 飛濺。
本文僅列舉了部分示例，但希望能夠反映出電動汽車行業對激 光材料加工的依賴性和激光加工的可靠性。毫無疑問，電動汽車制 造產能的提升也會影響未來幾十年內對工業激光器的需求。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
