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為緩解越來越嚴重的能源危機和大氣環(huán)境污染問題，我國與美日德等發(fā)達國家一樣，正在重點推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，并作為國家戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展的行業(yè)。國家《新能源汽車科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》已把電動汽車作為中國汽車未來發(fā)展的主要方向之一；2015年中國新能源汽車保有量計劃達到100萬輛，動力電池產(chǎn)能約達100億瓦時；到2020年，新能源汽車的年銷售達到200萬臺。

新能源汽車的電池可靠性、成本高、產(chǎn)能缺乏等問題是一個世界型的難題，現(xiàn)有電池技術(shù)的可靠性、穩(wěn)定性不足，產(chǎn)品的循環(huán)壽命不長等因素長期以來一直影響著新能源汽車的發(fā)展。近年來，各主要汽車廠商在新能源汽車方面投入了巨大的研發(fā)費用，也取得了很大的進展。可以預(yù)見，未來十年，將是新能源汽車爆發(fā)式增長的十年。
深圳市正信激光科技有限公司密切配合各電池生產(chǎn)廠家，共同研發(fā)汽車動力電池的激光焊接技術(shù)，取得了很大的進展。到目前為止，已經(jīng)為國內(nèi)上百家動力電池生產(chǎn)廠家設(shè)計制作了全自動或半自動的激光焊接生產(chǎn)線，取得了非常豐富的實踐經(jīng)驗。
一、動力電池激光焊接的主要部位
動力電池的電芯按其外型可分三種，分別是方型、圓柱型以及軟包電芯（見圖1）。殼體的材料主要有鋁材和不銹鋼，但以鋁材為主，其中以1000系和3000系較多。



圖1 常見動力電池外形
目前，在國內(nèi)生產(chǎn)的電動汽車當中，這三種電池都有應(yīng)用：例如比亞迪E6和K9電動車使用的是方型電池；杭州萬向為電芯供應(yīng)商的一些電動車廠家使用其軟包電池；上汽系某些電動車車型則使用美國A123公司的圓型電池。這三種電池的自動化激光焊接系統(tǒng)及工藝也各不相同；整體而言，以方形電池居多。
各種電池的激光焊接部位主要有四種：殼體的封裝，根據(jù)位置的不同分為頂蓋、底蓋和側(cè)面的焊接、頂蓋防爆片及安全蓋的焊接、密封釘（也叫注液口）的焊接、電芯極耳與頂蓋的焊接。另外，超級電容的焊接以連接片和負極封口焊接為主。各種動力電池及超級電容的焊接部位如圖2所示。




圖2 各種電池的激光焊接焊接部位 
二、動力電池焊接的工藝難點
一般殼體厚度都要求達到1.0毫米以下，主流廠家目前根據(jù)電池容量不同殼體材料厚度以0.6mm和0.8mm兩種為主。焊接方式主要分為側(cè)焊和頂焊，其中側(cè)焊的主要好處是對電芯內(nèi)部的影響較小，飛濺物不會輕易進入殼蓋內(nèi)側(cè)。由于焊接后可能會導(dǎo)致凸起，這對后續(xù)工藝的裝配會有些微影響，因此側(cè)焊工藝對激光器的穩(wěn)定性、材料的潔凈度和頂蓋與殼體的配合間隙有較高的要求。而頂焊工藝由于焊接在一個面上，可采用更高效的振鏡掃描焊接方式，但對前道工序入殼及定位要求很高，對設(shè)備的自動化要求高。 
目前鋁殼電池占整個動力電池的90%以上。鋁材的激光焊接難度較大，會面臨焊痕表面凸起問題、氣孔問題、炸火問題、內(nèi)部氣泡問題等。表面凸起、氣孔、內(nèi)部氣泡是激光焊接的致命傷，很多應(yīng)用由于這些原因不得不停止或者想辦法規(guī)避。很多電池廠家在研發(fā)初期都會為此大傷腦筋，究其原因，主要是采用的光纖芯徑過小或者激光能量設(shè)置過高所致。引起炸火（也稱飛濺，Splash）的因素也很多，如材料的清潔度、材料本身的純度、材料自身的特性等，而起決定性作用的則是激光器的穩(wěn)定性。在動力電池焊接當中，焊接工藝技術(shù)人員會根據(jù)客戶的電池材料、形狀、厚度、拉力要求等選擇合適的激光器和焊接工藝參數(shù)，包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾斜角度等來設(shè)置合理的焊接工藝參數(shù)，以保證最終的焊接效果滿足動力電池廠家的要求。
方形電池由于來料的配合精度等方面的因素影響，焊接時拐角處最容易出現(xiàn)問題，需要在根據(jù)實際情況不斷探索，調(diào)整焊接速度可以解決這類問題。圓形電池沒有這方面的問題，但后續(xù)集成成電池模組的難度較大。 
三、動力電池的激光自動化焊接系統(tǒng)簡介
圖3是一條方形動力電池全自動激光焊接線，含兩條由焊接、泄漏檢測、短路檢測及編碼打標為主要功能的產(chǎn)線，產(chǎn)能≧16PPM，焊接強度6kgf/c㎡以上不泄漏。
本系統(tǒng)可依次完成電池的激光焊接，氣密性測試，短路測試，電池打標，不合格品自動剔除等相關(guān)工序。
激光焊接部份由激光器，激光焊接頭，XYZ三軸運動控制軸，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，電池夾具（壓緊及較正夾具），上下料機械手等構(gòu)成，其主要作用是：將電池從流水線上夾持到焊接工作臺進行焊接作業(yè)，并焊接完成后放回流水線上。

氣密性及短路測試部份由氣密性測試組件，短路測試組件，內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)，檢測上料機械手，檢測下料機械手等構(gòu)成，其主要作用是：將流水線上焊接完成后的電池夾持到內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)上，依次對其進行定位，氣密性，短路相關(guān)測試，并在檢測完成后將良品抓回回到主流水線上，不良品抓除到廢料盒中。測漏部分采極與蓋板三方測試功能。 
打標部份由激光打標機，抓取定位機構(gòu)等構(gòu)成，其主要作用是對焊接后產(chǎn)品進行打標。可在金屬產(chǎn)品（含鋁材）一用正壓檢測，短路測試具有正負極之間、正極與蓋板、負側(cè)正上部分高速的標記出12位數(shù)字加字母碼（其中三位字母碼，9位數(shù)字碼），加8*8的二維碼。
流水線部份由流水線倍速鏈，夾具托盤，定位氣缸，擋隔分料氣缸等構(gòu)成，其主要作用是帶動電池到相應(yīng)的位置，方便焊接與檢測，并具有一定的儲料功能。

圖3 方形動力電池全自動激光焊接線
圖4是一種方形電池頂蓋的半自動生產(chǎn)線，焊接工作臺部分采用工業(yè)PLC控制，可焊接電池范圍為H：130-300mm、W：110-250mm、T：20--50mm，焊接圖形軌跡為平面矩形，焊接過程自動化。
該系統(tǒng)可配合環(huán)形輸送線用于電池頂蓋與殼體自動激光密封焊接,其中頂蓋和殼體材料為不銹鋼或鋁合金。焊接參數(shù)可以通過操作界面進行設(shè)定，焊接完后確保焊縫無滲漏，焊接完后符合耐壓測試要求，不會對電池周圍部件形成破壞或者損傷，且具備自動和手動兩種功能。



圖4 方形動力電池頂蓋自動激光焊接線
四、總結(jié)
通過高效精密的激光焊接可以大大提高汽車動力電池的安全性、可靠性和使用壽命，必將為今后的汽車動力技術(shù)帶來革命化進步。動力電池的激光焊接部位多，有耐壓和漏液測試要求，材料多數(shù)為鋁材，因此焊接難度大，對焊接工藝的要求更高。今后，大多數(shù)廠家需要全自動生產(chǎn)線，將進一步增加焊接系統(tǒng)的集成難度。高質(zhì)量的動力電池需要生產(chǎn)廠家的設(shè)計人員和激光焊接技術(shù)人員密切協(xié)作，從材質(zhì)、形狀、厚度、工藝、實時檢測等各方面優(yōu)化設(shè)計，才能達到理想的焊接效果。