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激光广泛应用于电动汽车行业

网站编辑:GMKY │ 发表时间:2019-12-7 

        我们可以从单个锂电池开始着手细化电动汽车对激光加工 的关键需求。在圆柱形电池和方形锂电池中,主要是由铝箔 / 铜箔表面涂敷的阳极涂层 / 阴极涂层构成。所以,涉及使用激 光器的首个加工是极片切割。在传统加工中,利用机械切割 / 冲压工艺可可完成该操作,但是激光加工在切割速度、成本和 质量方面具有显著优势,因此目前该工艺普遍倾向于采用激光 切割。在极片切割工艺中,需要对切割质量进行严格的控制,包 括切割边缘的毛刺、分层、颗粒飞溅和热影响区等。单模连续 光纤激光器可更大高效地进行铜箔 / 铝箔的切割,但实验结果 表明当涉及到涂覆层的切割时,其并非最佳选择。SPI 纳秒脉冲 光纤激光器具有更高的峰值功率和 ~10ns 级的短脉冲,目前可使用 SPI 200W-EP-Z 脉冲光纤激光器进行高速带涂覆层极片的 切割。在此应用中,使用 SPI 200W-EP-Z 脉冲光纤激光器可以 达到 1m/s 以上的切割速度,同时也可以保证切割质量。

       实际上 与此同时,短波长以及超快等激光器也出现了相同的发展趋势, 目的时进一步的提高电池极片的切割质量,但事实上需要付出 相应的更大的成本代价,这与制造商寻求提高加工速度并降低 总成本的主要驱动力相冲突。 实际上,在电池的制造过程中也蕴含着众多其他激光应用, 其中包括激光器焊接、清洗和钻孔等。无论是圆柱电池还是方 壳电池,众多独立的电池均需要按照一定要求进行连接组成电 池模组,这其中就包括铜材或铝材的 Busbar 的焊接。然而,极 耳材料的厚度和类型各不相同,并且这些材料的焊接通常充满 挑战性。因为在此焊接中,需要将高反和高导热材料(例如铜 或铝)焊接至同种或者不同的材料上;并且,异种金属材料的 焊接工艺也变得越来越常见。鉴于电动车辆(EV)需要将数百 个(甚至数千个)电池连接组装成大电池模组,这些焊接接头 需要确保高可靠性和重复性。同时,这些焊接接头还需要兼具 良好的静态强度和疲劳强度,以及出色的接触电阻,避免各个 接头的功率损耗影响电池组的整体效率。传统的解决方案是使 用螺母和螺栓的机械件进行紧固,但是这样会增加重量和成本。 幸运的是,激光焊接可为未来的电池模组的连接提供更优的解 决方案。圆柱电池模组的焊接方式主要采用点焊。实际上,此应用 的最初的研发主要集中在千瓦级多模激光器上,但是焊接成功 的可能性受限。因为,在千瓦级多模激光器焊接过程中产生的 焊缝通常输入能量过多、整体热输入控制效果差、焊缝外形和 熔深不一致,更严重的是,会产生大量焊渣飞溅。针对集成商生产中的遇到的各种挑战,SPI 已经开发出完美的解决方案。因为 焊接的材料比较薄,并且要求严格的对输入的能量进行控制,所 以 SPI 的纳秒焊接工艺可以提供理想的解决方案。实际上,仅使用 100W 的脉冲激光器即可在实现 300um 厚度的铜材或者铝材的出色 焊接。另外,使用 SPI 螺旋点焊技术也可以非常方便的进行多焊点 的加工。总之,和千瓦级多模激光器进行加工对比,SPI 脉冲激光 器可以精确的控制能量的输入,尤其可以严格的控制熔深。

       SPI 近期推出的高功率单模连续 2kW 光纤激光器可利用摆动焊 接技术进行较厚金属材料的高速焊接。该技术可以根据实际应用的 需求通过快速摆动聚焦光斑得到要求尺寸的焊缝,无需考虑聚焦光 斑的尺寸,并且可以精确控制焊缝的宽度和深度。摆动焊接技术也 利于对热输入的控制,和保证熔池的稳定性。单模激光器配合摆动 焊接技术通常可以得到非常好的焊缝外观,并且可以减少焊接过程 中产生的飞溅。目前,SPI 2kW 单模光纤激光可以轻松实现 2mm 厚 度的铜或铝的穿透焊。 目前除了激光焊接大量应用于电动车汽车行业,三维激光切割机 也广泛的应用成熟电动车市场。