电池激光焊接工艺（激光焊接在储能电池及PACK产线中的应用）

从储能电池电芯的制造到电池PACK成组，焊接都是一道很重要的制造工序，锂电池的导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性，是典型的电池焊接质量评价标准。焊接方法和焊接工艺的选用，将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。

在众多焊接方式中，激光焊接以如下优势脱颖而出：首先，激光焊接能量密度高、焊接变形小、热影响区小，可以有效地提高制件精度，焊缝光滑无杂质、均匀致密、无需附加的打磨工作；

其次，激光焊接可精确控制，聚焦光点小，高精度定位，配合机械手臂易于实现自动化，提高焊接效率，减少工时，降低成本；另外，激光焊接薄板材或细径线材时，不会像电弧焊接那样容易受到回熔的困扰。

储能电池焊接方法主要有波峰焊接、超声焊接、激光焊接、异种金属激光焊接，其中激光焊接是目前最主流的焊接方法。

储能电池

储能电池焊接方法：

①波峰焊接：本质上是超声焊和激光焊结合；

②超声焊接：这种方案好处是焊接简单，但是需要占用较多空间，模组的体积成组效率会较低；

③激光焊接：目前这种方案是应用最广泛的，但是结构上稍有不同；

④异种金属激光焊接：这种焊接方式成组效率也很高，生产速度快。

什么是激光焊接？

激光焊接就是通过光学系统，利用高能量密度的激光束作为热源，将激光束聚焦在一个很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，使被焊物熔化并形成牢固的焊点或焊缝。

激光焊接是一种新型的焊接方式，目前处在高速发展阶段。采用激光焊接时，工件的热影响区较小；焊点小，焊接尺寸精度高；其焊接方式属于非接触性焊接，无需加外力，产品变形小，焊接质量高，效率高，易于实现自动化生产。

储能电池激光焊接设备

电池的结构通常包含钢、铝、铜、镍等多种材料，这些金属可能被制成电极、导线，或是外壳，因此，无论是一种材料之间或是多种材料之间的焊接，均对焊接工艺提出了较高要求。

激光焊接的工艺优势就在于可以焊接的材质种类广泛，能够实现不同材料之间的焊接。

激光焊接的类型

激光焊接的类型包括激光热传导焊和激光深熔焊。热传导焊和深熔焊的主要区别在于单位时间内施加在金属表面的功率密度，不同金属的临界值不同。

储能电池激光焊接常用三大激光器

储能电池是由电池储能设备(由单体元件→电池包模块→电池柜→电池储能单元→电池储能设备)、PCS及滤波环节所构成的整体。

储能电池激光焊接领域，目前使用最多的是脉冲激光器、连续激光器、准连续激光器。

脉冲激光器：YAG激光器、MOPA激光器；

连续激光器：连续半导体激光器、连续光纤激光器；

准连续激光器：QCW激光器系列。

对于这些激光器，可以这样理解：用锤子一锤一锤的将图钉砸进去，这是脉冲；用手直接将图钉按进去，这是连续；钻孔的时候，钻头连续钻10秒，休息一秒，再又连续钻10秒，再休息一秒，这叫准连续。

脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等。

Crylas-1064nm脉冲激光器

常见的脉冲激光器有固体激光器中的钇铝石榴石（YAG）激光器、红宝石激光器、钕玻璃激光器等，还有氮分子激光器、准分子激光器等。脉冲激光器基于YAG激光器原理，单脉冲能量高，耗电量大，需要定期更换氙灯等耗材，必须配备冷水机。

1550nm脉冲激光器

此类激光器是非常成熟的激光器，单机成本相对较低，也是目前金属焊接使用最广的一款激光器，因为基于YAG激光器原理，整体行业内受制于技术条件的限制，目前无法将激光器功率做到非常大，常规的一般在500W之内，国内最高的也就1000W，电光转换效率不高（在13%左右）。

脉冲激光器

连续激光器就是连续出光的激光器，也就是有稳定的工作状态，即是稳态。连续激光器中各能级的粒子数及腔内辐射场均具有稳定分布。

其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类。

连续激光器

由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应，因此多数需采取适当的冷却措施。

连续激光器基于YLP光纤激光器原理，因为可以连续不停的恒定功率出光（当激光器出光点足够快和多的时候，就连成了一条线），输出激光器的能量是恒定的，激光器的稳定性非常好，光斑模式也非常好，电光转换效率也非常高（30%左右）。

连续激光器

准连续激光器(QCW)也叫长脉冲激光器，产生ms量级的脉冲，占空比为10%。这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率，对于钻孔等应用来说非常有利。根据脉宽可将重复频率调制达500Hz。QCW激光器可以同时在连续和高峰值功率脉冲模式下工作。

准连续激光器

准连续激光器与传统的连续（CW）激光器不同，其峰值和平均功率在CW和CW/调制模式中总是相同的，而QCW激光器在脉冲模式下的峰值功率要比平均功率高出10倍。

因此，这样能够在从几十赫兹到几千赫兹的重复频率下产生具有高能量的微秒和毫秒脉冲，并且可实现数千瓦的平均功率和峰值功率。

准连续激光器

激光焊接设备在储能电池方面焊接优势：

1、焊接过程为非接触式焊接，焊接过程对焊接筋内应力降低到最低；

2、焊接过程不产生其他溢料和其他释放物质，防止二次污染；

3、焊接的强度和气密性高，可满足功能需要；

4、激光焊接可满足不同物质之间的焊接，也可以实现膜类材料、也可以实现异种物质之间连接技术；

5、激光焊接方便自动化集成，也可以根据产能需要做到同步激光焊接工艺方案，效率高，焊接内应力小；

6、激光焊接涉及到的结构简单方便，降低的模具结构难度系数；

7、焊接过程可以实现数字化智能监控，满足了焊接过程数据化可视化的需要；

8、该类型焊接工艺方案，可以有效地与自动化产线集成，满足了量产方案的需要，实现高效生产，消耗低等特点。

激光焊接在锂电池PACK产线中的关键技术

锂电池激光焊接机电池模组自动化生产线，一般包括电芯上料、扫码、测试、清洗、分选、模组堆垛、堆垛检测以及模组焊接、焊接检测、模组下料等工序，物料传输系统、自适应系统、视觉定位系统、MES制造执行管理等，是整条产线中的关键技术，也是适配小批量多品种生产形态的重要技术支撑。

01物料传输系统

从电芯上料到最终模组下料，整个物料的传送通过物料传输系统来完成，物料传输系统还可以根据工艺的调整需求灵活扩展工位，不同工位之间的传递无需人为操作，模组定位板自带产品尺寸调整机构，能适应不同尺寸模组的装夹，非常适配小批量多品种的生产需求。

02自适应系统

在电池模组的生产过程中，电芯来料软包、方型及圆柱几种最为常见，不同种类规格尺寸的电芯在堆垛成不同尺寸的模组后，每经过一道工序都需要适配自适应系统来确保整线节拍的联动，尤其是焊接工序，只有适应不同尺寸的模组才能完成模组 ＰＡＣＫ工序。

自适应系统采用多轴组合联动，实施产品加工区域内位置定位，不受任何形式来料的限制，完成焊接工作并传送到下一道工序。

03视觉定位系统

电芯焊接面清洗、模组打标、汇流片焊接通常是采用激光加工的方式来完成，电池模组装配后，往往尺寸公差较大，很难达到激光加工对间隙位置尺寸要求，导致加工质量急速下降。

视觉定位系统的导入则能满足精准定位的需求，精度可达到 ±０.05ｍｍ，通过视觉拍照数据采集，并将来料偏差反馈给控制系统，从而实现了加工位置的高精度定位。

04ＭES制造执行管理系统

ＭES制造执行管理系统具有开放式的开发平台，可在系统底层平台基础上快速、敏捷的按用户需求完成 MES项目的实施开发，人工只需按照MES的参数指示指导工作，并通过图表的形式综合统计和分析后，对现有的生产设定信息进行改进。

从电芯上料到最终模组下料，每一道工序的参数、数据、及其它来料信息等，都可以通过 MES系统快速查询并及时分析处理，真正做到过程可控产能高效。

激光焊接工序中的工艺数据包直接集成于MES系统中，以方便用户调用和切换，整套MES系统可以直接将生产线打造成准无人化生产车间，人工只需要在外围进行物料补充，提高了安全性。

预留的工业通讯接口，用户不仅能实现远程监控管理，还可以与企业ERP有效对接，真正实现智能化、信息化工厂。

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