為緩解越來(lái)越嚴重的能源危機和大氣環(huán)境污染問(wèn)題，我國與美日德等發(fā)達國家一樣，正在重點(diǎn)推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，并作為國家戰略?xún)?yōu)先發(fā)展的行業(yè)。國家《新能源汽車(chē)科技發(fā)展"十二五"專(zhuān)項規劃》已把電動(dòng)汽車(chē)作為中國汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的主要方向之一；2015年中國新能源汽車(chē)保有量計劃達到100萬(wàn)輛，動(dòng)力電池產(chǎn)能約達100億瓦時(shí)；到2020年，新能源汽車(chē)的年銷(xiāo)售達到200萬(wàn)臺。
新能源汽車(chē)的電池可靠性、成本高、產(chǎn)能缺乏等問(wèn)題是一個(gè)世界型的難題，現有電池技術(shù)的可靠性、穩定性不足，產(chǎn)品的循環(huán)壽命不長(cháng)等因素長(cháng)期以來(lái)一直影響著(zhù)新能源汽車(chē)的發(fā)展。近年來(lái)，各主要汽車(chē)廠(chǎng)商在新能源汽車(chē)方面投入了巨大的研發(fā)費用，也取得了很大的進(jìn)展?？梢灶A見(jiàn)，未來(lái)十年，將是新能源汽車(chē)爆發(fā)式增長(cháng)的十年。
深圳博特激光智能制造密切配合各電池生產(chǎn)廠(chǎng)家，共同研發(fā)汽車(chē)動(dòng)力電池的激光焊接技術(shù)，取得了很大的進(jìn)展。到目前為止，已經(jīng)為國內上百家動(dòng)力電池生產(chǎn)廠(chǎng)家設計制作了全自動(dòng)或半自動(dòng)的激光焊接生產(chǎn)線(xiàn)，取得了非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。
一、動(dòng)力電池激光焊接的主要部位
動(dòng)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(jiàn)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(jiàn)動(dòng)力電池外形
目前，在國內生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)當中，這三種電池都有應用：例如比亞迪E6和K9電動(dòng)車(chē)使用的是方型電池；杭州萬(wàn)向為電芯供應商的一些電動(dòng)車(chē)廠(chǎng)家使用其軟包電池；上汽系某些電動(dòng)車(chē)車(chē)型則使用美國A123公司的圓型電池。這三種電池的自動(dòng)化激光焊接系統及工藝也各不相同；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，根據位置的不同分為頂蓋、底蓋和側面的焊接、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(dòng)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(dòng)力電池焊接的工藝難點(diǎn)
一般殼體厚度都要求達到1.0毫米以下，主流廠(chǎng)家目前根據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焊和頂焊，其中側焊的主要好處是對電芯內部的影響較小，飛濺物不會(huì )輕易進(jìn)入殼蓋內側。由于焊接后可能會(huì )導致凸起，這對后續工藝的裝配會(huì )有些微影響，因此側焊工藝對激光器的穩定性、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(gè)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，對設備的自動(dòng)化要求高。
目前鋁殼電池占整個(gè)動(dòng)力電池的90%以上。鋁材的激光焊接難度較大，會(huì )面臨焊痕表面凸起問(wèn)題、氣孔問(wèn)題、炸火問(wèn)題、內部氣泡問(wèn)題等。表面凸起、氣孔、內部氣泡是激光焊接的致命傷，很多應用由于這些原因不得不停止或者想辦法規避。很多電池廠(chǎng)家在研發(fā)初期都會(huì )為此大傷腦筋，究其原因，主要是采用的光纖芯徑過(guò)小或者激光能量設置過(guò)高所致。引起炸火（也稱(chēng)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定性。在動(dòng)力電池焊接當中，焊接工藝技術(shù)人員會(huì )根據客戶(hù)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，包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾斜角度等來(lái)設置合理的焊接工藝參數，以保證最終的焊接效果滿(mǎn)足動(dòng)力電池廠(chǎng)家的要求。
方形電池由于來(lái)料的配合精度等方面的因素影響，焊接時(shí)拐角處最容易出現問(wèn)題，需要在根據實(shí)際情況不斷探索，調整焊接速度可以解決這類(lèi)問(wèn)題。圓形電池沒(méi)有這方面的問(wèn)題，但后續集成成電池模組的難度較大。
三、動(dòng)力電池的激光自動(dòng)化焊接系統簡(jiǎn)介
圖3是一條方形動(dòng)力電池全自動(dòng)激光焊接線(xiàn)，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(xiàn)，產(chǎn)能≧16PPM，焊接強度6kgf/c㎡以上不泄漏。
本系統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(dòng)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(dòng)控制軸，旋轉機構，電池夾具（壓緊及較正夾具），上下料機械手等構成，其主要作用是：將電池從流水線(xiàn)上夾持到焊接工作臺進(jìn)行焊接作業(yè)，并焊接完成后放回流水線(xiàn)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，內部流水線(xiàn)輸送系統，檢測上料機械手，檢測下料機械手等構成，其主要作用是：將流水線(xiàn)上焊接完成后的電池夾持到內部流水線(xiàn)輸送系統上，依次對其進(jìn)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(xiàn)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，抓取定位機構等構成，其主要作用是對焊接后產(chǎn)品進(jìn)行打標?？稍诮饘佼a(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、負側正上部分高速的標記出12位數字加字母碼（其中三位字母碼，9位數字碼），加8*8的二維碼。
流水線(xiàn)部份由流水線(xiàn)倍速鏈，夾具托盤(pán)，定位氣缸，擋隔分料氣缸等構成，其主要作用是帶動(dòng)電池到相應的位置，方便焊接與檢測，并具有一定的儲料功能。
圖3 方形動(dòng)力電池全自動(dòng)激光焊接線(xiàn)
圖4是一種方形電池頂蓋的半自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，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(guò)程自動(dòng)化。
該系統可配合環(huán)形輸送線(xiàn)用于電池頂蓋與殼體自動(dòng)激光密封焊接,其中頂蓋和殼體材料為不銹鋼或鋁合金。焊接參數可以通過(guò)操作界面進(jìn)行設定，焊接完后確保焊縫無(wú)滲漏，焊接完后符合耐壓測試要求，不會(huì )對電池周?chē)考纬善茐幕蛘邠p傷，且具備自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能。
圖4 方形動(dòng)力電池頂蓋自動(dòng)激光焊接線(xiàn)
四、總結
通過(guò)高效精密的激光焊接可以大大提高汽車(chē)動(dòng)力電池的安全性、可靠性和使用壽命，必將為今后的汽車(chē)動(dòng)力技術(shù)帶來(lái)革命化進(jìn)步。動(dòng)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，大多數廠(chǎng)家需要全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，將進(jìn)一步增加焊接系統的集成難度。高質(zhì)量的動(dòng)力電池需要生產(chǎn)廠(chǎng)家的設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(shí)時(shí)檢測等各方面優(yōu)化設計，才能達到理想的焊接效果。
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