动力电池激光焊接模式分析
动力电池壳体激光焊接工艺
：坠』垡星垡垒——————————————————型鲨垒—垒丝丝型坠些丝文章编号：1002-025X(2013)07-0030-03动力电池壳体激光焊接工艺李林贺。
邓适(力神迈尔斯动力电池系统有限公司，天津300191)摘要：针对动力电池壳、盖激光焊接试验，通过调整激光焊机脉宽、频率、峰值功率等工艺参数．验证不同参数对激光单点能量及焊接平均功率的影响，结合平均功率对焊缝熔深影响及不同熔深状态下与焊缝耐压强度的对应关系，进而优化激光焊接工艺参数，确保动力电池激光焊接过程的稳定性和焊接质量的一致性。
关键词：动力电池；激光焊接；熔深中图分类号：TG456．7文献标志码：BO绪论电动汽车不仅能减少或不使用石油，且能降低尾气排放，甚至实现尾气零排放，而在当今节能降耗和环保双重压力下。
实现汽车能源动力系统电气化，推动传统汽车业结构转型，在国际上已经形成了广泛共识。
我国已出台许多相关优惠政策，扶持和引导电动汽车行业的快速发展，因此，电动汽车的发展将会步人关键时期，并迎来更多机遇与挑战。
动力电池是电动汽车的关键技术，决定了汽车的运行里程和成本，而电池壳体的激光焊接又成为动力电池制作的重要工序。
焊接质量的好坏直接决定电池的密封性及耐压强度．从而影响电池的使用寿命和安全性能。
结合本公司实际生产情况，通过激光焊接工艺参数摸索及焊接质量确认，建立合理的工艺参数范围。
为动力电池壳体激光焊接过程的稳定性及产品质量的一致性提供了有力保障。
1激光焊接试验本公司动力电池壳体基本上为3003系铝合金．厚度在0．6～0．8m m之间。
由于各型号电池都用于电动汽车，因此，对焊接后的密封性及耐压强度要求很高，图1为电池壳体焊接示意图。
收稿日期：2013—05—05围1电池壳体焊接示意图激光焊接主要工艺参数有峰值功率、脉宽、频率、离焦量及焊接速度等，其任何一个参数的变化及不稳定都会直接影响焊接质量的效果。
实际焊接过程采用的激光功率为600W，波长为1064．t i m，光纤直径为600斗m的激光设备。
电池顶盖侧焊激光焊接系统方案资料
电池顶盖侧焊激光焊接系统方案供应商：签字代表：日期：电池顶盖侧焊激光焊接系统方案一、客户要求1、设备要求要求做一条生产线，用于方形动力电池入壳后的自动传输,自动焊接封口、电池自动传输、自动绝缘电阻测试、自动气密性检测、自动打条码。
焊接后产品表面要求平整、焊接牢固、无虚焊。
焊接电池如下图所示。
2、来料状态（1）电芯入壳，保持架与盖板下端面贴紧重合； （2）盖板四周与壳体周边吻合；3、 来料材质AL 4、来料尺寸二、来料要求：1、宽度尺寸精度＜±0.1mm ；2、厚度尺寸精度＜±0.1mm ；3、盖子和壳体配合良好三、技术方案3.1、方案采用两台焊接机进行焊接，两台检测机进行检测，一条流水线进行电池的传输，流水线分为若干流道，设备总体外形图如图1所示，机器外形尺寸11000mmX2500mmX2000mm(长X 深X 高)；图1设备总体外形图3.2、焊接方案简介针对动力电池盒体及端盖的焊接要求，本方案由激光焊接机，电池检测机，在线打标机，自动流水线等单元构成。
其功能是依次完成电池的焊接，短路测试，气密性测试，电池打标，NG 品自动剔除等相关工序。
激光焊接机由激光器，激光焊接头，XYZ 三轴数控轴，旋转夹具，二工位驱动轴,随动机构,四关节机械手上下料等各两套构成，其主要作用是：采用双工位上料方式上料，一次性完成方形电池的四面焊接。
自动流水线电池检测机由短路测试组件，气密性测试组件，转盘组件，四关节机械手上下料，在线激光打标等机构组成，其主要作用是：将流水线上焊接完成后的电池夹持到转盘组件上的夹具中，依次对其进行短路,气密性检测，对合格产品进行打标，并在检测打标完成后将良品与不良品放入流水线相应的轨道中。
打标机带调整机构，可调整到合适打标位置。
自动流水线由板链，轨道，挡板，定位气缸，储料气缸等构成，其主要作用是带动电池到相应的位置，并具有储料功能。
本方案的显著特点是：1、焊接采用两套光纤激系统进行焊接，分为在A 、B 两个焊接工作台，两个工作台都有两个焊接工位，提高焊接效率；2、两个焊接工作台各配备一台四关节机械手上下料，两工位进出料，提高送料效率，焊接区域与上料区域完全分开，保证操作人员的人身安全；3、设备配置A 、B 两台检测机，采用四关节机械手来进行上料和下料，提高检测效率；4、配置烟尘处理系统，有效防止烟尘污染。
锂电池电池 激光焊接 激光器 选型详解之一
锂电池电池激光焊接激光器选型详解之一在动力电池制造过程中，激光焊接的方法与工艺，对电池的品质、安全、充放电性能、电池的一致性等具有关键的影响，故在动力电池制造过程中，激光焊接设备的选择显得十分的重要。
本文分三个模块进行介绍：基本原理、激光器选型计算、实际案例分析一，基本原理1，什么是激光焊接？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。
2，激光焊接的类型激光热传导焊Heat Conduction Welding：功率密度小于10e+4~10e+5W/cm2为热传导焊，工件吸收激光后，温度只要达到表面熔点，然后依靠热传导，向工件内部传递热量形成熔池，因此经济性好。
此时熔深浅、焊接速度慢，焊缝平滑无气孔。
典型应用如不锈钢水槽焊接、金属波纹管、金属管件焊接；激光深熔焊Keyhole Welding：功率密度大于10e+5~10e+7W/cm2时，金属表面受热作用下，不仅使金属熔化，而且使金属汽化。
熔化的金属在金属蒸汽作用下，排出形成小孔，激光束继续照射孔底，内的蒸汽压力与液体使得小孔不断延伸，直到小孔金属的表面张力与重力平衡为止。
深熔焊会形成一个狭窄而均匀的焊缝，而且深度一般比焊缝宽度大，具有焊接速度快、深宽比大的特点。
典型运用在方形铝壳锂电池、圆柱电池的连接片、极耳顶盖焊、封口焊，极柱与巴片穿透焊、缝焊等；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。
二，激光器的选型对于电池的深熔焊，光的功率密度，在此成为一个非常重要的指标，也是影响着焊缝质量优劣的重要参数之一。
计算公式：激光功率密度=输出功率/光斑面积例如：光纤芯径为50μm/150μm时，准直镜片焦距140mm，聚焦镜片焦距413mm时，相当于光斑放大了3倍，如下。
当激光器输入1KW能量，光斑放大2倍时，光的功率密度如下表：可以对比得知，同等功率下，光纤芯径越大，激光功率密度越小，这使得我们在对于焊接电池的不同部位，不同工艺参数时，选择的激光器与配置就显得尤为关键。
动力电池激光焊接方案
动力电池激光焊接方案
动力电池激光焊接是一种常用的连接方式，具有高效、精确、无损、环保等特点。
以下是一种可能的动力电池激光焊接方案：
1. 材料准备：准备好需要焊接的动力电池模块，确保其表面清洁无杂质。
2. 设置参数：根据不同的电池材料和尺寸，确定适当的激光焊接参数，包括功率、脉冲频率、浸润时间等。
3. 激光焊接设备调试：根据所选参数，调试激光焊接设备，确保激光束的焦点准确对位于焊接点上，并调整焊接电极的位置。
4. 预热：通过激光预热动力电池接触面，提高焊接的效果和速度。
5. 焊接：根据焊接点的位置，使用激光束进行准确焊接，确保焊接点的牢固性和导电性。
6. 检查与测试：完成焊接后，对焊接点进行检查和测试，确保焊接质量符合要求。
需要注意的是，动力电池激光焊接需要使用专门的设备和技术，操作时应遵守相关安全规范，确保工作环境安全。
此外，不同材料和尺寸的电池模块可能需要调整焊接参数和设备，具体操作应根据实际情况进行调整。
激光技术在动力电池中的应用
激光技术在动力电池中的应用
激光技术在动力电池中有许多应用。
1. 激光打光焊接与切割：激光可以用于焊接和切割动力电池中的金属零部件。
激光焊接可以快速、精确地将电池单体连接在一起，提高电池组的稳定性和安全性。
激光切割可以用于制作电池的隔膜和电极材料，提高电池性能和效率。
2. 激光清洗与表面处理：激光可以用于清洗动力电池表面的污垢和杂质，提高电池的效率和寿命。
激光还可以用于处理电极和隔膜的表面，增加其表面积和反应活性，提高电池的能量密度和循环稳定性。
3. 激光标记和标识：激光可以用于在动力电池上进行标记和标识，帮助管理和追踪电池的生产和使用过程。
激光标记可以在电池上刻印唯一的标识码和生产信息，方便电池的溯源和质量控制。
4. 激光探测与监测：激光可以用于检测和监测动力电池中的各种参数和性能。
例如，激光可以通过测量电池的光学属性来判断电池的充放电状态和健康状况。
激光还可以用于非接触式的温度测量和电池内部结构的成像，提供更精确和可靠的电池监测和故障诊断。
总的来说，激光技术在动力电池中的应用可以提高电池的制造质量和性能稳定性，提高电池的能量密度和充放电效率，减少
电池的能量损耗和故障概率，进一步推动电动汽车和储能系统的发展和应用。
动力电池外壳激光焊接试验分析
２４（ ） ｘ
１６ ００Байду номын сангаас
始 高 峰部 分 可 以使 铝 合 金材 料 通 过 瞬 间 温度 升高 来 提 高 动 力 电池 外 壳 对 激 光 的 吸收 率 ，后 沿下 降避 免 材 料 表 面 功 率 密 度 过 高 ，形 成 深 熔 焊 ，击 穿 壳 体 。 同时 采 用该 脉 冲波 形 ，还 可 以有 效 减 少气 孔 和裂 纹 产生 几 率 ，提 高 电池 的气密 性 。
当设 置 激 光 焊 接 参 数 ，连 接 处 保 持 良好 接触 ，同 时
注 意保 护气 体 的应 用 。关 于焊 接 过 程 的 更 深 入 的 理
３ 结 论
通 过动 力 电池 激 光 焊接 密 封 试 验 及 理 论 分 析 过
气 孔 的 主要 原 因 。采用氮 气保 护激 光焊 接 ，可 以减 少 壳 体 表 面焊 接 过 程 中 氧化 ，减 少 焊 缝气 孔 ， 同时
保 护 聚焦镜 片 。
程 ，要 使 封 装 后 的 电池 达 到 较 好 的气 密性 ．需 要 适
理 论计 算 值 。但 动 力 电池 外 壳 厚度 为 ０６ｍｍ，且 属 ．
于 穿 透 焊接 ，需 要 一 定 的熔 深 ，焊 接 功率 密度 略超 过沸 点要 求 ，功率 密度 能达 到更好 的焊 接效 果 。 ２２ 铝合 金材 料表 面对 焊接影 响 ．
材 料对 激 光 的吸 收率 随温 度 的变化 由公 式 （ ）
６
８０ ｏ
ｔｍｓ ／
圈 ５ 两 层 材 料 激 光 穿 透 焊 时 各 面 温 度 变 化 曲线
浅谈动力电池模组焊接过程监测和焊缝质量检测方法
浅谈动力电池模组焊接过程监测和焊缝质量检测方法摘要：激光焊接是方形和软包装动力电池模块制造过程中的关键技术。
焊接过程中的缺陷会影响电池的过电流能力和连接强度，降低电池组的使用寿命，严重的会导致安全事故。
因此，动力电池模块激光焊接过程的实时监控和焊缝质量的无损检测方法是非常重要的研究对象。
关键词:动力电池模块；激光焊接；实时过程监控；焊缝质量检查；无损检验1前言激光焊接技术具有焊缝深宽比高、精度高、非接触、效率高、热影响面积小、易于自动化等特点，广泛应用于动力电池模块极柱或极耳的连接。
但焊接过程是一个强烈的物理、化学和冶金过程，能量密度高，工艺参数多，影响因素多，容易产生虚焊、爆炸等缺陷。
虚焊的原因包括a、激光功率密度和穿透力不足，功率不足的原因可能是功率设定过小、保护镜片污染、焊接速度过快、焊接产生的烟尘阻挡光束、散焦量过大、输出功率不稳定等。
b .待焊零件贴合不紧密或贴合间隙过大的贴合问题，与材料装配精度和工装控制精度有关。
产生爆点的主要原因有a、功率密度高；b、焊接材料氧化或污染；c、环境温度、湿度、洁净度、温度和湿度过高，可能导致设备或工件表面结露，影响设备稳定输出和焊接时工件爆炸飞溅。
可以看出，影响焊接质量的因素很多，任何一个因素都可能引起焊接质量的波动。
因此，研究如何对焊接过程进行监控，检测焊接质量，以有效识别焊接质量缺陷，降低产品故障成本，是非常必要和重要的。
2焊接过程的实时监控2.1激光功率监控激光功率计的光电探头包括光电二极管、热电堆、热释电、光束跟踪仪等。
以光电二极管为例，探针的工作原理是:当光子照射PN结时，电子或空穴摆脱束缚，在PN结中形成光生载流子。
光生载流子在电场的作用下漂移形成电流，电流的大小与入射光的能量成正比，从而计算出激光发射端的输出功率。
热电堆的工作原理:当激光被探头表面的薄膜吸收并转化为热量时，热量传递给热电偶，形成温度梯度场。
热电堆探头内外两个节点由于温差产生热电动势，电动势的大小与入射光转化的热量成正比。
动力电池激光焊接技术介绍
光纤激光器
方形动力电池介绍
动力电池
动力电池
激光焊接技术
光纤激光器
IPG光纤激光器
国际光纤激光器的主要生产 厂 家 有 IPG 、 SPI 、 Nufern 、 Coherent、JDSU 、GSI和Rofin等 公司。
国内主要光纤激光器制造商 包括：武汉锐科、创鑫激光、中 科光汇、深圳联品、天元激光、 中科梅曼等。其中，IPG在光纤激 光器领域占据着绝大部分的市场 份额。
动力电池翻转片是动力电池电芯中的关键零件。
当电芯压力超过一定数值时，翻转片翻转，与负极
铆接块(导电片)接触导电，切断电源，从而保证电
芯内部压力的稳定，以实现电芯的安全性。
传统要求
现在要求
密封
密封
翻转值/防爆值达标 外观光滑漂亮
1.焊接后翻转值/防爆值控制更严 (±0.05MPa)； 2.焊接后尽可能不让翻转片微量翻转； 3.焊接后盖板不变形；
激光焊接技术
盖板、防爆膜一体化
优点：省去焊接环节，降低 成本；
缺点：1.呼吸测试良率不高； 2.难以消除应力；
1. 铣 床 铣 出 来 后 刻 痕 ； 2. 直 接用模具打出来；
3D打印锂离子电池
美国马里兰大学－帕克分校的 Kun Fu等人设计了一款实用3D打印技 术制备的全固态锂离子电池。正负极 分别采用了磷酸铁锂LFP和钛酸锂LTO。
动力电池
激光焊接技术
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动力电池激光焊接模式分析
1引言
动力电池是新能源汽车的核心零部件，直接决定整车性能，其生产流程可分为前端、中端和后端设备，设备的精度和自动化水平将直接影响到电池的生产效率和一致性。
2015年动力电池的扩产直接拉动了设备需求，而作为新一代动力电池生产装备，激光焊接已拓展至自动化产线的全工艺应用，本文针对激光焊接在动力电池行业中的应用情况，结合激光焊接工艺分析了铝合金的焊接难点以及焊接模式对焊接质量的影响，阐述了激光焊接的特点，讨论了方形动力电池激光焊接时存在的问题和解决措施。
2激光焊接工艺
动力电池制造过程焊接方法与工艺的合理选用，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，激光焊接其独特的优势在很多领域已得到广泛应用，其特点有如下几点：首先，节能环保，且热影响区金相变化范围小，不易变形。
激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，可在工件周围的夹具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。
其次，工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。
激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件，可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。
另外，易于实现自动化进行高速焊接，可以数位或电脑控制。
焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。
电池通常都包含许多种材料，比如锌、钢、铝、铜、钛、镍等，这些金属可能被制成电极、导线，或仅仅是外壳。
用于动力电池的电芯由于遵循“轻便”的原则，通常会采用较“轻”的铝材质外，还需要做得更“薄”，一般壳、盖、底基本都要求达到1.0 mm以下，主流厂家目前基本材料厚度均在0.8 mm左右。
电池焊接的好坏其导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性能是典型的焊接质量评价标准。
3工艺难点
目前，铝合金材料的电池壳占整个动力电池的90%以上。
其焊接的难点在于铝合金对激光的反射率极高,焊接过程中气孔敏感性高,焊接时不可避免地会出现一些问题缺陷，其中最主要的是气孔和热裂纹。
铝合金的激光焊接过程中容易产生气孔，主要有两类：氢气孔和匙孔破灭产生的气孔。
由于激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题更加严重，并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产生的孔洞。
热裂纹问题。
铝合金属于典型的共晶型合金，焊接时容易出现热裂纹，包括焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹，由于焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化，在应力作用下会在晶界处形成液化裂纹，降低焊接接头的性能。
炸火（也称飞溅）问题。
引起炸火的因素很多，如材料的清洁度、材料本身的纯度、材料自身的特性等，而起决定性作用的则是激光器的稳定性。
壳体表面凸起、气孔、内部气泡。
究其原因，主要是光纤芯径过小或者激光能量设置过高所致。
并不是一些激光设备提供商宣传的“光束质量越好，焊接效果越优秀”，好的光束质量适合于熔深较大的叠加焊接。
寻找合适的工艺参数才是解决问题的致胜法宝。
4焊接模式选择
4.1 脉冲模式焊接
■冉昌林杨毛三武汉逸飞激光设备有限公司
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激光焊接时应选择合适的焊接波形，常用脉冲
波形有方波、尖峰波、双峰波等，铝合金表面对光
的反射率太高，当高强度激光束射至材料表面，金
属表面将会有60%-98%的激光能量因反射而损失
掉，且反射率随表面温度变化。
一般焊接铝合金时
最优选择尖形波和双峰波，此种焊接波形后面缓降
部分脉宽较长，能够有效地减少气孔和裂纹的产生。
由于铝合金对激光的反射率较高，为了防止激
光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜，焊
接过程中通常将焊接头偏转一定角度。
焊点直径和
有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大，当激
光倾斜角度为40°时，获得最大的焊点及有效结
合面。
焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小，当
大于60°时，其有效焊接熔深降为零。
所以倾斜
焊接头到一定角度，可以适当增加焊缝熔深和熔宽。
另外在焊接时，以焊缝为界，需将激光焊斑偏盖板
65%、壳体35%进行焊接，可以有效减少因合盖
问题导致的炸火。
4.2 连续模式焊接
连续激光器焊接由于其受热过程不像脉冲机器
骤冷骤热，焊接时裂纹倾向不是很明显，为了改善
焊缝质量，采用连续激光器焊接，焊缝表面平滑均
匀，无飞溅，无缺陷，焊缝内部未发现裂纹。
在铝
合金的焊接方面，连续激光器的优势很明显与传统
的焊接方法相比，生产效率高，且无需填丝；与脉
冲激光焊相比可以解决其在焊后产生的缺陷，如裂
纹、气孔、飞溅等，保证铝合金在焊后有良好的机
械性能；焊后不会凹陷，焊后抛光打磨量减少，节
约了生产成本，但是因为连续激光器的光斑比较小，
所以对工件的装配精度要求较高。
在动力电池焊接当中，焊接工艺技术人员会
根据客户的电池材料、形状、厚度、拉力要求等选
择合适的激光器和焊接工艺参数，包括焊接速度、
波形、峰值、焊头倾斜角度等来设置合理的焊接工
艺参数，以保证最终的焊接效果满足动力电池厂家
的要求。
4.3方形动力电池焊接
在所有形状电池中，方型电池的焊接工艺最重
要的工序是壳盖的封装，根据位置的不同分为顶盖
和底盖的焊接。
有些电池厂家由于生产的电池体积
不大，采用了“拉深”工艺制造电池壳，因此只需
进行顶盖的焊接。
脉冲激光焊接样品
连续激光焊接样品
激光侧焊接设备
41
焊接方式主要分为侧焊和顶焊，其中侧焊的主要好处是对电芯内部的影响较小，飞溅物不会轻易进入壳盖内侧。
由于焊接后可能会导致凸起，这对后续工艺的装配会有些微影响，因此侧焊工艺对激光器的稳定性、材料的洁净度等要求极高。
而顶焊
方形动力电池侧焊样品
工艺由于焊接在一个面上，对焊接设备集成要求比较低，量产化简单，但是也有两个不利的地方，一是焊接可能会有少许飞溅进入电芯内，二是壳体前段加工要求高会导致成本问题。
5结束语
近年来，国内很多外动力电池制造商在较为复杂的生产工序中，对于不同工序、不同被焊接部件均采用不同焊接方法，随着新能源汽车行业迈向纵深发展，对配套电池的装配与焊接精度、质量都提出了更高的要求，传统的焊接工艺已经不能满足市场需求，大规模的采用激光焊接工艺势在必行。
虽然我国激光焊接工艺日趋成熟，但是，高质量的动力电池仍需生产厂家设计人员和激光焊接技术人员密切协作，从材质、形状、厚度、工艺、实时检测等各方面优化设计，才能达到理想的焊接效果。
如今，在“工业4.0”浪潮来袭的背景下，智能自动化产线已成为动力电池制造商的首选装备。
在灯泡上标记具有一定的难度，因为灯泡的玻璃材料较薄、材料表面呈弧形，而且打标速度还需要跟上大批量生产的节奏。
近期，AL211-A 自动化激光打标机闪亮面市，它是由大族粤铭激光自主研发的新产品。
该产品专门针对各种灯泡、灯座、灯头进行自动化打标、检测以及自动上下料，实现流水线批量生产，打标形成的线条细腻光滑，效果精致。
毒胶囊事件促使全自动胶囊激光打标机在中国诞生。
捷奥激光自主研发的这种新型打标机可以将胶囊企业的药品批准文号和生产批号打标到胶囊外表上，据说一台设备每小时可打标约12万粒胶囊，解决了制药和胶囊生产企业用油墨打标胶囊
的难题。
泰尼福在提高打标机的工作效率方面下足了功夫，推出真正集成式的光纤激光打标机F-SERIES ，在打标性能上也迈进一大步。
该设备的新型电路系统提供了多样化的通讯手段，可以和生产线上不同的工位进行持续即时的信息交换。
新的连接系统可以跳过昂贵的适配器，让一台中央服务器管理工厂里的所有激光机。
2016年3月，激光制造业的各路英雄们将带着自己的新产品、技术以及创新应用，再度登上慕尼黑上海光博会的“大武台”一较高下；届时激光打标界也将出现群雄争霸的宏大场景，让我们拭目以待。
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