電気自動車（EV）バッテリー製造の分野では、レーザー溶接は、バッテリーセルとバスバーを接続する際に高い精度、信頼性、効率を提供する基礎技術です。レーザー溶接は、一貫した品質のセルとバッテリー成分を生成し、より複雑で高性能のEVバッテリー設計を可能にします。ただし、レーザー溶接の否定できない利点を完全に活用するには、ツールから品質保証（QA）まで、バッテリーの生産を開始する前に考慮する必要があるいくつかの重要な要因があります。
クランプメソッドを選択します
バスバーまたはコレクタープレートをセル端子に押すためのツール設計には、はんだマスクまたは単一のセルクランプの2つの基本的なアプローチがあります。これらの2つのクランプ方法の選択は、生産効率と適応性に大きな影響を与えます。
はんだのマスキングは、バスバーを複数のセルに同時にクランプすることにより速度と効率を提供しますが、不利な点は、大きな領域でバスバーからセルへの適切な接触を確保するために寸法許容範囲をより強くする必要があることです。対照的に、単一の細胞クランプは、細胞配置またはジオメトリのより大きなばらつきに対応し、生産とコストの削減を簡素化することができます。ただし、この柔軟性は速度を犠牲にします。レーザー溶接は、高いバスバーからセル間溶接速度を提供することができ、時には1秒あたりの細胞を超えますが、クランピング方法が遅くなると溶接速度が制限されます。
ユニットの正確な位置決めを確認します
レーザー溶接は非常に正確なプロセスであり、均一な溶接を確保するために、バッテリーセルの位置決めは一貫して正確でなければなりません。バッテリーパック内のセルの配置の変動により、溶接が誤って整列されたり、溶接浸透が不十分であるため、構造の完全性が損なわれたりする可能性があります。細胞ホルダーの設計は一般に、細胞の位置の変動を減らしますが、設置中に過剰圧縮と細胞損傷のリスクをもたらす可能性があります。バッテリーパックの設計を最適化し、アライメントガイドを使用してギャップを最小化すると、溶接のアクセシビリティと品質が向上します。
バスバーの設計は、パフォーマンスだけではありません
効果的なバスバーまたは現在のコレクターの設計は、電気性能を最適化するだけではありません。厚さは剛性と柔軟性を決定し、厚さなどの要因は、ツールと最適なレーザーパラメーターの両方に影響を与えます。一般的にプリズムセルで使用されるより厚いバスバーは、電流を効率的に運びますが、バッテリー端子と接触するために曲がるのは困難です。さらに、厚い材料がレーザー浸透時間を増加させます。
Busbarの材料は、EVバッテリーバスバーを設計する際に特に考慮されています。銅は、その良好な電気伝導率のため、バスバーやその他のEVバッテリー機能に長い間選択されてきました。ただし、アルミニウムは、バッテリーパックの重量を減らすと同時に、その良好な電気特性のために銅のバスバーの代替として人気を博しています。アルミニウムのバスバーは、通常、銅のバスバーの重量の半分です。
幸いなことに、EVバッテリー溶接専用に設計されたレーザーは、幅広いバスバーの設計と材料のために、高い溶接速度と優れた溶接品質を維持できます。通常、バッテリー溶接レーザーは、高ビーム品質の高度に焦点を合わせたビームを提供し、大きな熱に影響を受けるゾーンのない迅速な溶接浸透を可能にします。
バッテリー処理要件の計画
毎年EVバッテリーメーカーによって数十億ドルではないにしても、数十億のバスからセルへの溶接が行われているため、効率的な自動化が重要です。バッテリーの設計を促進する多くの要因がありますが、円筒形セルの端子の位置は良い例です。
円筒セルは、上部に正と負の端子を、または上部に正の端子と下部に負の端子を設計できます。これらの2つの設計の選択により、生産速度と複雑さが決まります。従来のトップ/ボトムデザインは、バスバーの設計を簡素化しますが、2番目の溶接用にアセンブリをひっくり返すために追加のセルハンドリングステップが必要です。 4680セルの導入により、トップ/トップの設計がより一般的になり、生産サイクルが高くなり、セルの取り扱いが少なくなりますが、緊密な許容範囲内での正確な溶接配置と、より複雑なバスバー設計が必要です。
バッテリーの設計やバッテリー溶接の要件に関係なく、レーザー溶接は自動化に非常に適しています。効果的な電気自動車バッテリーレーザー溶接システムは、R＆Dから大量生産までのさまざまな生産段階の要件を満たすことができ、金型とバッテリーの取り扱いの要件を満たすことができます。
堅牢な品質保証プロセスを組み込みます
レーザー溶接は、入ってくる細胞が一貫した表面の品質と耐性を持っている場合、非常に安定した再現可能なプロセスです。ただし、次元または位置の特性に予期しない変動がある場合、溶接障害が生じる可能性があります。溶接の故障は、高価なリワークやスクラップにつながる可能性があり、最悪の場合、最終製品の壊滅的な故障につながる可能性があります。したがって、すべてのバスバー間溶接溶接を正確かつ効率的に測定およびテストする必要があります。
破壊的なテストは正確な結果をもたらしますが、費用がかかり、すべての溶接を測定するわけではありません。 PhotoDiodesなどの方法は、進行中に各溶接を測定しますが、間接的な測定値を最適でない結果のみに提供します。 EVバッテリーメーカーは、リアルタイムの溶接測定にますます目を向けています。リアルタイム溶接測定は、溶接プロセス中に溶接深さなどの重要な要因を測定し、破壊的なテストに匹敵する非常に正確なデータを提供します。さらに、溶接測定データのトレンドはプロセスのドリフトを検出し、バッテリーメーカーが将来的に容認できない溶接を防ぐのに役立ちます。
