從儲能電池電芯的制造到電池PACK成組，焊接都是一道很重要的制造工序，鋰電池的導電性、強度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性，是典型的電池焊接質量評價標準。焊接方法和焊接工藝的選用，將直接影響電池的成本、質量、安全以及電池的一致性。
在眾多焊接方式中，激光焊接以如下優勢脫穎而出：首先，激光焊接能量密度高、焊接變形小、熱影響區小，可以有效地提高制件精度，焊縫光滑無雜質、均勻致密、無需附加的打磨工作；
其次，激光焊接可精確控制，聚焦光點小，高精度定位，配合機械手臂易于實現自動化，提高焊接效率，減少工時，降低成本；另外，激光焊接薄板材或細徑線材時，不會像電弧焊接那樣容易受到回熔的困擾。
儲能電池焊接方法主要有波峰焊接、超聲焊接、激光焊接、異種金屬激光焊接，其中激光焊接是目前最主流的焊接方法。
儲能電池焊接方法：
①波峰焊接：本質上是超聲焊和激光焊結合；
②超聲焊接：這種方案好處是焊接簡單，但是需要占用較多空間，模組的體積成組效率會較低；
③激光焊接：目前這種方案是應用最廣泛的，但是結構上稍有不同；
④異種金屬激光焊接：這種焊接方式成組效率也很高，生產速度快。
什么是激光焊接？
激光焊接就是通過光學系統，利用高能量密度的激光束作為熱源，將激光束聚焦在一個很小的區域內，在極短的時間內使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區，使被焊物熔化并形成牢固的焊點或焊縫。
激光焊接是一種新型的焊接方式，目前處在高速發展階段。采用激光焊接時，工件的熱影響區較小；焊點小，焊接尺寸精度高；其焊接方式屬于非接觸性焊接，無需加外力，產品變形小，焊接質量高，效率高，易于實現自動化生產。
儲能電池激光焊接設備
電池的結構通常包含鋼、鋁、銅、鎳等多種材料，這些金屬可能被制成電極、導線，或是外殼，因此，無論是一種材料之間或是多種材料之間的焊接，均對焊接工藝提出了較高要求。
激光焊接的工藝優勢就在于可以焊接的材質種類廣泛，能夠實現不同材料之間的焊接。
激光焊接的類型
激光焊接的類型包括激光熱傳導焊和激光深熔焊。熱傳導焊和深熔焊的主要區別在于單位時間內施加在金屬表面的功率密度，不同金屬的臨界值不同。
儲能電池激光焊接常用三大激光器
儲能電池是由電池儲能設備(由單體元件→電池包模塊→電池柜→電池儲能單元→電池儲能設備)、PCS及濾波環節所構成的整體。
儲能電池激光焊接領域，目前使用最多的是脈沖激光器、連續激光器、準連續激光器。
脈沖激光器：YAG激光器、MOPA激光器；
連續激光器：連續半導體激光器、連續光纖激光器；
準連續激光器：QCW激光器系列。
對于這些激光器，可以這樣理解：用錘子一錘一錘的將圖釘砸進去，這是脈沖；用手直接將圖釘按進去，這是連續；鉆孔的時候，鉆頭連續鉆10秒，休息一秒，再又連續鉆10秒，再休息一秒，這叫準連續。
脈沖激光器是指單個激光脈沖寬度小于0.25秒、每間隔一定時間才工作一次的激光器，它具有較大輸出功率，適合于激光打標、切割、測距等。
Crylas-1064nm脈沖激光器
常見的脈沖激光器有固體激光器中的釔鋁石榴石（YAG）激光器、紅寶石激光器、釹玻璃激光器等，還有氮分子激光器、準分子激光器等。脈沖激光器基于YAG激光器原理，單脈沖能量高，耗電量大，需要定期更換氙燈等耗材，必須配備冷水機。
此類激光器是非常成熟的激光器，單機成本相對較低，也是目前金屬焊接使用最廣的一款激光器，因為基于YAG激光器原理，整體行業內受制于技術條件的限制，目前無法將激光器功率做到非常大，常規的一般在500W之內，國內最高的也就1000W，電光轉換效率不高（在13%左右）。
連續激光器就是連續出光的激光器，也就是有穩定的工作狀態，即是穩態。連續激光器中各能級的粒子數及腔內輻射場均具有穩定分布。
其工作特點是工作物質的激勵和相應的激光輸出，可以在一段較長的時間范圍內以連續方式持續進行，以連續光源激勵的固體激光器和以連續電激勵方式工作的氣體激光器及半導體激光器，均屬此類。
連續激光器
由于連續運轉過程中往往不可避免地產生器件的過熱效應，因此多數需采取適當的冷卻措施。
連續激光器基于YLP光纖激光器原理，因為可以連續不停的恒定功率出光（當激光器出光點足夠快和多的時候，就連成了一條線），輸出激光器的能量是恒定的，激光器的穩定性非常好，光斑模式也非常好，電光轉換效率也非常高（30%左右）。
連續激光器
準連續激光器(QCW)也叫長脈沖激光器，產生ms量級的脈沖，占空比為10%。這使得脈沖光具有比連續光高十倍以上的峰值功率，對于鉆孔等應用來說非常有利。根據脈寬可將重復頻率調制達500Hz。QCW激光器可以同時在連續和高峰值功率脈沖模式下工作。
準連續激光器
準連續激光器與傳統的連續（CW）激光器不同，其峰值和平均功率在CW和CW/調制模式中總是相同的，而QCW激光器在脈沖模式下的峰值功率要比平均功率高出10倍。
因此，這樣能夠在從幾十赫茲到幾千赫茲的重復頻率下產生具有高能量的微秒和毫秒脈沖，并且可實現數千瓦的平均功率和峰值功率。
準連續激光器
激光焊接設備在儲能電池方面焊接優勢：
1、焊接過程為非接觸式焊接，焊接過程對焊接筋內應力降低到最低；
2、焊接過程不產生其他溢料和其他釋放物質，防止二次污染；
3、焊接的強度和氣密性高，可滿足功能需要；
4、激光焊接可滿足不同物質之間的焊接，也可以實現膜類材料、也可以實現異種物質之間連接技術；
5、激光焊接方便自動化集成，也可以根據產能需要做到同步激光焊接工藝方案，效率高，焊接內應力小；
6、激光焊接涉及到的結構簡單方便，降低的模具結構難度系數；
7、焊接過程可以實現數字化智能監控，滿足了焊接過程數據化可視化的需要；
8、該類型焊接工藝方案，可以有效地與自動化產線集成，滿足了量產方案的需要，實現高效生產，消耗低等特點。
激光焊接在鋰電池PACK產線中的關鍵技術
鋰電池激光焊接機電池模組自動化生產線，一般包括電芯上料、掃碼、測試、清洗、分選、模組堆垛、堆垛檢測以及模組焊接、焊接檢測、模組下料等工序，物料傳輸系統、自適應系統、視覺定位系統、MES制造執行管理等，是整條產線中的關鍵技術，也是適配小批量多品種生產形態的重要技術支撐。
01物料傳輸系統
從電芯上料到最終模組下料，整個物料的傳送通過物料傳輸系統來完成，物料傳輸系統還可以根據工藝的調整需求靈活擴展工位，不同工位之間的傳遞無需人為操作，模組定位板自帶產品尺寸調整機構，能適應不同尺寸模組的裝夾，非常適配小批量多品種的生產需求。
02自適應系統
在電池模組的生產過程中，電芯來料軟包、方型及圓柱幾種最為常見，不同種類規格尺寸的電芯在堆垛成不同尺寸的模組后，每經過一道工序都需要適配自適應系統來確保整線節拍的聯動，尤其是焊接工序，只有適應不同尺寸的模組才能完成模組 ＰＡＣＫ工序。
自適應系統采用多軸組合聯動，實施產品加工區域內位置定位，不受任何形式來料的限制，完成焊接工作并傳送到下一道工序。
03視覺定位系統
電芯焊接面清洗、模組打標、匯流片焊接通常是采用激光加工的方式來完成，電池模組裝配后，往往尺寸公差較大，很難達到激光加工對間隙位置尺寸要求，導致加工質量急速下降。
視覺定位系統的導入則能滿足精準定位的需求，精度可達到 ±０.05ｍｍ，通過視覺拍照數據采集，并將來料偏差反饋給控制系統，從而實現了加工位置的高精度定位。
04ＭES制造執行管理系統
ＭES制造執行管理系統具有開放式的開發平臺，可在系統底層平臺基礎上快速、敏捷的按用戶需求完成 MES項目的實施開發，人工只需按照MES的參數指示指導工作，并通過圖表的形式綜合統計和分析后，對現有的生產設定信息進行改進。
從電芯上料到最終模組下料，每一道工序的參數、數據、及其它來料信息等，都可以通過 MES系統快速查詢并及時分析處理，真正做到過程可控產能高效。
激光焊接工序中的工藝數據包直接集成于MES系統中，以方便用戶調用和切換，整套MES系統可以直接將生產線打造成準無人化生產車間，人工只需要在外圍進行物料補充，提高了安全性。
預留的工業通訊接口，用戶不僅能實現遠程監控管理，還可以與企業ERP有效對接，真正實現智能化、信息化工廠。
參考資料：鋰電設備精講、激光制造網、佑彭、網絡等
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原文始發于微信公眾號（艾邦儲能與充電）：激光焊接在儲能電池及PACK產線中的應用