電動(dòng)汽車不斷占據(jù)著各大新聞?lì)^條，代表著未來十年的 重大預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)之一。其中的道理十分明顯，因?yàn)?世界各國需要擺脫自身對(duì)石油燃料的依賴，而電動(dòng)汽 車是顯而易見的解決方案。

過去 10 年中，電動(dòng)汽車受到世界各地環(huán)保衛(wèi)士的廣泛青睞， 而隨著智能、時(shí)尚的高性能電動(dòng)汽車的不斷的推出，電動(dòng)汽車 也一直在迅速發(fā)生變化，例如特斯拉正在引領(lǐng)潮流并且推出多 款電動(dòng)汽車。預(yù)計(jì)顯示，到 21 世紀(jì) 30 年代中期，電動(dòng)汽車的 銷量將超過汽油 / 柴油車型。從制造的角度來看，車輛的動(dòng)力 模式實(shí)現(xiàn)由內(nèi)燃機(jī)向電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)變。乘用車可以是插電式混合 動(dòng)力汽車（PHEV）或純電動(dòng)汽車（BEV），兩種車輛均需要依 靠電池和電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。這就需要為大批量的電動(dòng)汽車的生 產(chǎn)進(jìn)行全新組件的設(shè)計(jì)。幸運(yùn)的是，目前工業(yè)級(jí)的光纖激光器 是制造電池和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部核心組件的理想工具，這也刺激了對(duì) 光纖激光器的需求的大幅增長。

我們可以從單個(gè)鋰電池開始著手細(xì)化電動(dòng)汽車對(duì)激光加工 的關(guān)鍵需求。在圓柱形電池和方形鋰電池中，主要是由鋁箔 / 銅箔表面涂敷的陽極涂層 / 陰極涂層構(gòu)成。所以，涉及使用激 光器的首個(gè)加工是極片切割。在傳統(tǒng)加工中，利用機(jī)械切割 / 沖壓工藝可可完成該操作，但是激光加工在切割速度、成本和 質(zhì)量方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，因此目前該工藝普遍傾向于采用激光 切割。

在極片切割工藝中，需要對(duì)切割質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，包 括切割邊緣的毛刺、分層、顆粒飛濺和熱影響區(qū)等。單模連續(xù) 光纖激光器可更大高效地進(jìn)行銅箔 / 鋁箔的切割，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明當(dāng)涉及到涂覆層的切割時(shí)，其并非最佳選擇。SPI 納秒脈沖 光纖激光器具有更高的峰值功率和 ~10ns 級(jí)的短脈沖，目前可使用 SPI 200W-EP-Z 脈沖光纖激光器進(jìn)行高速帶涂覆層極片的 切割。在此應(yīng)用中，使用 SPI 200W-EP-Z 脈沖光纖激光器可以 達(dá)到 1m/s 以上的切割速度，同時(shí)也可以保證切割質(zhì)量。

實(shí)際上 與此同時(shí)，短波長以及超快等激光器也出現(xiàn)了相同的發(fā)展趨勢(shì)， 目的時(shí)進(jìn)一步的提高電池極片的切割質(zhì)量，但事實(shí)上需要付出 相應(yīng)的更大的成本代價(jià)，這與制造商尋求提高加工速度并降低 總成本的主要驅(qū)動(dòng)力相沖突。 實(shí)際上，在電池的制造過程中也蘊(yùn)含著眾多其他激光應(yīng)用， 其中包括激光器焊接、清洗和鉆孔等。無論是圓柱電池還是方 殼電池，眾多獨(dú)立的電池均需要按照一定要求進(jìn)行連接組成電 池模組，這其中就包括銅材或鋁材的 Busbar 的焊接。然而，極 耳材料的厚度和類型各不相同，并且這些材料的焊接通常充滿 挑戰(zhàn)性。因?yàn)樵诖撕附又?，需要將高反和高?dǎo)熱材料（例如銅 或鋁）焊接至同種或者不同的材料上；并且，異種金屬材料的 焊接工藝也變得越來越常見。鑒于電動(dòng)車輛（EV）需要將數(shù)百 個(gè)（甚至數(shù)千個(gè)）電池連接組裝成大電池模組，這些焊接接頭 需要確保高可靠性和重復(fù)性。同時(shí)，這些焊接接頭還需要兼具 良好的靜態(tài)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，以及出色的接觸電阻，避免各個(gè) 接頭的功率損耗影響電池組的整體效率。傳統(tǒng)的解決方案是使 用螺母和螺栓的機(jī)械件進(jìn)行緊固，但是這樣會(huì)增加重量和成本。 幸運(yùn)的是，激光焊接可為未來的電池模組的連接提供更優(yōu)的解 決方案。

圓柱電池模組的焊接方式主要采用點(diǎn)焊。實(shí)際上，此應(yīng)用 的最初的研發(fā)主要集中在千瓦級(jí)多模激光器上，但是焊接成功 的可能性受限。因?yàn)椋谇呒?jí)多模激光器焊接過程中產(chǎn)生的 焊縫通常輸入能量過多、整體熱輸入控制效果差、焊縫外形和 熔深不一致，更嚴(yán)重的是，會(huì)產(chǎn)生大量焊渣飛濺。針對(duì)集成商生產(chǎn)中的遇到的各種挑戰(zhàn)，SPI 已經(jīng)開發(fā)出完美的解決方案。因?yàn)?焊接的材料比較薄，并且要求嚴(yán)格的對(duì)輸入的能量進(jìn)行控制，所 以 SPI 的納秒焊接工藝可以提供理想的解決方案。實(shí)際上，僅使用 100W 的脈沖激光器即可在實(shí)現(xiàn) 300um 厚度的銅材或者鋁材的出色 焊接。另外，使用 SPI 螺旋點(diǎn)焊技術(shù)也可以非常方便的進(jìn)行多焊點(diǎn) 的加工?？傊?，和千瓦級(jí)多模激光器進(jìn)行加工對(duì)比，SPI 脈沖激光 器可以精確的控制能量的輸入，尤其可以嚴(yán)格的控制熔深。

SPI 近期推出的高功率單模連續(xù) 2kW 光纖激光器可利用擺動(dòng)焊 接技術(shù)進(jìn)行較厚金屬材料的高速焊接。該技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的 需求通過快速擺動(dòng)聚焦光斑得到要求尺寸的焊縫，無需考慮聚焦光 斑的尺寸，并且可以精確控制焊縫的寬度和深度。擺動(dòng)焊接技術(shù)也 利于對(duì)熱輸入的控制，和保證熔池的穩(wěn)定性。單模激光器配合擺動(dòng) 焊接技術(shù)通?？梢缘玫椒浅：玫暮缚p外觀，并且可以減少焊接過程 中產(chǎn)生的飛濺。目前，SPI 2kW 單模光纖激光可以輕松實(shí)現(xiàn) 2mm 厚 度的銅或鋁的穿透焊。

在電動(dòng)汽車生產(chǎn)中，激光的另外一項(xiàng)重要應(yīng)用是電動(dòng)機(jī)定子 上銅 Hairpin 的清洗和焊接。這些 Hairpin 外層通常涂有絕緣材料， 所以需要在焊接前予以清除。傳統(tǒng)的工藝是使用鋼絲刷等機(jī)械方 式進(jìn)行清除，但是此工藝清除的結(jié)果難以控制，并且需要頻繁的 進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。實(shí)驗(yàn)表明，使用 SPI 納秒脈沖光纖激光器也可以 有效的進(jìn)行 Hairpin 絕緣層的清除，從而為后續(xù)焊接工藝做好準(zhǔn)備。

電動(dòng)汽車定子中矩形的銅 Hairpin 通常具有各種外形和尺寸。 目前的焊接方式是采用高功率連續(xù)多模激光器在 4~6kW 功率左右進(jìn) 行焊接，但是該焊接方案目前還存在其他問題，包括需要盡可能的 減少飛濺和控制熱影響區(qū)，以防灼燒離焊接區(qū)域僅幾毫米的絕緣層。 測(cè)試結(jié)果表明，SPI 2kW 單模光纖激光器配合擺動(dòng)焊接技術(shù)可以提 供替代方案，因?yàn)榇斯に嚳梢愿_的控制能量輸入并有效的減少 飛濺。

本文僅列舉了部分示例，但希望能夠反映出電動(dòng)汽車行業(yè)對(duì)激 光材料加工的依賴性和激光加工的可靠性。毫無疑問，電動(dòng)汽車制 造產(chǎn)能的提升也會(huì)影響未來幾十年內(nèi)對(duì)工業(yè)激光器的需求。