中国储能网讯：5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。
大族激光科技产业集团股份有限公司新能源装备事业部总监刘昊在储能电池专场，以“电池制造中的激光焊接与焊接失效分析”为题，发表了精彩演讲。
演讲内容如下：
刘昊：大家上午好！自我介绍，我是来自大族激光新能源装备事业部的刘昊，感谢主办方，中国国际储能大会让我们有为大家做报告的机会。
作为加入电池制造行业十多年的老兵，我们想在这里为大家介绍我们十几年来的积累，我们在激光焊接方面的应用情况、失效分析和质量检测的情况。刚才阳总从制造价值方面给出了思考，我的报告更加细节，做细节上的介绍。我的报告分为四部分，包括激光焊接、电池子早中的激光焊接、电池焊接失效分析和质量提高和质量检测。
我们知道激光焊接发展了几十年，现在在各个工业中开始有大规模应用。我们采用加热或者加压，或者二者并用的方法，使工件产生原子间结合的一种连接。激光焊接其原理和其他的加热焊接方式没有太大的区别。
目前在应用的是四大类激光器，一是固体脉冲激光体；现在占激光加工半壁江山的是光纤激光器，常见的模组、电芯都用这个进行焊接；三是半导体激光器，有的电池厂开始测试我们的半导体焊接，进行塑料焊接；四是MOPA光纤激光器。
大家是电池行业的，我们新能源装备事业部跨自动化、电池制造、激光加工几大行业。在此给各位介绍一下激光焊接在十几年来的发展情况和趋势。其趋势包括几点：
第一，国产化，20多年前我们公司开始做激光器国产化。九几年时，国内激光器采用的是进口激光器，现在3.4万的打标机，十几年前需要进口的，需要50-100万。我们从打标机开始起步。右图是我们的国产化情况，目前小功率方面，国产激光器占据主导地位。在高功率激光器方面，还是国外激光器和厂商占主导地位。这几年激光器加工产值到430亿左右，经过机构评估我们在动力电池制造中，设备产值大概是80-100亿左右，每个机构不太一样。
第二，大功率激光器和特殊激光器应用。几年前，我们的应用是现在市场上有什么激光器，我们针对激光器做应用。现在产业发展比较快，我们很多激光器是定制的，我们的电池厂、汽车厂有什么需求，需要什么特点的激光器，我们可以针对应用开发特殊激光器。
电池制造中的激光焊接，为什么电池制造中大量使用激光焊接，特别在电池制造中后段，包括电芯、封装、模组、Pack连接，大量使用激光焊接。因为目前激光焊接是唯一一种非接触式、高精度、高效的焊接方式。比如电阻焊，需要隔一段时间换焊头，精度不够、需要压紧焊接；传统的弧焊、包括CMT焊接热量又比较大，焊缝尺寸大，都不能实现激光焊接的优点。目前来说激光焊接是有以上三个优点的焊接方式，在制造电池过程中有大量的应用。目前电池从电芯、模组到Pack有19个主要构件部位，其中11个焊接目前必须用激光焊接；5个焊接可能用到激光焊接；3个焊接不会使用激光焊接。比如采用超声波焊接来焊接电芯极耳等。
在方壳电池盖板上有6-8处激光焊接，我们需要激光焊接密封，很重要的是方壳电池封口口。现在有采用锁螺丝的方式对连接片进行连接，现在汽车行业没有这样的应用。7、8年前很多公司测试过，采用锁螺丝的方式，螺丝松动，打火会造成很大的安全隐患。储能采用固定安装的方式，对这方面的考虑会比较少。
中间的图是我们18650电池盖帽上的焊接，特点是既要有强度，但强度不能太大。18650电池内部发生短路，我需要焊点进行脱落，造成内外部的断路，起到安全保护的作用。
焊接结构件失效分析，包括激光焊接和其他的焊接方法。我们目前很多人对电池系统的失效模式有一个简单的概要，电芯失效、BMS失效、Pack电池模组的失效。从左往右看，事故常见的是起火，这几年经常见到大巴起火，原因是热失控局部高温，引燃汽车中的有机物、塑料、可燃物质。从模组、BMS、电芯方面，有三大原因，标红的是有直接关系的。如汇流排失效，我们有其他焊接方式的输出端，如果汇流排失效，可能会造成打火、局部高温，引燃一些物质。输出端失效、熔断器的失效，熔断器失效可能不会造成高温。如果同时有几个东西失效，可能会造成问题。Pack箱体，很多公司用CMT和搅拌摩擦焊焊接，焊接过程中热量比较大，箱体可能会变形。目前有很多公司做车身和Pack一体化，但目前量产的还相对少。可能无法安装，造成结构件上有疲劳失效的风险。BMS失效中，第一个是检测失效，造成过充过放。电池模组的采集线是电压采集，加上BMS，从安全保护上有不完善，可能会造成过充过放爆炸起火。温控失效、绝缘失效跟焊接的影响不大。电芯失效，目前是安全隐患最大的，它无法检测或者避免，一旦内部短路，内部会产生高温膨胀，三元电池非常危险。单体漏液，电芯密封过程中没有被检查出来，会造成电芯漏液。
电芯密封失效，主要是密封失效，气孔造成漏液。模组方面，有很多电池厂没有注意到焊渣飞溅，我们的焊渣容易造成内部磨损，导致Pack内部失效或者局部线路的短路，这是很多公司没有注意到的。我们针对这些问题有除尘和除焊渣的装置。Pack方面也一样，它也是焊接飞溅造成的内部磨损，箱体密封件变形导致密封失效。
这是模组BSB焊穿造成漏液短路，这是扑灭后的电池，烧得面目全非。这是生产过程中的直接爆点，是明显的漏液短路。很多电池在后期使用中产生疲劳和漏液，会给后面的使用造成安全隐患。BMS采集模组电压温度，目前行业内有3种采集方式，最原始的是拿一根线做超声波焊接，有一段时间流行键合，图片是特斯拉键合工艺，更多的是采用激光焊接。超声波有一个问题，在疲劳后特别是长期使用后，采集线端子容易脱落，这是超声波焊接工艺，在连接端子头部容易产生疲劳，造成破坏。键合的焊接强度没问题，但键合的线容易断裂。
前面谈到失效问题，接下来谈谈如何提升焊接质量和检测焊接问题。工厂常用的质量提升方法是DMAIC改进，如过程质量控制，只能提高过程能力，对于会出现的失效，它并没有办法。我们采用了特殊的激光焊接工艺提升焊接质量，介绍我们这几年来发展的技术。我们模组侧板，开始采用单光束，后来才能双光束，现在摆动光束。从左往右可以看到，我们最早使用单光束时，气孔比较多，现在采用激光焊接，气孔数大概是1%以下。理想的焊缝是U型焊缝。
我们现在推广的技术是电芯、电池封口，我们有几代技术。第二代是复合激光焊接，第三代是摆动激光焊接。电芯封口是一个爆点，造成漏液或者电池报废，无法修补。我们做了摆动，减少爆点和气孔。下面是人为制造的杂质在焊缝上，随着频率的增加，爆点越来越小。如果实际过程中有气孔、杂质，通过高速摆动的方式可以对焊缝进行修复。
现在在侧板焊接上，良率是99.99%以上，我们还是有可能产生不良，需要我们后面的检测发现不良。最传统的方式是采用视觉的技术，大概3-5年前比较流行，这种方式有一个缺点，只能通过表面判断，表面拍照和标准模板进行对比，发现缺陷。对于有没有焊和有没有断焊都可以检验出来，对于爆点、局部虚焊无法很好的识别。在2D识别上加上3D技术，我们对三维轮廓进行拍照，识别其缺陷。这个技术采用电阻式焊缝检测，韩国厂商比较流行。我们检测焊缝内阻变化，判断焊接情况。右上角可以看到正常焊缝，内阻比较稳定。人为设置了爆点和虚焊后，组织优很大的波动，通过波动检测焊接质量情况。
刚才说的几种方法是焊后检测，这样的话效率会有一定的影响。我们现在研究更多的是焊接过程中的检测，我们在做质量检测系统，通过传感器，分别检测激光焊接回来的温度信号、离子信号、激光信号，比如我们焊一个软包极耳，等离子体相对稳定，人为设置虚焊后，等离子体和激光都有波动，人为设置焊穿爆点都有波动情况，可以发现问题。判断OK，直接下料。整个模组焊缝50个，单个波动可能是某个极耳没有压紧，可以自动重焊。
刚才的焊接过程质量检测只能检测波动异常，对于我们焊缝能焊多深，尺寸如何，这是没办法的。现在最新的技术是激光光学相干成像原理，类似月球登月车登陆月球，登月车会向月球发送激光信号，得到反射波。OCT光学成像原理也是一样的。这是我们的应用情况，它可以直接检测焊接熔深。我们把焊缝锯开，看它焊得多深。下图是焊缝切开的截面图，测的波型和焊缝形状一致，通过对比获得实时熔深情况。我们可以设熔深上下限，如果熔深比较浅可以进行报警。我们在这一条焊缝上，起始点和收尾点有突起，蓝色曲线跟实际产品有对应的波动。这是焊缝位置检测，这是焊缝宽度和高度的检测。
我们焊接的质量和制造质量更多是设计出来，而不是靠后期的改进完成的。我们电池厂的设计研究院有时候直接设计一个东西，给工艺部、设备部、生产部、质量部制造，工艺的前期评估不太完善。举个例子，方壳电芯的极柱做得非常小，结构复杂，留给我们焊接的地方非常小，给我们带来很多麻烦。如果在设计中改善，我们的制造工艺会简单很多。如果大家在设计过程中有工艺方面的问题，可以到我们公司做加工测试，判断可制造性。
最后简单介绍我们公司，我们公司有几大板块，包括激光加工、激光焊接、家光打标、新能源锂电设备。去年做到115亿，整个行业的产值是430亿，我们占25%以上的市场份额。我们专注于新能源行业的装备制造，提供整线整车间交钥匙工程努力，我们现在可以做到整线交钥匙，特别是电池制造中后段，模组Pack制造方面，我们都可以做到整线交钥匙工程。我们子公司在做电池制造前端设备。
我们的定位是做系统集成商，把车间工厂的设备进行集成。这是我们做过的案例简介，这是铝壳模组线，这是Pack线，这是子公司做的设备。大家这次来深圳，我们公司在深圳福永，如果大家有时间可以来我们公司参观，谢谢！
