레이저 용접: 전기 자동차 배터리 레이저 용접 시 5가지 핵심 사항 

전기차(EV) 배터리 산업에서 레이저 용접은 배터리 셀과 버스바 접합 시 높은 정밀도, 신뢰성, 효율성을 제공하는 기반 기술입니다. 레이저 용접은 일관된 품질의 배터리 셀과 부품을 생산하고 더욱 복잡한 고성능 EV 배터리 설계를 가능하게 합니다. 그러나 레이저 용접의 부인할 수 없는 이점을 최대한 활용하려면 배터리 생산을 시작하기 전에 툴링부터 품질 관리(QA)까지 고려해야 할 몇 가지 핵심 요소가 있습니다.

클램핑 방법 선택

버스 바 또는 헤더 플레이트를 셀 단자에 고정하기 위한 도구를 설계하는 데는 솔더 마스크 또는 단일 셀 클램프라는 두 가지 주요 접근 방식이 있습니다. 이 두 가지 클램핑 방법의 선택은 생산 효율성과 적응성에 큰 영향을 미칩니다.

솔더 마스크는 버스 바를 여러 셀에 동시에 고정하여 속도와 효율성을 제공하지만, 넓은 영역에 걸쳐 적절한 바-셀 접촉을 보장하려면 치수 공차가 더 엄격해야 한다는 단점이 있습니다. 대조적으로, 단일 셀 클램핑은 셀 위치나 형상의 큰 변화를 수용하여 생산을 단순화하고 비용을 절감할 수 있습니다. 그러나 이러한 유연성에는 속도가 저하됩니다. 레이저 용접은 셀 버스바에 대한 높은 용접 속도를 생성할 수 있으며 때로는 초당 12개의 셀을 초과하지만 느린 클램핑 방법은 용접 속도를 제한합니다.

정확한 장치 위치 확인

레이저 용접은 매우 정밀한 공정이며, 균일한 용접을 보장하려면 배터리 셀의 위치가 일관되고 정밀해야 합니다. 배터리 팩의 셀 배열이 변경되면 용접이 고르지 않거나 용접 침투가 불충분하여 구조적 무결성이 손상될 수 있습니다. 더 단단한 요소 홀더 설계는 일반적으로 요소 위치 편차를 줄이지만 설치 중 과도한 압축 및 요소 손상 위험을 초래할 수 있습니다. 배터리 팩 설계를 최적화하고 정렬 가이드로 간격을 최소화하면 용접 접근성과 품질이 향상됩니다.

부스바 설계는 단순한 성능 그 이상입니다.

효율적인 부스바 또는 전류 수집기를 설계하는 것은 단순히 전기 성능을 최적화하는 것 이상입니다. 두께는 강성과 유연성을 결정하며, 두께와 같은 요소는 도구와 최적의 레이저 매개변수에 모두 영향을 미칩니다. 일반적으로 각형 셀에 사용되는 두꺼운 막대는 전류를 효율적으로 전도하지만 배터리 단자에 접촉하기 위해 구부리기가 어렵습니다. 또한 재료가 두꺼울수록 레이저 침투 시간이 늘어납니다.

EV 배터리 타이어를 설계할 때 타이어 소재는 특별한 고려 사항입니다. 구리는 우수한 전기 전도성으로 인해 버스바 및 기타 EV 배터리 기능에 오랫동안 선택되어 왔습니다. 그러나 알루미늄은 전기적 특성이 좋고 배터리 무게도 줄일 수 있다는 장점 때문에 구리 부스바의 대체재로 각광받고 있다. 알루미늄 막대는 일반적으로 구리 막대 무게의 절반입니다.

다행스럽게도 전기 자동차 배터리 용접용으로 특별히 설계된 레이저는 다양한 타이어 디자인 및 재료에 대해 높은 용접 속도와 우수한 용접 품질을 지원할 수 있습니다. 배터리 용접 레이저는 일반적으로 높은 빔 품질과 함께 집중도가 높은 빔을 제공하므로 큰 열 영향 영역 없이 빠르게 용접할 수 있습니다.

배터리 재활용 요구 사항 계획

EV 배터리 제조업체는 매년 수십억은 아니더라도 수백만 건의 바-셀 용접을 수행하므로 효율적인 자동화가 중요합니다. 배터리 디자인을 결정하는 요소는 다양하지만 원통형 셀의 단자 배열이 좋은 예입니다.

원통형 요소는 상단에 양극 및 음극 단자가 있거나 상단에 양극 단자, 하단에 음극 단자가 있도록 설계될 수 있습니다. 이 두 가지 디자인의 선택에 따라 생산 속도와 복잡성이 결정됩니다. 기존의 상단/하단 디자인은 버스바 디자인을 단순화하지만 두 번째 용접을 위해 어셈블리를 뒤집기 위한 추가 셀 처리 단계가 필요합니다. 4680 요소의 도입으로 상단/상단 디자인이 더욱 보편화되어 더 짧은 생산 실행과 더 적은 셀 처리가 가능해졌지만 엄격한 공차 내에서 정밀한 용접 배치와 더 복잡한 버스바 디자인이 필요했습니다.

배터리 설계 또는 배터리 용접 요구 사항에 관계없이 레이저 용접은 자동화에 매우 적합합니다. 효율적인 전기 자동차 배터리 레이저 용접 시스템은 R&D부터 대량 생산까지 다양한 생산 단계의 요구 사항을 충족할 수 있으며, 금형 및 배터리 가공 요구 사항도 충족할 수 있습니다.

강력한 품질 보증 프로세스 구현

레이저 용접은 입력 구성 요소의 표면 마감과 공차가 일관되게 유지되는 매우 일관되고 반복 가능한 프로세스입니다. 그러나 치수나 위치 특성에 예상치 못한 변화가 있을 경우 용접 불량이 발생할 수 있습니다. 부적절한 용접은 비용이 많이 드는 재작업이나 폐기로 이어질 수 있으며, 최악의 경우 최종 제품의 치명적인 실패로 이어질 수 있습니다. 따라서 각 바-터미널 용접을 정확하고 효율적으로 측정하고 테스트하는 것이 필요합니다.

파괴 테스트는 정확한 결과를 제공하지만 비용이 많이 들고 모든 용접을 측정하지는 않습니다. 포토다이오드와 같은 기술은 각 용접이 이루어지는 대로 측정하지만 차선의 결과를 가져오는 간접적인 측정만 제공합니다. 전기 자동차 배터리 제조업체는 점점 더 실시간 용접 측정으로 전환하고 있습니다. 실시간 용접 측정은 용접 공정 중에 용접 깊이와 같은 중요한 요소를 직접 측정하여 파괴 테스트에 필적하는 매우 정확한 데이터를 제공합니다. 또한 용접 측정 데이터 추세를 모니터링하면 프로세스 드리프트를 감지할 수 있어 배터리 제조업체가 향후 허용되지 않는 용접을 방지하는 데 도움이 됩니다.