車輛中心 環能與車電工程處 蔡尚武

近年來因應節能減碳之議題，全球車廠及其零組件製造廠商，皆逐步致力於電動車輛之發展。其中儲存車輛行駛所需能量的動力電池系統為其關鍵的核心技術之一。鋰電池因具有高能量密度、高重覆性使用等優勢，已逐漸成為主流。

一般而言，使用傳統點銲進行鋰電池之電極板(Busbar)銲接時，因其入熱量較大，會有加工效率低、銲道寬與熱影響區大等缺點，進而造成銲接品質不佳。雷射銲接技術因具有高可靠度、銲道窄與熱影響低等優勢，故將其導入鋰電池之電極板組裝製造，預期可大幅提升產品品質與生產效率。

鋰電池電極板於雷射銲接製造過程中，為確保銲接品質與提高產品良率，掌握銲深、銲寬與銲接強度是製程中重要的考量因素，亦是提高產能之關鍵技術。再者，以安全性的考量而言，鋰電池芯之電解液暴露在空氣中會產生燃燒爆炸之風險。為了保障乘員之安全，對於其進行可靠度驗證是不可或缺的一環。但過去國內業者在銲接品質的掌握與控制上，大多倚賴現場銲接經驗進行調整，甚難於試銲前即可得知銲接強度與品質，運用電腦輔助工程分析(Computer Aided Engineering，簡稱CAE)技術進行鋰電池結構安全性評估，預期將可減省試誤所造成之成本耗費。

在鋰電池電極板雷射銲接加工前，先利用銲接CAE分析軟體針對雷射銲接之相關製程條件(如雷射功率、掃描速度、光斑大小與銲接路徑等)，進行雷銲之銲深、銲寬與熔池形狀模擬分析與試驗之比對及調校，如圖1所示。

圖1. 雷銲模擬分析與試驗比對調校

而後，將雷射銲接加工條件進行調整與模擬分析，反饋最適之雷射銲接加工參數予設備端使用參考。銲接強度評估方面，運用CAE分析軟體針對前述雷銲條件加工之銲後試片，進行拉伸強度CAE分析與試驗驗證，以確保銲點之強度符合設計目標，如圖2所示。

圖2. 雷射銲接強度模擬分析與試驗驗證

最後針對鋰電池產品進行結構安全性CAE分析，以確認相關設計符合國際規範(如ECE R100.02、ISO12405、UN38.3等)之強度要求後，再進行鋰電池產品製造組裝，並在其製造組裝完成後進行振動強度、機械衝擊與溫度衝擊等可靠度驗證評估，如圖3所示。

圖3. 鋰電池銲後結構強度模擬分析與試驗驗證

承前所述，透過前述所建立之鋰電池電極板雷射銲接與產品結構安全性CAE分析評估，預期可使國內業者之鋰電池產品符合銲接強度與結構安全性之要求。此外，車輛中心(ARTC)亦藉由與工研院雷射中心之經濟部科研計畫合作，發展鋰電池電極板雷射銲接模擬技術，相關技術已成功導入國內電巴鋰電池模組廠商生產製程，預期將可解決國內鋰電池欠缺規模化製造之生產瓶頸，並可使國內業者在技術成熟後轉攻高階動力電池系統，往更高容量與高安全性之儲能系統發展，預期將可帶動汽機車、儲能等產業之產品品質穩定性與安全性提高，同時提升國內相關鋰電池業者產品之國際競爭力與研發能量。

ARTC已發展銲接CAE技術，並且結合結構CAE運用於鋰電池之設計/製造上，相關技術亦可運用於其它工業產品銲接及製造後之結構強度評估，若需要進一步瞭解相關內容細節，歡迎洽詢ARTC環能與車電工程處 工程分析中心 蔡尚武（電話：04-7811222 ext.3329； mail: swtsai@artc.org.tw）