車輛中心 環能與車電工程處 蔡尚武

近年來全球致力於發展電動車輛及相關周邊產業，國內眾多廠商競相切入電動車關鍵技術的產業鏈，可見電動車已是未來車輛發展的趨勢。雷射銲接技術因具備高可靠度、銲道窄、熱影響低與可自動規模化製造等優勢，現階段應用於電動車用電池模組以及車架鈑金之銲接，預期將可大幅提升產品品質與生產效率。以電動車用電池模組為例，因其需求為高導電性、高接合強度以及高速生產的情況下，特別是因應軟包電池雷射銲接製造之需求，其現行常見之電池電極與各電池間串接板片（Bus bar或稱Tab）為不同厚度之銅鋁異質板材疊銲之情況，雷射銲接因能量密度集中而具備深銲之優勢，已逐漸成為產業主流應用之技術。同時車體輕量化一直為產業之目標與需求，高強度輕量化的鋁合金為現階段產業發展之趨勢，目前國內大客車產業仍以鋼構車架搭配氬銲，於銲接時因輸入熱量過大，容易傷及內層材料且周遭脆化嚴重，對於重要製程處理應用中會受到限制，例如：材料規格選用、熱輸入量過大的變質及變形，以及無法應對高速控制等，都在某種程度上降低了銲接效率。近年來隨著雷射銲接技術之發展，雷射銲接擁有能量集中、熱影響區小、自動化製造等優勢，故銲接品質及效率得以提升。

鋰電池電極板與車架結構進行雷射銲接加工前，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），進行雷銲熔池形狀模擬分析與試驗之比對及調校。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或組件，進行拉伸強度、彎曲強度、擠壓強度CAE分析以及試驗驗證，以確保銲點之強度符合設計目標，如圖1所示。爾後，進行產品結構安全性CAE分析，以確認相關設計符合規範（如ECE R100.02、ISO12405、UN38.3、車輛安全檢測基準550等）之強度要求後，再進行產品製造組裝與相關振動強度、機械衝擊、溫度衝擊、擠壓強度、隨機振動疲勞等試驗驗證評估，如圖2所示。

車輛中心（ARTC）建立雷射銲接熱源模型、銲接強度與產品結構模擬，以及搭配相關測試驗證技術，應用於電動車輛及儲能產業上，除了協助業者針對鋰電池電極接合銲接強度設計評估外，亦延伸至車輛結構銲接強度與耐久評估，可大幅減少業者產品設計試誤成本，減少銲接失效，提升產品使用安全性能，並搭配試驗驗證確保產品可以符合相關規範之要求。

雷銲熔池形狀模擬與金相試驗比對

雷射銲接強度模擬與試驗驗證   

圖1、雷射銲接模擬與試驗驗證技術

鋰電池組結構振動強度、機械衝擊與溫度衝擊項目

電巴結構隨機振動疲勞項目

圖2、雷銲產品結構CAE分析與試驗驗證

車輛中心已發展雷射銲接CAE技術，並且結合結構CAE運用於鋰電池與車架之設計/製造上，相關技術亦可運用於其他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，歡迎洽詢本中心環能與車電工程處 工程分析中心 蔡尚武（電話：04-7811222 ext.3329 mail: swtsai@artc.org.tw）