电动汽车不断占据着各大新闻头条，代表着未来十年的 重大预测发展趋势之一。其中的道理十分明显，因为 世界各国需要摆脱自身对石油燃料的依赖，而电动汽 车是显而易见的解决方案。

过去 10 年中，电动汽车受到世界各地环保卫士的广泛青睐， 而随着智能、时尚的高性能电动汽车的不断的推出，电动汽车 也一直在迅速发生变化，例如特斯拉正在引领潮流并且推出多 款电动汽车。预计显示，到 21 世纪 30 年代中期，电动汽车的 销量将超过汽油 / 柴油车型。从制造的角度来看，车辆的动力 模式实现由内燃机向电动机的转变。乘用车可以是插电式混合 动力汽车（PHEV）或纯电动汽车（BEV），两种车辆均需要依 靠电池和电动机提供动力。这就需要为大批量的电动汽车的生 产进行全新组件的设计。幸运的是，目前工业级的光纤激光器 是制造电池和电动机内部核心组件的理想工具，这也刺激了对 光纤激光器的需求的大幅增长。

我们可以从单个锂电池开始着手细化电动汽车对激光加工 的关键需求。在圆柱形电池和方形锂电池中，主要是由铝箔 / 铜箔表面涂敷的阳极涂层 / 阴极涂层构成。所以，涉及使用激 光器的首个加工是极片切割。在传统加工中，利用机械切割 / 冲压工艺可可完成该操作，但是激光加工在切割速度、成本和 质量方面具有显著优势，因此目前该工艺普遍倾向于采用激光 切割。

在极片切割工艺中，需要对切割质量进行严格的控制，包 括切割边缘的毛刺、分层、颗粒飞溅和热影响区等。单模连续 光纤激光器可更大高效地进行铜箔 / 铝箔的切割，但实验结果 表明当涉及到涂覆层的切割时，其并非最佳选择。SPI 纳秒脉冲 光纤激光器具有更高的峰值功率和 ~10ns 级的短脉冲，目前可使用 SPI 200W-EP-Z 脉冲光纤激光器进行高速带涂覆层极片的 切割。在此应用中，使用 SPI 200W-EP-Z 脉冲光纤激光器可以 达到 1m/s 以上的切割速度，同时也可以保证切割质量。

实际上 与此同时，短波长以及超快等激光器也出现了相同的发展趋势， 目的时进一步的提高电池极片的切割质量，但事实上需要付出 相应的更大的成本代价，这与制造商寻求提高加工速度并降低 总成本的主要驱动力相冲突。 实际上，在电池的制造过程中也蕴含着众多其他激光应用， 其中包括激光器焊接、清洗和钻孔等。无论是圆柱电池还是方 壳电池，众多独立的电池均需要按照一定要求进行连接组成电 池模组，这其中就包括铜材或铝材的 Busbar 的焊接。然而，极 耳材料的厚度和类型各不相同，并且这些材料的焊接通常充满 挑战性。因为在此焊接中，需要将高反和高导热材料（例如铜 或铝）焊接至同种或者不同的材料上；并且，异种金属材料的 焊接工艺也变得越来越常见。鉴于电动车辆（EV）需要将数百 个（甚至数千个）电池连接组装成大电池模组，这些焊接接头 需要确保高可靠性和重复性。同时，这些焊接接头还需要兼具 良好的静态强度和疲劳强度，以及出色的接触电阻，避免各个 接头的功率损耗影响电池组的整体效率。传统的解决方案是使 用螺母和螺栓的机械件进行紧固，但是这样会增加重量和成本。 幸运的是，激光焊接可为未来的电池模组的连接提供更优的解 决方案。

圆柱电池模组的焊接方式主要采用点焊。实际上，此应用 的最初的研发主要集中在千瓦级多模激光器上，但是焊接成功 的可能性受限。因为，在千瓦级多模激光器焊接过程中产生的 焊缝通常输入能量过多、整体热输入控制效果差、焊缝外形和 熔深不一致，更严重的是，会产生大量焊渣飞溅。针对集成商生产中的遇到的各种挑战，SPI 已经开发出完美的解决方案。因为 焊接的材料比较薄，并且要求严格的对输入的能量进行控制，所 以 SPI 的纳秒焊接工艺可以提供理想的解决方案。实际上，仅使用 100W 的脉冲激光器即可在实现 300um 厚度的铜材或者铝材的出色 焊接。另外，使用 SPI 螺旋点焊技术也可以非常方便的进行多焊点 的加工。总之，和千瓦级多模激光器进行加工对比，SPI 脉冲激光 器可以精确的控制能量的输入，尤其可以严格的控制熔深。

SPI 近期推出的高功率单模连续 2kW 光纤激光器可利用摆动焊 接技术进行较厚金属材料的高速焊接。该技术可以根据实际应用的 需求通过快速摆动聚焦光斑得到要求尺寸的焊缝，无需考虑聚焦光 斑的尺寸，并且可以精确控制焊缝的宽度和深度。摆动焊接技术也 利于对热输入的控制，和保证熔池的稳定性。单模激光器配合摆动 焊接技术通常可以得到非常好的焊缝外观，并且可以减少焊接过程 中产生的飞溅。目前，SPI 2kW 单模光纤激光可以轻松实现 2mm 厚 度的铜或铝的穿透焊。

在电动汽车生产中，激光的另外一项重要应用是电动机定子 上铜 Hairpin 的清洗和焊接。这些 Hairpin 外层通常涂有绝缘材料， 所以需要在焊接前予以清除。传统的工艺是使用钢丝刷等机械方 式进行清除，但是此工艺清除的结果难以控制，并且需要频繁的 进行设备维护。实验表明，使用 SPI 纳秒脉冲光纤激光器也可以 有效的进行 Hairpin 绝缘层的清除，从而为后续焊接工艺做好准备。

电动汽车定子中矩形的铜 Hairpin 通常具有各种外形和尺寸。 目前的焊接方式是采用高功率连续多模激光器在 4~6kW 功率左右进 行焊接，但是该焊接方案目前还存在其他问题，包括需要尽可能的 减少飞溅和控制热影响区，以防灼烧离焊接区域仅几毫米的绝缘层。 测试结果表明，SPI 2kW 单模光纤激光器配合摆动焊接技术可以提 供替代方案，因为此工艺可以更精确的控制能量输入并有效的减少 飞溅。

本文仅列举了部分示例，但希望能够反映出电动汽车行业对激 光材料加工的依赖性和激光加工的可靠性。毫无疑问，电动汽车制 造产能的提升也会影响未来几十年内对工业激光器的需求。