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 Automatic Battery Pack Assembly Line For ESS

エネルギー貯蔵バッテリー組立ラインにおけるレーザー溶接の応用

December 12 , 2025
エネルギー貯蔵バッテリー組立ラインにおけるレーザー溶接の応用


エネルギー貯蔵電池セルの製造から電池パックの組み立てに至るまで、溶接は重要な製造プロセスです。リチウム電池の導電性、強度、気密性、金属疲労、耐腐食性は、電池の溶接品質の典型的な評価基準です。溶接方法とプロセスの選択は、電池のコスト、品質、安全性、そして安定性に直接影響します。


さまざまな溶接方法の中で、レーザー溶接は以下の利点により際立っています。まず、レーザー溶接はエネルギー密度が高く、溶接変形が小さく、熱影響部が小さいため、部品の精度を効果的に向上させることができ、追加の研磨を必要とせずに、滑らかで不純物のない均一で高密度の溶接を実現できます。

第二に、レーザー溶接は精密な制御が可能で、スポット径が小さく、高精度な位置決めが可能です。ロボットアームと組み合わせることで自動化が容易になり、溶接効率の向上、労働時間の短縮、コスト削減につながります。さらに、薄板や細径ワイヤをレーザー溶接する場合、アーク溶接のように再溶融の問題が生じにくいという利点もあります。

蓄電池の主な溶接方法には、ウェーブはんだ付け、超音波溶接、レーザー溶接、異種金属レーザー溶接などがあり、現在はレーザー溶接が最も主流となっています。


Energy Storage System

エネルギー貯蔵バッテリーの溶接方法:

① ウェーブはんだ付け 基本的には超音波溶接とレーザー溶接を組み合わせたものです。

②超音波溶接 この方法は使い方が簡単ですが、より多くのスペースが必要となり、モジュールの組み立て効率が低下します。

③レーザー溶接 : 現在最も広く使用されている方法ですが、構造上若干の違いがあります。

④ 異種金属レーザー溶接 : この溶接方法は、組み立て効率も高く、生産速度も速いです。


レーザー溶接とは何ですか?

レーザー溶接では、光学系を用いて高エネルギー密度のレーザービームを熱源として非常に狭い領域に集束させ、非常に短時間で溶接部位に高濃度の熱源領域を作り出します。これにより、溶接対象材料が溶融し、強固な溶接点または溶接シームが形成されます。

レーザー溶接は、現在急速に発展している新しい溶接方法です。レーザー溶接には、熱影響部が小さい、溶接点が小さい、寸法精度が高い、外力を必要としない非接触溶接のため製品の変形が最小限に抑えられる、溶接品質が高い、効率が高い、自動化が容易など、いくつかの利点があります。

ACEY 1500W-6000W Laser Welding Machine For Lithium Ion Batteries


バッテリーには通常、鋼、アルミニウム、銅、ニッケルなどの様々な材料が使用されています。これらの金属は、電極、配線、またはケースの形成に使用されます。そのため、単一または複数の材料間の溶接には、溶接プロセスに高い要求が課せられます。

レーザー溶接の利点は、さまざまな材料を溶接でき、異なる材料間の溶接を可能にすることです。

レーザー溶接の種類
レーザー溶接には、レーザー熱伝導溶接とレーザー深溶け込み溶接があります。熱伝導溶接と深溶け込み溶接の主な違いは、単位時間あたりに金属表面に印加される電力密度にあります。金属の種類によって臨界値は異なります。


エネルギー貯蔵バッテリーのレーザー溶接によく使用される3種類のレーザー
エネルギー貯蔵バッテリーは、バッテリーエネルギー貯蔵デバイス(個々のコンポーネント→バッテリーパックモジュール→バッテリーキャビネット→バッテリーエネルギー貯蔵ユニット→バッテリーエネルギー貯蔵装置)、PCS(電力制御システム)、およびフィルタリングコンポーネントで構成される統合システムです。


エネルギー貯蔵バッテリーのレーザー溶接の分野では、パルスレーザー、連続レーザー、準連続レーザーが最も一般的に使用されています。

  • パルスレーザー : YAG レーザー、MOPA レーザー
  • 連続レーザー : 連続半導体レーザー、連続ファイバーレーザー
  • 準連続レーザー :QCWレーザーシリーズ。

これらのレーザーは次のように理解できます。画鋲を一撃で打ち込むのはパルス状、画鋲を手で直接押し込むのは連続的、10 秒間連続してドリルで穴を開け、1 秒間休止し、その後さらに 10 秒間連続してドリルで穴を開け、1 秒間休止する動作は準連続的です。


パルスレーザー 単一レーザーパルス幅が0.25秒未満で、一定間隔で1回だけ動作するレーザーを指します。高出力で、レーザーマーキング、切断、測距に適しています。

一般的なパルスレーザーには、イットリウムアルミニウムガーネット(YAG)レーザー、ルビーレーザー、ネオジムガラスレーザーなどの固体レーザーに加え、窒素分子レーザーやエキシマレーザーなどがあります。パルスレーザーはYAGレーザーの原理に基づいており、単一パルスのエネルギーが高く消費電力も大きいため、キセノンランプなどの消耗品の定期的な交換やチラーが必要になります。

これらのレーザーは非常に成熟しており、比較的低い単価で、現在金属溶接に最も広く使用されているレーザーです。しかし、YAGレーザーの原理に基づく技術的制約により、業界全体として非常に高いレーザー出力を実現できていません。電気光変換効率も高くありません(約13%)。

連続波レーザー レーザーは連続的に光を放射するため、安定した動作状態、すなわち定常状態を保ちます。連続波レーザーでは、各エネルギー準位における粒子数と共振器内の放射場は安定した分布を示します。

連続波レーザーの動作特性は、作動媒体の励起とそれに応じたレーザー出力が比較的長い時間にわたって連続的に継続できることです。連続光源によって励起される固体レーザー、および連続電気励起によって動作するガスレーザーや半導体レーザーはすべてこのカテゴリーに属します。

連続運転中は過熱が避けられないことが多いため、ほとんどの場合、適切な冷却対策が必要です。

連続波レーザーはYLPファイバーレーザーの原理に基づいています。一定の出力で連続的に光を放射できるため(レーザー放射点が十分に高速で多数ある場合、それらは線状に接続されます)、出力レーザーエネルギーは一定で、レーザー安定性は非常に良好で、ビームパターンは優れており、電気光変換効率は非常に高く(約30%)、その点ではYLPファイバーレーザーの原理に基づいています。


ACEYガントリー型 連続ガルバノメーターレーザー溶接機 レーザー光源には、国際的に先進的なファイバーレーザーを採用しています。当社が独自に開発・設計・製造したガントリー工作機械と組み合わせることで、優れた剛性と安定性を実現しています。精密ガイドレール伝動方式と高応答サーボモーターを搭載し、高精度・高速加工を実現します。銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、またはそれらの合金金属の溶接に適しており、特にアルミニウムバスバーやニッケルと角型のバッテリー接続部の溶接に適しています。

Laser welding for prismatic battery pack

準連続波レーザー(QCW) ロングパルスレーザーとも呼ばれるQCWレーザーは、デューティサイクル10%でミリ秒単位のパルスを生成します。これにより、パルス光のピークパワーは連続光の10倍以上になり、掘削などの用途に非常に有利です。繰り返し周波数は、パルス幅に応じて最大500Hzまで変調できます。QCWレーザーは、連続モードと高ピークパワーパルスモードで同時に動作できます。従来の連続波(CW)レーザーとは異なり、準連続波(QCW)レーザーは、CWモードとCW/変調モードの両方で常に同じピークパワーと平均パワーを維持します。対照的に、パルスモードのQCWレーザーのピークパワーは、平均パワーの10倍になります。

したがって、数十ヘルツからキロヘルツの範囲の繰り返し周波数で高エネルギーのマイクロ秒およびミリ秒のパルスを生成することが可能になり、キロワットの平均およびピーク電力が達成されます。

エネルギー貯蔵バッテリーにおけるレーザー溶接装置の利点:
1. 溶接プロセスは非接触であるため、溶接リブにかかる内部応力が最小限に抑えられます。
2. 溶接工程では物質の溢れや放出が起こらないため、二次汚染を防止します。
3. 溶接部は強度と気密性が高く、機能要件を満たしています。
4. レーザー溶接は、膜材料や異種材料など、さまざまな材料を溶接できます。
5. レーザー溶接は自動化システムに簡単に統合でき、生産能力のニーズに応じて同期して実装できるため、効率が高く、内部応力が低くなります。
6. レーザー溶接は構造がシンプルで便利であり、金型構造の複雑さが軽減されます。
7. 溶接プロセスをデジタルかつインテリジェントに監視できるため、データの視覚化のニーズに応えます。

8. このタイプの溶接プロセスは、自動化された生産ラインと効果的に統合することができ、大量生産のニーズを満たし、低消費で高効率の生産を実現します。


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