Лазерні зварювальні рішення для шини CCS: Увімкнення високоефективної виробництва акумулятора

Kingslaser has developed a dry, laser-based process for FPC circuit fabrication and pad window opening with a line width as fine as 10 μm. This technology enables high-precision splicing in ultra-large-format applications while reducing chemical pollution, simplifying processes, shortening production cycles, and lowering labor costs.

To address the reliance on manual assembly of nickel and aluminum terminals in traditional CCS methods, Kingslaser introduced a new design using extended copper foil tabs. These tabs are compatible with ultra-thin metals (<=35 μm), including copper–copper, copper–aluminum, and copper-aluminum alloys.

Використовуючи лазерне зварювання, вкладки мідної фольги можуть бути ефективно пов'язані з алюмінієвими шини . Ця інновація усуває ручну збірку, покращує автоматизацію та покращує надійність процесу .

With the rapid development of the global new energy industry and the explosive growth of the electric vehicle market, battery technology, as a core driving component for electric vehicles, has continuously made breakthroughs in terms of high safety, high integration, lightweight design, and cost reduction. At the same time, the material selection and manufacturing processes of CCS (Cells Contact System, integrated busbars), a key component in the battery system, have also been constantly модернізований для задоволення зростаючих потреб щодо загальної інтеграції транспортних засобів та складності системи акумуляторів .

Рисунок 1. CCS Інтегровані шини - одна з ключових компонентів у системі живлення акумулятора

В даний час CCS в першу чергу служить вибірковим зразком та функціями збору поточного збору . його компоненти придбання сигналу демонструють тенденцію до диверсифікації, в основному, включаючи:

◎ Кабельні пучки: традиційні, але надійні, зі складними структурами та низькою інтеграцією;
◎ Гнучка друкована схема (FPC): На основі полііміду або поліестерної плівки, що пропонує чудову гнучкість та стабільність, це одне з основних рішень сьогодні;
◎ Гнучкий плоский кабель (FFC): проста структура, низька вартість, придатна для легкої конструкції;
◎ Гнучка плата ліпла (FDC): додає технологію лиття поверх FPC, забезпечуючи більш сильну тривимірну адаптованість;
◎ Гнучкий плоский кабель (FFC), підключений до гнучкої формованої ланцюга (FCC): інтегрується FFC з FPC/FDC, підвищення гнучкості структур та ефективності з'єднання, що робить його новим рішенням, яке зараз використовується .

The exploration and coexistence of multiple technical routes are primarily aimed at reducing the overall cost of CCS products, particularly in the sampling portion of the BMS (Battery Management System), which accounts for approximately 55% of the total cost. As a result, high-integration, low-cost signal acquisition technology has become a key focus of research and development.

На цьому тлі Kingslaser зосередився на інноваціях в технології гнучких ланцюгів з 2023 року, пропонуючи два критичних рішень для вдосконалення процесів для підвищення продуктивності та оновлення виробництва CCS:

● Повністю сухий процес для швидкого виробництва FPC

This process utilizes full laser processing technology to complete critical steps such as etching FPC circuit patterns and opening PI film windows. Compared to traditional wet processes, it significantly simplifies the manufacturing workflow, eliminates the use of chemical reagents, and offers advantages in environmental friendliness, energy efficiency, and high productivity. Currently, Kingslaser has completed the design of the Процес другого покоління та отримали відповідні патенти .

● Дослідження технологій лазерного зварювання мідно-алюмінієвого зварювання

У відповідь на вузьке місце в традиційних CCS, де FPC підключений до алюмінієвих шин за допомогою нікельського покриття або лиття ін'єкцій, Kingslaser запропонував нове рішення з використанням лазерного прямого зварювання для з'єднання FPC з алюмінієвими шинами .. На початку 2024 року у відповідь на запит переліченої компанії та досяг попередніх результатів перевірки .

Підсумовуючи це, як критичний компонент в акумуляторних пакетах, рівень дизайну та виготовлення CCS безпосередньо впливає на продуктивність та вартість нових енергетичних електромобілів . Дослідження декількох рішень для модулів збору сигналів та реалізації нових технологій означають, що CCS просувається до більшої ефективності, більшої інтеграції та нижчих витрат.}}}}}}}}}}}}}}

Гнучка друкована схема (FPC), яка зазвичай називається "Flex Board", - це друкована плата, яка використовує гнучкі ізоляційні матеріали як основу і досягає електронних функціональних можливостей через точні схеми схеми ., вона пропонує численні переваги перед традиційними жорсткими дошками, такими як відмінна гнучкість, легка структура, а також накопичувача, що використовуються, {1 Носимі пристрої, медичне обладнання та нові енергетичні транспортні засоби, що робить їх ключовою основою для досягнення мініатюризації, легкої конструкції та інтеграції в сучасні електронні продукти .

FPC пропонує чудову гнучкість, що дозволяє безкоштовно згинати, складати та обмотати адаптуватися до тривимірних макетів простору, що дозволяє інтегрувати компонентну збірку та дротяне з'єднання . за рахунок його тонкої та легкої структури, FPC суттєво зменшує розмір електронних пристроїв, що відповідає попиту на високу різницю та компактної конструкції в сучасних електроніках,.} додаванням COMPACT COMPATE COMMANDECT {3 Дисипація, сильна паяльність та проста установка, забезпечуючи високу загальну продуктивність ., зокрема, жорстка флексна структура додатково компенсує обмеження гнучких схем з точки зору навантажувальної ємності .}}}}}

Малюнок 2. Фотографія FPC

Однак виробництво FPC також представляє певні виклики ., оскільки гнучкі схеми, як правило, розроблені на замовлення, вони передбачають більш високі вимоги до проектування та процесу, що призводить до значних інвестицій наперед і значно більші витрати на запуск порівняно зі стандартними друкованими плат ., коли виробництво буде завершено, зміна, а також для реалізації, а також здійснюють коригування, що покриваються, а також відновлюються, що покривають, а також кров, що покриваються, а також покриття, що покриваються, а також покриваються, а також покриття, що покриваються, а також максимальні дії. Комплекс ..

To overcome the limitations of traditional manufacturing processes, Kingslaser has been dedicated to developing laser-based FPC manufacturing technology since 2004. That year, when it delivered China's first FPC laser contour cutting machine, similar foreign equipment cost as much as 5.5 million RMB. Kingslaser, relying on independent R&D, successfully completed the delivery at Ціна близько 1 . 5 мільйонів RMB, порушуючи іноземну монополію та відзначаючи початок вітчизняного застосування лазерного обладнання в галузі гнучкого виробництва електроніки. Зокрема, машина була першою, яка прийняла лінійний двигун, імпортований з Taiwan's Hiwin Technologies на той час, у поєднанні з гальванометровою системою, встановивши піонерну структуру лазерної обробки "лінійного двигуна + гальванометра", яка значно покращила точність обробки та швидкість реагування.

Building on this foundation, Kingslaser has continued to advance green manufacturing technologies for flexible circuits by proposing a rapid FPC production process based on the concept of fully dry fabrication. Centered on laser processing, this method eliminates multiple complex steps found in traditional wet processes-such as etching, developing, and chemical cleaning-and establishes a new manufacturing workflow centered on "roll-to-roll continuous laser Обробка . "порівняно зі звичайними методами, новий процес починається з розмотування сировини з подальшим відкриттям лазерного вікна, лазерним ланцюговим малюнком та розрізанням контуру, справді досягненням зеленої моделі виготовлення, яка не містить хімічних реагентів, стічних вод та випускних випусків .}}}

The traditional FPC manufacturing process is not only complex and space-consuming, but also heavily reliant on chemical reagents, resulting in significant environmental impact. It requires substantial manual intervention, leading to long production cycles and high energy consumption. In contrast, Kingslaser's dry-process technology greatly simplifies the production flow by integrating multiple steps through high-precision laser processing, Увімкнення повністю автоматизованого, високоефективного та нульового забруднення для гнучкої виготовлення ланцюга ., особливо під встановленням безперервного виробництва, лазерне обладнання може безперешкодно інтегруватися з системами обробки матеріалів вгору та вниз за течі

In terms of technical performance, this process features several innovative breakthroughs. First, the use of galvanometer-scanned laser processing enables more flexible and free circuit pattern design, achieving a minimum line width of 100 microns. This meets the demands for high-precision and high-complexity FPC manufacturing and allows for custom sizing based on customer requirements, significantly enhancing product Сумісність . По-друге, повністю сухий лазерний процес повністю виключає хімічне забруднення, пов’язане з традиційними мокрими методами, усвідомлюючи справді екологічно чисте виробництво, відповідно до поточних тенденцій у зеленому виробництві .}, а також процес значно зменшує вимоги до праці та кількість загальних етапів виробництва, що значно скорочує виробничі цикли виробництва та вдосконалення виробничої ефективності виробництва та ефективності виробничих продуктів, що знаходяться в рентабельності, і це потребує виробництва, що стосується ікон Швидка доставка .

З точки зору контролю за витратами, повністю сухий процес усуває потребу в друкованих формах та корозійних хімічних речовин, значно покращуючи використання матеріалів, зменшуючи додаткові матеріальні відходи майже до нуля, допомагаючи компаніям створити більш конкурентоспроможну структуру витрат . одночасно, в обробці великої форми FPC, що спричиняє, що ефективно вирішує завдання, що спричиняє, що сприяє виконанню, що сприяє, що ви отримуєте високу форму, що сприяє, що ви отримуєте високу кількість, що сприяє, що ви отримуєте високу форму, що сприяє, що ви отримуєте високу форму, що сприяє високій відповідальності. Виробництво FPCS великої площі .

In the manufacturing process of integrated busbars in CCS, welding equipment is a critical process step, primarily involving two methods: laser welding and ultrasonic welding. In traditional processes, the connection between FPC and aluminum Busbar typically requires an intermediate transition component-a nickel plate. One end of this nickel plate is connected to the FPC, while the other end is welded to Алюмінієва шини з використанням лазерного зварювання (наприклад, волоконно-лазерне зварювання) ., однак, завдяки тривалому процесу зварювання SMT (e . g ., пайки, тунельних печей та ін. Низька ефективність виробництва .

Фігура 3. Зварювання модуля акумулятора

To optimize this process, a new approach has been proposed that uses laser welding to directly connect the FPC to the Busbar, eliminating the need for the intermediate nickel plate. This solution reduces the number of process steps and has the potential to improve welding efficiency and the overall compactness of the production line. It represents a promising new copper-aluminum welding technology worthy of further research and Акція .

In terms of welding method selection, ultrasonic welding offers advantages such as being clean and environmentally friendly, low cost, high efficiency, and ease of automation. However, due to the softness and extreme thinness of the copper foil on FPCs, this method demands extremely high precision and stability in welding control, as well as surface cleanliness of the materials. Otherwise, issues such as weld penetration or false зварювання може легко відбутися .

Для порівняння, лазерне зварювання виділяється у промисловому автоматизованому виробництві через високу точність, високу швидкість, безконтактну роботу, широку сумісність матеріалу, процес без забруднення та відмінну повторюваність ., однак, він має більші витрати на обладнання, більшу технічну складність та більш жорсткі вимоги до екологічного контролю .}}}}}

Currently, a common process route in CCS integrated busbar manufacturing involves using nickel plate terminals to connect the FPC and the aluminum busbar. In this setup, the connection between the nickel plate and the aluminum busbar is typically achieved through ultrasonic or laser welding, while the connection between the nickel plate and the FPC is made using laser soldering. This Підхід вимагає двох різних зварювальних процесів, що не тільки збільшує складність процесу, але й обмежує рівні автоматизації та ефективність виробництва .

Пряме зварювання мідних та алюмінію різних металів стикається з численними технічними проблемами ., з одного боку, мідь та алюміній значно відрізняються фізичними властивостями, такими як теплопровідність, коефіцієнт термічного розширення та температуру плавлення, що робить металургійне зв'язок важким . на іншій руці, що перебуває між різною температурою, копіюванням, що проводить копію, копіює копії, що триває, що тримає копію, що триває копії, що триває, що триває копію, що триває копію, що триває копію, що триває, що триває копії, що триває копії, що триває копії, що триває копії, що триває копії, що триває копії, що складається з копії, що складається з копії. і алюміній, який може сильно погіршити механічну та електричну продуктивність зварного з'єднання .

Фігура 4. Пряме зварювання мідних та алюмінію різних металів стикається з численними технічними проблемами

Для вирішення цього технічного виклику Kingslaser розробив мідно-різну технологію зварювання металевого зварювання на основі зеленого лазера, яка безпосередньо розширює мідну фольгу FPC і зварює її на алюмінієву шину, усуваючи необхідність проміжної пластини нікелевої пластини в обробці високогранних матеріал Алюміній .

In the experiment, a standard 70μm ultra-thin rolled copper foil from an FPC was used as the tab, lap-welded to a 2.5mm aluminum busbar with the copper foil placed on the upper layer. The galvanometer controlled the spiral laser path to increase the stress-bearing area of the copper foil welding zone. By Налаштування параметрів процесу, таких як потужність, швидкість, кількість дефокуса та розмір спірального шляху, ключові показники продуктивності, включаючи поверхню зварювання та морфологію поперечного перерізу, глибина проникнення зварювання та міцність на шкірку.

Experimental results show that an appropriate laser power can achieve localized melting of the copper foil, producing welds with good continuity and consistent formation. The peel strength can reach above 30N, and the welding effect is significantly better than that achieved with excessively high or low power, which may lead to burn-through or false welding. Welding speed also plays a crucial role in weld morphology, вимагаючи балансу між ефективністю обробки та якості зварювання .

Малюнок 5. Міцність шкірки суглобів при різних потужностях зварювання .

Коли потужність належним чином регулюється, мідь - алюмінієвий зв’язок та утворення зварних швів покращуються,

що призводить до більш високої міцності на розрив у цьому діапазоні потужності

Після більш ніж року технічного розвитку Kingslaser досяг серії проривів у технології зварювального обладнання для ультра тонких металевих матеріалів, таких як мідь-алюміній, мідь-мідний та алюміній-до нікелі (товщина менше або дорівнює 35 мкМ)-з вдосконаленнями, що спостерігаються в декількох ключових областях .}}

First, the challenge of deformation and large bonding gaps in ultra-thin metals has been effectively addressed, significantly reducing the risks of false welding and over-welding. Second, by developing an automatic alignment welding system, processing efficiency has been improved, the CCS production line length shortened, and manufacturing space saved. Third, to tackle the brittleness issue in Введено різноманітні металеві зварні суглоби, індивідуальні лазерні джерела з специфічними довжинами хвиль, ефективно пом'якшуючи розтріскування та недостатню міцність ., нарешті, усунення проміжних продуктів нікельної пластини зменшило матеріальні витрати, що забезпечує економічні вигоди для масштабних виробництва CCS .}}}}

Крім того, безперервна оптимізація проводилася в таких областях, як програмне забезпечення для зварювання коаксіального зору пневматичного патрона та гальванометра ..

У дослідженні технології лазерного зварювання для FPC та мідних різних металів, проектна команда Kingslaser досягла декількох результатів з практичною цінністю додатків та розробила систематичне обладнання та технологічні рішення .}}}}}

In the field of FPC manufacturing, Kingslaser has developed a second-generation roll-to-roll fully laser-based dry-process FFC production system, significantly enhancing the automation level of flexible circuit board manufacturing. The equipment adopts a continuous roll-fed processing method, supporting materials up to 550mm in width, with a positioning accuracy of ± 0 . 003 мм . шляхом точно контролюючи швидкість обмотки (0,1–10 м/хв) та ширину лінії різання (як вузька, як 0,03 мм), та інтеграція системи бачення CCD для автоматичного цільового розпізнавання та високотехнічного шаблону шаблону (± 0,01 мм), система може відповідати вимогам високого рівня.

Рисунок 6. 2 nd - roll generation - to - Roll повністю лазерний - на основі сухий процес FFC виробничий пристрій

Ця технологія, що не тільки 10, 000-15, 000 квадратних метрів (еквівалентна вихідному значення приблизно 1 . 6-2 . 4 мільйони RMB)-але також утікає хімічні залишки та зелене переробку. Пов’язані інновації отримали патент винаходу під назвою "Швидкий процес виробництва FPC на основі повністю сухого процесу", підкреслюючи його сильну технічну оригінальність та широкий потенціал промислового застосування.

For copper-aluminum dissimilar metal welding, the project team has developed a green laser welding production line specifically designed for the new energy power battery industry. This equipment employs a high-performance, high-power laser source, and the green laser offers advantages such as high absorption rate, low spatter, high efficiency, excellent stability, and superior beam quality. It is primarily used for зварювання ультратонких металевих матеріалів, таких як мідь, алюміній, нікель та срібло .

Фігура 7. CCS Зелене обладнання для виробничої лінії Зеленого зварювання

Kingslaser також успішно отримав патент на винахід"Лазерний метод зварювання для мідних різних металів"На основі цієї технології .

Wuhan Kingslaser Technology Co ., Ltd .was established in 2016, focusing on the research and industrial application of laser micro-fabrication technologies. In recent years, the company has concentrated its R&D efforts on laser manufacturing technologies for perovskite solar cells, conducting in-depth studies and developing a series of high-performance ultrafast laser processing equipment for this field. These solutions offer multiple Переваги, включаючи збільшення ефективної області виробництва електроенергії клітин, зменшення циклів споживання енергії та виробництва, та інтеграція багатофункціональних лазерних процесів . Цей прогрес значно підвищив рівень автоматизації та інтелекту у виробництві клітин перовскіт .

Notably, as early as 2012, Kingslaser successfully delivered its first medium-to-large-sized perovskite solar cell laboratory equipment, becoming one of the earliest companies in China to enter this field. After more than a decade of technological development and market expansion, the company has established cooperative relationships with over 100 universities, research institutions, and enterprises engaged in perovskite battery R&D . Ці співпраці охоплюють різні технології клітин Perovskite, включаючи як мезопористі, так і планарні структури . Kingslaser також розробили всебічний набір лазерних виробничих рішень, пристосованих до різних специфікацій розміру, демонструючи сильні можливості пристосування клієнтів та інженерної реалізації.}}}}}

Завдяки постійній інновації та інтеграції досліджень з промисловим застосуванням, Kingslaser встановив провідну технологічну перевагу в галузі виробництва виробництва сонячних батарей Perovskite, забезпечуючи сильну підтримку комерціалізації сонячних батарей наступного покоління .