第五届激光研讨会电动汽车：科学与商业的完美共生

经过长达三年的线上会议，业界终于在亚琛弗劳恩霍夫激光技术研究所举行的第五届激光研讨会电动汽车进行了现场会议。本次会议围绕5大主题，听取来自研究机构和行业发言人的报告，内容涉及进一步推进汽车电动化的进展。亮点包括芬兰雪地摩托制造商的演讲，来自以色列激光器制造商以及奥地利人工智能专家的见解。

今年1月，弗劳恩霍夫激光技术研究所部门业务发展主管Arnold Gillner教授在亚琛举行的激光研讨会上表示：“电动化交通在陆地、水上和空中都在发展。现在，行业关注的是如何进一步降低电池成本。电池成本已经大幅下降到目前每千瓦时100美元左右的水平。从无钴材料、气候中性制造工艺和重复利用开始，一种综合的、可持续的方法变得越来越重要。”

从长远来看，降低电池制造的能源消耗不仅很重要，还需要通过新材料来提高它们的能量密度。此外，业界还应该考虑尽可能得让电池可以重复使用

来自北极圈的酷炫灵感：具有高能量密度的电池概念

来自芬兰首都拉普兰罗瓦涅米的初创公司Aurora Powertrains的首席执行官兼联合创始人Matti Autioniemi介绍了电动出行的概念。该公司成立于2017年，是最早生产电动雪地车的制造商之一，也是世界上第一家电动雪橇导游服务供应商。

eSled电池容量最大的版本可重达270公斤。最大续航里程在40公里至100公里之间，具体取决于电池（能量容量：7到21千瓦时）。由于该地区的北极温度是一大挑战，Aurora开发了一种IP67级防水防尘电池。模块化可扩展电池具有用于直流和交流电压的灵活充电系统；Aurora还专门设计了一个创新的电池管理系统，包括一个集成加热器，以保持电池处于最佳工作温度。

开发人员专注于电池设计的最高能量密度，并实现了每公斤190瓦时（Wh/kg）以上的优异值。这家芬兰公司以锂电池作为基本形式，制造出0.2毫米薄电触点的袋状电池。节省空间的袋式电池重量轻，还可以按照特定应用的尺寸制造。由于没有足够空间来有效地使用超声波焊接设备，并且该过程需要更多的垂直空间，Aurora让合作伙伴开发了一种定制的激光焊接系统。

可扩展性和模块化设计带来了多种应用可能性

新的电池设计不仅适用于雪地摩托车。Aurora还可以调整袋状电池的尺寸和电压，用于电动船、工作机器或储能系统。Matti Autioniemi解释道：“因为电池设计具有如此高的能量密度和IP67等级，一些公司已经对此感兴趣了。目前，我们正在为一家芬兰电动船公司和一个越野车项目开发概念，该项目的电池设计为120千瓦时。”

这一发展清楚地表明，激光的应用范围还可以持续延伸。位于英国约克的光子学和光学公司Lumentum LLC的EMEA销售总监Philippe Leopold报道了新型PicoBlad3激光器，该激光器在近红外（NIR）、紫外线（UV）和绿光波长范围内工作功率高达180瓦。Lumentum的FlexBurst工艺可以将主光分离出20个超短脉冲单独光束，可用于以2米/秒的速度切割电池阴极，并以20米/秒的速度快速精确地切割超薄电解质箔。

用32根光束克服熔池问题

以色列激光器制造商Civan Advanced Technologies欧洲区总经理Christian Dini介绍了在使用最大功率为100kW的32束数字控制单束激光进行焊接时，熔池如何受到积极影响。弗劳恩霍夫激光技术研究所连接和切割部门负责人Alexander Olowinsky博士认为：“如果它可以用来更快、更好或更多变地实现焊接，这是一个有趣的解决方案。但市场是否准备接受还有待观察。”

由于激光焊接具有许多优点，许多演讲人都致力于研究这项技术。亚琛工业大学焊接与连接研究所的科学家Thorsten Twiehaus报告了他在真空下进行激光焊接的经验，该经验已被证明在电工板、混合接头和发夹方面是成功的。Armin Dellert博士为总部位于纽伦堡的电力电子制造商Semikron International GmbH报告了使用绿光激光焊接内部和外部触点的情况。

OEM厂商的未来趋势

德国诺德豪森的EAS Batteries GmbH与Fraunhofer ILT合作开发了一种新的激光焊接系统，用于连接高性能应用（40至50安培小时）的大型圆柱形锂离子电池。根据董事总经理Michael Deutmeyer的说法，这一新开发是该公司对汽车电动化趋势的回应，汽车行业由于其更高的气压稳定性和耐用性，越来越多地从袋式电池转向具有固体外壳的电池。同样对于圆柱形储能系统，来自Ottobrun的F&K DELVOTEC Bondtechik GmbH开发了循环时间为0.7秒的系统技术。正如Hans-Georg von Ribbeck博士强调的那样，Fraunhofer ILT开发的工艺的另一个优点是可以用于点焊。

来自波恩的Kautex Textron GmbH&Co.KG最近专注于激光焊接电池，由于热管理，这种电池可以特别快速地充电和放电而不会过热。例如，塑料罐制造商选择了Fraunhofer ILT为电流母线开发的激光焊接工艺。开发工程师Frank Süßemilich解释说，尽管这比引线接合更昂贵，但这种工艺连接更精确、更快，可以进行有针对性的工艺控制，并且由于循环时间短，适合大规模生产。

高效激光干燥取代燃气窑炉系统

事实上，激光正在不断征服新的领域：光谱范围从超短脉冲激光的表面结构工艺、从发夹上完全剥离油漆、去除电缆绝缘一直到当前的干燥话题。目前，阳极和阴极的浆料必须在约100米长的对流炉中干燥，到目前为止，几乎完全用天然气加热。

在Mülheim-Kärlich的Laserline GmbH的领导下，IDEEL研究项目正在开发一种替代方案（为经济和生态的锂离子电池生产实施激光干燥工艺）。在Fraunhofer ILT的测试中，合作伙伴首次能够使用激光在辊对辊工艺中干燥阳极和阴极上的电极膏。激光生产线经理Mathias Schlett在今年激光研讨会上展示了一种功率为45千瓦的强大红外二极管激光器，预计这将显著降低能耗。专家预计可以节省50%至85%。同时，激光可以将干燥速度提高一倍。

在所有激光工艺中，更好地了解熔池变化是很重要的。例如，Gehring Technologies用X射线监测发夹的激光焊接，而Semikron则使用超声波显微镜检查电子设备中的激光焊接。其他人则依赖于更精细的方法，如光学相干断层扫描（OCT）。

人工智能帮助下的大数据分析，通过“人工智能”进行最终评估

nLIGHT GmbH位于维也纳公司的战略技术开发人员Thomas Grünberger也谈到了所有测量方法的一个主要问题：通常需要评估大量数据。Grünberger在演讲中建议借助机器学习分析大数据。在这样做的过程中，用户应该意识到不稳定、不受控制的过程，如熔池只会产生不稳定的测量数据。因此，最终评估应始终交给人工判定。

作为伦敦政治经济学院的组织者，Fraunhofer ILT不仅在电动汽车问题上提供了大量投入，而且还为中小型公司体创造出附。例如，Fraunhofer ILT金属联合会的组长AndréHäusler博士介绍了计划中的电池发射中心NRW（BLC.NRW），该中心已经得到了Kuka、LBBZ或RWTH亚琛大学等合作伙伴的支持。

Olowinsky解释了与明斯特现有的Fraunhofer电池生产研究所FFB的区别：“这两个机构非常互补，因为明斯特研究电池生产的工艺问题，而BLC.nrw将开发工厂技术和必要的专业知识，用电池生产完整的电池系统。Häusler为位于亚琛附近盖伦基兴的BLC.nrw寻求支持，该工厂计划很快投入运营：我们正在寻找提供电池系统生产设备的公司和该工厂的潜在用户。因此，任何能够为我们提供工厂技术或需要生产或开发能力的人都应该与我们联系。”

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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