在量產中利用雷射對鋁材實施密封焊接

挑戰

電動車的核心部件是動力電池和電池管理控制器（BMC）。透過調節充電狀態、溫度和電芯電壓等關鍵參數，電池管理控制器就可對電池性能、安全性與續航進行監控與最佳化。內建的功率電子系統會將電池提供的直流電轉換為驅動車輛所需的交流電。在此過程中會產生熱量，可能會對電子設備造成不良影響。而現代化的冷卻單元可有效解決這一問題。它們可作為具備介質密封性的「蓋板」整合到 BMC 外殼中，並接入整車的冷卻循環回路。為確保高效散熱，冷卻單元就必須與功率電子系統直接接觸。因此冷卻單元的表面就必須絕對平整。此外，為了避免增加整車重量，冷卻單元還必須輕量化，同時又要滿足汽車廠家對壓力測試的要求。 

「我們的客戶要求我們生產一塊尺寸為 900 x 200 毫米的冷卻板，且必須採用拉伸鋁材製成，而即使是我們最富經驗的專家，都認為這是一項嚴峻的挑戰」，Feinwerktechnik hago 公司的產品管理部主管 Joseph Gampp 如此說道。但艱巨的任務能夠激發該團隊的鬥志。「經過與 TRUMPF 進行大量測試和驗證，我們終於發現了可靠的解決方案，且現在就可實現冷卻單元的量產」，Gampp 無不驕傲地說道。 

解決方案

TRUMPF 提供的 BrightLine Weld 是一種已經多年驗證的雷射焊接製程，能夠對不銹鋼實施高速氣密焊接，確保不會有氣孔產生。而在 2021 年開發的多焦點加工頭，則進一步擴展了該製程的應用範圍：在與 BrightLine Weld 配合後，甚至可對鋁材實施耐壓密封焊接。在焊接過程中，加工頭會將 TruDisk 雷射器的雷射束分為環形光束和核芯光束，隨後它們又會被分裂成四個光斑並以特定方式排列，以形成一個共同的熔池。這樣一來就會產生持續保持打開的「鑰匙孔」（Keyhole），它會防止蒸汽通道萎縮，所以即便是在高速焊接的過程中，也能實現無氣孔、無氣體夾雜的焊縫。 

落實

起初，Joseph Gampp 帶領的團隊嘗試使用現有的機台來焊接鋁製冷卻單元。但問題來了：一開始還密封良好的焊縫因無法承受實際應用所需的壓力，最終開裂。Gampp 解釋說：「這對我們的客戶而言是一個嚴重缺陷，因為汽車廠家在產品獲批前必須通過所謂的壓力脈衝試驗。整個組件至少要承受 10 萬次特定壓力的脈衝。但在我們的試驗件上進行測試時，焊縫沒能承受住壓力。」 

於是，hago 公司的專家便與 TRUMPF 一道鑽研，以便開發出一種既穩定又適合量產的製程。在 TRUMPF 雷射應用中心進行的測試很快證明，借助 BrightLine Weld 和多焦點加工頭，所有挑戰都可以迎刃而解。焊縫足夠穩固，能夠承受高壓。同時，雷射焊接參數也靈活可調，這樣即便是長焊縫，也能快速妥善地完成焊接，且毫無變形。  這點尤為關鍵，因為冷卻單元必須絕對平整，這樣才能與 BMC 內的功率電子系統直接接觸並實現有效散熱。Gampp 說：「目前我們製造的部件，其可重複實現的平整度已被控制在 1 毫米內。」  

hago 公司已斥資引進了裝備 BrightLine Weld 和多焦點加工頭的 TruLaser Cell 7040 雷射焊接設備，從而為冷卻板的量產奠定了基礎。目前預量產的 3000 個部件已完成。在未來六年，將有超過 61 萬件冷卻單元在 hago 的工廠下線。「我們完成了許多人認為不可能的事。這正體現出了我們的實力」，Gampp 自豪地說道。 

展望

將冷卻單元整合到電池管理控制器之中，這一設計理念相對新穎，但也頗具應用潛力。因此，Joseph Gampp 希望將在與 TRUMPF 合作過程中積累的知識，今後也應用於其他項目中。「這一技術與我們的戰略方向高度契合」，他如是說，並堅信這項開發工作是好事多磨，最終肯定能帶來回報。 

版本日期：2025.05.14