在电动汽车和电池储能系统用电池的生产过程中，保持洁净度对于确保制造出安全、可靠且高效的高质量产品至关重要。此外，随着全球向电气化转型，原材料的短缺使得提高工艺良率变得尤为重要。
制造过程中的污染可能会导致电池组性能下降，包括充电密度不足、使用寿命缩短，以及在极端情况下发生热失控。
电池模块还需具备耐用性，并在恶劣气候条件下正常运行。其结构必须坚固，以避免在碰撞时发生灾难性故障。污染物可能导致粘接强度降低、焊接质量不佳，或无法实现完全的环境密封。
污染源多种多样，包括前道工序残留的油污和油脂、供应商在单体电池包装和运输过程中因操作不当导致的污染，以及组装工序本身产生的颗粒物。
需要清洁哪些地方？
在电池模块制造领域，一些常见的应用包括：
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- 清除电池阴极、阳极以及汇流排上的氧化物，以提高可焊性和电流导通性。
- 在密封前对外壳和机箱进行清洁，以去除油渍和残留物，从而提高防尘防水性能。
- 在电池制造过程中，焊接密封钉前的清洁工作。
- 在棱柱形电池中，对电池侧面进行清洁和活化处理，以改善电绝缘体和热绝缘体的粘合性能。
- 清洁触点片/集电片，以提高导电性。
- 电池模块中热监测传感器的粘接表面清洁。
- 对电池管理系统（BMS）中电气组件的热交换器表面进行清洁。
- 标签应用中的表面清洁。
- 在电池模块上安装冷却（或加热）板前的表面清洁。
- 清洁模块与电池组外壳之间的接触面，以确保散热顺畅。
到底需要多干净？
为解决这些问题，汽车电池制造商已采用 ISO 16232 作为评估清洁度的国际标准，而许多制造商则采用德国汽车工业协会（VDA）制定的 VDA 19.1 和 VDA 19.2 标准，这两项标准更为详细。VDA 19.1 是检测和测量污染的通用标准，而 VDA 19.2 则侧重于预防污染的制造和装配工艺。
清洁的技术目标是：清洁到所需程度，但不过度；达到必要的清洁程度，而非追求极致清洁。
评估清洁度：为了成功实施清洁措施和程序，制造商将评估制造过程中的一些影响因素，包括：
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- 环境
- 物流与包装
- 人员
- 工艺与装配设备
环境评估：环境评估可能包括在生产区域内安装颗粒物捕集器，以收集和分析环境污染物，并识别局部污染热点，从而采取纠正措施。
物流与包装：物流和包装也可能是一个影响因素，例如纸板在运输过程中脱落的碎屑和产生的灰尘。此外，如果供应商的质量控制或清洁方法不到位，零部件本身也可能存在污渍。
工艺设备：工艺设备本身可能会因振动或部件磨损而脱落颗粒。机床中残留的润滑剂、润滑脂和冷却液可能会污染被加工部件，或者可能存在脱模剂等化学物质。
以洁净度为导向的设计：在设计过程的早期阶段，就需要将洁净度纳入考量，以便制定出以洁净度为导向的模块设计方案。例如，避免出现可能暂时滞留机加工过程中产生的切屑的死角和缝隙，这类问题可以通过设计轻松解决。
员工培训：对员工进行清洁培训，对提高质量具有重要作用。此类培训既要涵盖供应商标准，也要与终端客户的标准保持一致，并符合VDA 19/ISO 1632标准。
培训将主要针对负责材料处理和组装工作的工厂工人。员工需要了解并充分认识到技术洁净度的概念。
许多时候，制造商会通过自动化来消除手动流程中固有的变异性。
生产洁净度评估：
对生产设备的检查和评估至关重要。设备——尤其是与工件直接接触的部件——需要进行实际评估，找出潜在的薄弱环节，并采取纠正措施。
一名工作人员正在检查采样陷阱是否受到污染
限值确定与规格书编制
在确定污染源后，可采用统计方法并参照客户指南进行限值确定，从而制定相关规范，例如技术洁净度等级、合适的检测设备、检测方法及操作规程。
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- 根据客户特定的标准和规范确定必要要求
- 方法和参数的规格说明
- 工艺开发
确保零件清洁
虽然可以对清洁度进行监测和测量，但归根结底，颗粒物和有机物仍会进入生产线，因此要达到高质量标准，对零部件进行清洁是必不可少的。目前虽有磨料喷射、干冰喷射和化学处理等技术可供选择，但这些技术并不特别适用于大批量在线生产作业。
正是在这一领域，激光加工作为一种经济且环保的解决方案得以大展身手。激光清洗的常见应用包括：
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- 清除铁锈、油和燃烧沉积物等污染物
- 剥离油漆、电子涂层、陶瓷和氧化物等涂层
- 通过准备焊接、粘接、油漆和涂层表面，提高粘接效果
- 通过粘接前的清洁或表面处理来提高附着力。
- 在涂抹部件涂层前进行预清洁，延长涂层寿命
总而言之，要制造安全、可靠且高效的高质量产品，必须使用洁净的原材料。了解污染源，制定污染限值，并专注于“清洁到必要程度，而非过度清洁”这一目标——即“清洁到必要程度，而非尽可能清洁”——这样既能生产出更高质量的产品，又能减少废品或返工。
无论是焊接、粘接还是去除涂层，激光工艺都是易于集成到大批量生产中的理想解决方案。它们具有以下优势：
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- 一种非接触式工艺，具有高度灵活性、高选择性和高精度，使激光能够仅对目标区域进行清洗，并省去了掩模等步骤。
- 高速工艺；根据需要清除的污染物不同，激光每秒可清洁数百平方英寸的面积。
- 激光清洗既安全又可持续，无需使用磨料或化学溶剂，从而省去了处理和处置用过的磨料或化学品的环节。
- 易于实现自动化，并可集成到生产车间中。
由此形成的制造工艺具有极高的可重复性，既能提高产品质量和生产良率，又符合环保要求。
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