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隨著電動汽車的普及，評估各制造工藝的環(huán)境影響至關(guān)重要。本文通過生命周期評估（LCA）方法，對電動汽車電池箱體不同連接工藝的環(huán)境影響進行比較，為可持續(xù)性發(fā)展提供依據(jù)。在汽車制造商致力于減少碳足跡的背景下，理解生產(chǎn)過程的環(huán)境影響尤為重要——尤其是車身裝配中使用的連接技術(shù)。通過生命周期評估，可分析這些影響并探索減排潛力。本文以全鋼電動轎車電池箱體為例，重點研究多種焊接方法的環(huán)境表現(xiàn)。

1.目標和范圍定義：設(shè)定評估目的，定義功能單元，并確定系統(tǒng)邊界。在本文中，重點是焊接工藝及其相關(guān)的電力輸入和填充材料輸入以及消耗品的磨損輸出。

2.庫存分析：通過測量電力和消耗品的消耗以及相關(guān)材料開采和生產(chǎn)影響的數(shù)據(jù)庫值來收集材料和能源流動的數(shù)據(jù)

3.影響評估：評估不同影響類別中的潛在環(huán)境影響。本文重點展示全球變暖潛能值（GWP，即氣候變化相關(guān)排放）和酸化潛能值（AP，反映填料材料對酸化的影響）。其他相關(guān)類別包括富營養(yǎng)化、光化學氧化劑排放及臭氧層消耗。

4.評估：基于分析結(jié)果提出建議，優(yōu)化工藝環(huán)境表現(xiàn)。

圖1：生命周期評估的系統(tǒng)邊界，包括材料和能源的供應(yīng)、連接過程和消耗品的處理

針對電動汽車電池箱體連接工藝，本研究以每米焊縫為功能單位，對比不同焊接方法的環(huán)境影響。數(shù)據(jù)來源包括文獻、LCA數(shù)據(jù)庫及部分實測數(shù)據(jù)。由于焊接工藝數(shù)據(jù)有限，研究做了以下簡化與假設(shè)：

例如，填充金屬被簡化為純鋼或銅線，而不是考慮其復(fù)雜的化學成分。因此，填充材料的實際影響可能高于此處假設(shè)的水平。對于電力排放，使用了德國的電網(wǎng)混合數(shù)據(jù)，電阻點焊與激光焊的對比基于每米20個點焊的假設(shè)。 

結(jié)構(gòu)材料的排放未被考慮，因為所有焊接工藝都使用相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于切換焊接技術(shù)（如激光焊接因減少法蘭寬度而節(jié)省材料）引起的二階效應(yīng)也沒有被考慮。已知二階材料節(jié)約效應(yīng)比焊接工藝的環(huán)境影響更大，應(yīng)與焊接工藝的選擇一起進行優(yōu)化。關(guān)于這些效應(yīng)的更多信息，可參考本文引用的文獻（Brunner-Schwer, J. Lemke, M. Biegler, T. Schmolke, S. Spohr, G. Meschut, L. Eckstein, M. Rethmeier; A life cycle assessment of joining processes in the automotive industry, illustrated by the example of an EV battery case; Laser in Manufacturing Conference, Munich, 2023）。

圖2 全鋼電動汽車電池箱，標有激光焊和電阻點焊區(qū)域

圖3：不同焊接工藝的環(huán)境影響（左：全球變暖潛能值；右：酸化潛能值，單位：每米焊縫）。

LCA的結(jié)果如圖3所示，展示了兩個影響類別：全球變暖潛力（即CO2 當量 排放）和酸化潛力（即SO2當量排放）。排放的主要驅(qū)動因素是電力、壓縮空氣以及用于激光線和激光釬焊的填充材料（鋼或銅絲）和用于RSW粘接的粘合劑。

使用德國電力混合數(shù)據(jù)，電阻點焊粘接（RSW-粘接）的全球變暖潛能值最低。激光遠程焊接因不使用填料，若電力來源轉(zhuǎn)向可再生能源，其減排潛力最大。

激光工藝分析顯示，激光系統(tǒng)存在較高的待機能耗（源于激光源、冷卻及控制系統(tǒng)），實際運行時的能耗增幅較小。因此，通過優(yōu)化“激光開啟時間”與“待機時間”的比例，可顯著提升激光焊接系統(tǒng)的整體能效。

酸化潛能值方面，激光釬焊因銅基填料的開采與提取排放，影響顯著高于其他工藝。此外，銅電極帽的磨損也加劇了該類別的環(huán)境影響。