新能源汽车电池包关键连接技术分析

新能源汽车电池包关键连接技术分析

孙志夫1刘明武2张凯通讯作者

1、210381198710284416                                         2、12022519960305067X                                       通讯作者：120109199006225034

摘要：最近几年，我国一直在坚持不懈的加大生态环保、绿色节能宣传和执行力度，政府部门也出台了相关政策鼓励和支持清洁型新能源利用，从而有效助推了新能源汽车的快速发展和普及应用，电池包是新能源汽车关键性构成部分，鉴于小型新能源汽车应用的基本上都是铝制电池包箱体，所以，本文就以铝制电池包箱体为研究对象，重点分析传统熔焊、搅拌摩擦焊等各种新能源汽车电池包关键连接技术，希望助力新能源汽车相关技术和生产水平的提高。

关键词：新能源汽车；电池包；关键连接技术分析

引言

通过国家对清洁型新能源的大力推广和民众环保意识的不断提升可以判断，未来新能源汽车会有更加广阔的市场，目前的新能源汽车使用量逐年增加，人们对新能源汽车的行驶里程要求也不断提高，有研究发现，新能源汽车轻量化有利于提高新能源汽车行驶里程，而电池包箱体承载结构对新能源汽车自重的影响尤为重大，同时不同的电池包箱体承载结构促使电池包箱体生产工艺方法也有所不同，由此可见，很有必要针对各种新能源汽车电池包箱体制造连接技术进行分析探讨。

1.传统熔焊技术的类型及问题分析

箱体加工中应用到的熔焊方法有TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作为成熟的焊接技术，在箱体上应用具有使用灵活、适用性强、生产成本低等优势，目前在箱体连接上已进行了较多的应用。TIG焊接速度低，焊缝质量好，适用于点固焊和复杂轨迹焊接，在箱体中一般应用于边框拼焊和边梁小件焊接；MIG焊接速度高，熔透能力强，在箱体中一般应用于边框底板总成内部整圈焊接。

目前铝合金TIG/MIG焊接尚存在一些问题需要解决。在进行箱体加工时较为常见的主流熔焊方法包含TIG和MIG，这两种焊接方法在进行箱体焊接时具备较为灵活，适用范围广泛，经济性好的特点。当时是箱体焊接技术中的主要应用方法和研究对象。其中TIG技术的优势是焊接质量好，特别针对轨迹较为复杂的焊接需求以及满足具备点固焊接需求的焊接作业，针对箱体焊接适用于边梁和边框的焊接流程。而MIG焊接的速度较快，能够快速地融透焊接对象，通常适用于箱体的边框底板总成的焊接作业。当前，针对铝合金材质的箱体，在使用TIG和MIG焊接时仍然需要解决一些技术问题，这些问题主要包含以下几种：

首先，对于焊接过程中的焊接缺陷控制能力不足，因为铝合金自身的物理化学特性，使得在使用TIG或者MIG进行焊接时，容易出现明显的热裂纹问题，并且同时容易出现生气孔的现象 。在具体的焊接过程中，导致箱体密封性以及机械性出现下滑乃至失效的主要原因是箱体的焊缝存在问题。因此，为了扭转箱体焊缝成为了箱体最薄弱部分的问题，在使用TIG或者MIG技术进行焊接时，需要明确导致气孔以及裂纹的产生原因，通过改进技术手段来提高焊缝质量。其次，在使用TIG或者MIG焊接箱体时，容易出现焊接变形的问题，因为铝合金的膨胀系数较大，使得箱体在接受焊接时，容易出现变形，对于箱体尺寸的控制产生了影响，使得产品的质量得不到有效保证。为解决该问题，可以通过使用CAE分析来对焊接工艺进行优化和改良。最后是焊接效率的问题，当前所使用的的TIG/MIG焊接方法，仍然依赖人工焊接，这是一项劳动强度较大的作业流程，除此之外，人工焊接的时候无法保证焊接的一致性，从这一点上讲，机器人的焊接一致性把控较高，所以，自动化焊接是未来的发展趋势，利用机械手臂进行焊接，可以全方位多角度的开展焊接流程，同时焊接接缝的质量也能够保证统一，不仅保证了焊接质量，同时也能够让焊接效率得到较大幅度的提高。

2.搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊接是上世纪90年代由英国科学家发明的固相焊接技术，这种技术通过搅拌针和轴肩与焊接母材进行摩擦，产生的热量使得母材和待焊接物体进行挤压和锻造，实现了较好的焊接接头和焊接焊接质量，这是和熔焊技术完全不同的焊接技术应用，与传统的焊接方式相比较，搅拌摩擦技术的适用范围更加广泛，因为挤压过程所形成的焊缝更加整齐，焊缝质量更高，同时，这种方法的经济性较好，特别适用于自动化焊接方式，这与焊接领域的整体发展方向不谋而合。利用铝挤剂通过搅拌摩擦焊接技术已经实现了在电池箱体中的成功应用。依据搅拌摩擦焊接技术的特性，当前使用该技术进行焊接的主要适用范围集中在底板型材以及边框和底板总成焊接领域。底板型材的焊接通常为接头对接焊接，需要通过正面反面两个步骤的焊接。而边框和底板总成则主要是底接头或者接头对接的焊接方式，锁底接头只需要单面焊接，而对接接头焊接仍然需要正反面两个步骤的焊接。当前在使用搅拌摩擦焊接对电池箱体进行焊接时，以下问题仍然有待解决：

首先，搅拌摩擦焊接的适用范围仍然有待扩充，虽然搅拌摩擦焊接在可靠性方面比传统的熔焊焊接技术更好，但是因为其自身的焊接特性，使得针对边框拼接焊接以及边梁小件焊接时，优势并不明显，因为这些部位通常机械失效水平较高，气密性较差，为了能够解决这些问题需要对搅拌摩擦焊接进行技术改良和工艺创新，才能够有效提高产品质量和性能。其次，在进行焊接的过程中，搅拌摩擦焊接的焊接效率仍然较差，因为焊接速度的制约，使得利用这种焊接技术进行电池箱体的焊接过程中仍然无法加快产品生产效率。同时因为这种技术对于工装具有较强的依赖性，加之工装自身较为复杂，严重制约了生产效率，同时成本控制效果也不尽如人意。

3.激光焊技术

激光焊接通常是以较高密度的激光束作为能量来源所开展的焊接技术，这种技术的优点在于具备较高的焊接精度和焊接质量，同时焊接速度较快，是有能力取代其他焊接技术的新型高效焊接方法，是焊接领域当前最重要的技术类型，是集中研究力度最强的焊接方法，该方法具有以下特点：

该焊接技术在激光聚焦时，其最大功率可达到108W/cm2，同时，因为加热区域较为集中，使得焊接过程中的热输入水平较低，这使得焊接体变形情况低于其他焊接方法，同时能够形成较深的焊缝。同时这种焊接技术的焊接速度较快，铝合金的激光焊接速度能够达到48/min。使用该技术对钢材进行焊接时其最大速度可以超过60m每分钟，这种速度相比较其他的焊接方法极大的提高了焊接效率。同时这种焊接方法所形成的焊接质量较好，其焊缝强度甚至能够超过母材。这种焊接方法的适用范围较为广泛可以对不同型号不同金属进行焊接，特别适用于铝合金和高强度钢板的焊接作业。

针对铝合金的激光焊接在焊接流程中主要存在的问题是激光反射问题，如果不能够对激光反射进行有效的控制就会对激光的能量利用率和焊接质量产生影响。为了解决该问题人们采用激光电弧复合焊接的方法，这种焊接是利用激光焊和MIG焊同时对焊接区域开展焊接作业，激光焊的主要作用是在焊缝的垂直方向进行能量输入，同时通过MIG机焊接的方法对焊丝进行熔化同时向焊缝输入热量。利用MIG焊接过程中所形成的电弧加热焊接物接缝，此时接缝会生成金属蒸气，金属蒸汽能够促进激光束的能量传输，使得焊接区呈现明显的挥发孔，通过激光将这些能量传输到工件中完成焊接过程。这种焊接速度较快所形成的溶池较大，能够形成较好的焊接质量。

4.机械连接技术

针对金属薄板以及薄管进行焊接时，容易出现焊穿和螺母滑牙问题，采用拉铆螺母能够有效的解决这些问题。使得金属薄板能够更好的与螺纹连接，实现更加经济的紧固效果。这种连接方式针对电池箱体的连接有着良好的应用效果，能够保证电池箱体内腔底板的模组提供良好的固定作用。

结束语：目前可以说是新能源电车发展的高光阶段，为了更好的迎合用户需求，以便开拓更大市场和取得更大发展，最重要的还是不断完善和优化新能源汽车结构部件制造生产技术，电池包是影响新能源汽车使用性能的主要因素，深入分析电池包箱体制造连接技术，不仅有利于进一步提高新能源汽车整体生产水平，也可促进新能源汽车性能的优化。

参考文献

[1] 刘政陈. 基于新能源汽车电池包装配策略的研究[J]. 内燃机与配件, 2020(6):2.

[2] 曾光. 新能源汽车电池包装配生产技术[J]. 中国新技术新产品, 2017(8):2.

[3] 何斌成, 许铀, 李梓立,等. 纯电动汽车电池包关键技术及优化方法[J]. 科技创新导报, 2016, 13(16):3.