新能源汽车电池包关键连接技术
5页1、新能源汽车电池包关键连接技术1 序言近年来,受益于国家优惠政策,新能源汽车行业得到了蓬勃发展,其销量也在逐年递增。为了适应并扩大市场需求,解决“里程焦虑”的问题,新能源汽车正不断地追求着轻量化。电池包作为新能源汽车开发中十分重要的部件,其趋同的技术与生产水平备受人们的关注1。目前,行业内普遍使用的电池包箱体有:铝型材电池包箱体、铸铝电池包箱体和钣金电池包箱体等。钣金电池包箱体安全性、可靠性高,多数使用在公共交通工具上,如公交车。对于小型轿车而言,多数使用的是铝制电池包箱体。铝制电池包箱体承载结构主要分为两种:底板承载式结构和框架承载式结构。大众公司在研究中发现框架承载式结构更容易实现轻量化以及满足不同结构下的强度要求,并将此结构应用于奥迪A6EV车型上2。依据承载结构的不同,其对应的生产工艺流程、方法也存在一定的差别。本文针对电池包箱体制造的关键连接技术:钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、搅拌摩擦焊、激光焊以及新兴的螺栓自拧紧技术(FDS)和胶接技术等分别进行介绍。2 传统熔化焊2.1交流钨极氩弧焊钨极氩弧焊(TIG焊)属于非熔化极惰性气体保护焊的一种,是在惰性气体的保护下,利用钨极与焊件
2、间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(也可以不加焊丝),从而形成优质焊缝的焊接方法3。交流TIG焊在焊接时具有电弧与熔池的可见性好、操作简单、焊缝外观无焊灰及不需清洁等优点,并且具有清理氧化膜的作用,因此非常适合铝制电池包箱体的焊接。此外,对于空间狭小的短焊缝焊接以及密封性要求高的焊缝也尤为合适。例如,比亚迪和吉利旗下多款混动车型的电池包箱体,在生产制造过程中均大量采用交流TIG焊,实现壳体的连接,保证工件气密性,其TIG焊缝约占箱体总焊缝量的80%。某车型电池包下箱体焊缝如图1所示,箱体结构紧凑,型材刚度大,可以选择交流TIG焊。然而,随着箱体结构的演变,箱体尺寸在变大、型材结构在变薄、焊接结构在优化以及焊后尺寸精度要求在提高,因此交流TIG焊的优势并不凸显。相反,其缺点:焊接速度慢、焊接热输入大、焊后变形大、不易控制等,限制了箱体的高效生产。因此,热输入小、变形小、工作效率高的熔化极气体保护焊开始渐渐取代TIG焊。图1 某车型电池包下箱体焊缝2.2CMT焊CMT(Cold Metal Transfer)是一种全新的MIG/MAG焊接工艺,它是利用一个较大的脉冲电流使得焊丝顺利起弧,并在
3、焊丝端部熔化长大,在熔滴即将发生脱落的时刻,电流急剧衰减至几乎为零,利用熔滴与熔池的表面张力、熔滴自身重力和焊丝的机械回抽作用,实现熔滴的完美过渡,从而形成连续的焊缝4。相比传统MIG焊,CMT技术具有热输入小、无飞溅、电弧稳定以及焊接速度快等优点,可用于多种材料的焊接,在铝制电池托盘的生产制造中占据着举足轻重的地位。例如,比亚迪、北汽旗下多款车型所使用的电池包下箱体结构,多采用CMT焊接技术,其焊缝约占箱体焊缝的70%。箱体简易结构如图2所示,边框与底板(采用间断焊或整圈满焊)以及横梁与底板之间的焊接均采用CMT焊接工艺,只有底板背部为搅拌摩擦焊。多数电池包箱体供应商在生产制造过程中,为了保证焊接质量(见图3),引用机器手自动化焊接取代人工焊接,提高了生产效率,保证了焊缝的一致性及工件精度。图2 电池包下箱体熔化焊简易结构图3 铝制电池包箱体CMT焊缝虽然随着自动化程度的提高,MIG焊在电池包箱体焊接中占据的比重越来越高,但是其仍难摆脱铝合金传统熔化焊的焊接问题,如热输入大引起的变形、气孔、焊接接头系数低等。因此,高效绿色、焊接质量更高的搅拌摩擦焊技术走进了人们的视野。3 搅拌摩擦焊
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