动力电池作为新能源汽车的心脏,也是新能源汽车之上成本最高的部件之一,占到整车成本的40%,新能源汽车的续航里程、安全性、车辆寿命、保值率等各项关键指标都受到动力电池的性能影响。
动力电池内部也是一整个复杂的系统,从电芯、电池模组、电池包,历经一道道制造工序,最后组装成一整个动力电池系统。这其中,材料与材料、模组与模组、电池包结构的连接就涉及到高要求的焊接工艺——激光焊接。
在动力电池的生产过程中,激光焊接已经成为主流的焊接方式,具有灵活、高效、精准等优点,满足动力电池生产过程中的技术要求,并且高精度的激光焊接机目前是动力电池生产线的标配设备。
激光焊接动力电池的工艺,具体来说就是利用激光束高功率能量和优异的方向性进行工作,通过激光焊接机中的聚光系统将激光束聚焦在很小的区域内,在很短的时间内使焊接处形成能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。现代产业化的动力电池激光焊接,拥有极高的工作效率以及极低的失误率。
动力电池常见的分类有圆柱电池、方形电池以及软包电池,不管是哪种类型的电池目前都会有这几个步骤:
一、电池正负极极柱焊接。电池的极柱就是电池正负极接触片,一般来说正极使用铝、负极使用铜,其作用就是让电池极柱通过连接片焊接,形成串联、并联电路,组成电池模组。
二、电池防爆阀焊接。防爆阀是电池安全的守门人,当电池内部压力过高时,防爆阀的阀体率先破裂泄气,释放压力,如此防止电池爆裂。
三、电池转接片焊接。作为连接电池盖板与电芯的关键零部件,转接片需要承载电流,因此需要考虑到电池过流等情形。在与电池盖板焊接的过程中,要防止飞溅,满足低飞溅条件,并且必须保证不会飞溅到电芯上,否则将会出现电池短路这一严重后果。
四、电池壳体拼接焊接。电池在组装完成以后,会使用金属壳体进行封装,用以保护电池免收外部冲击。一般来说,电池壳体材料使用的多为铝合金材质,铝合金材料的电池壳占整个动力电池的90% 以上,因为铝合金具备质量轻、强度高、耐腐蚀以及加工性能好等优点,能够满足电池壳体质量轻和抗冲击的需求。
而铝合金材质焊接的难点在于,铝合金对激光反射率极高, 焊接过程中不可避免地会出现一些问题缺陷例如气孔、热裂纹以及飞溅。
五、电池模组和电池包焊接。电池包的组成是由电芯组成模组,再由模组组成电芯,现在的工艺已经出现无模组化电池包。然而,不管是哪种方式电芯与电芯之间都是通过串并联方式组合,在其中会加入BMS电池管理系统的基础部件:例如单体电池监控管理装置、电芯保护结构,这些都需要用到焊接工艺以使电芯固定。
不难看出,动力电池焊接工艺是一项精细的活,任何一点小问题都会影响到后续成品动力电池的性能、安全。故而优质的材料和高质量的激光焊接仪器是保证焊接工艺成功的基础。