动力电池模组PACK激光焊接工艺解决方案
发布时间: 2021-07-07
动力电池模组PACK激光焊接工艺解决方案
发布时间: 2021-07-07
动力电池的激光焊接部位多，其材料主要是铝合金，少量部位采用紫铜、镍等材料，还有极少数采用不锈钢作为电池外壳。在这些材料中，镍和不锈钢的激光焊接工艺相对较为简单，也更为成熟，但铝合金和紫铜的激光焊接依然存在较多难点。除材料特性的影响之外，焊接接头的状态也会对焊接效果产生较大影响。
一、待焊接的材料种类及状态
待焊材料种类：
当铝合金和紫铜作为焊接材料时，常规激光焊接效果不良的主要原因在于：
1. 两者对光纤激光的吸收率较低，导致焊接过程不稳定。
2. 导热性能较好，焊缝成型困难，易产生气孔。
虽然这两种材料有相似之处，但也存在差异：
- 铝合金对光纤激光的吸收率高于紫铜。
- 紫铜的导热性能优于铝合金。
铝合金解决方法：
1. 采用较小的聚焦光斑（0.1mm-0.3mm）。
2. 焊接速度控制在60mm/s以上。
3. 采用光纤-半导体激光复合焊接。
4. 采用摆动焊接。
紫铜解决方法：
1. 采用较小的聚焦光斑（0.02mm-0.2mm）。
2. 焊接速度建议在100mm/s以上。
3. 采用摆动焊接。
待焊材料状态：
材料的表面清洁度和预处理程度会显著影响焊缝质量。
1. 材料表面有杂质：
- 问题：焊缝存在气孔，密封性和强度不足。
- 解决方案：焊接前去除油污、水渍等杂质。
2. 铝合金表面氧化物未清理：
- 问题：焊缝气孔较多，密封性和强度不足。
- 解决方案：焊前去氧化膜处理，并尽快焊接。
3. 材料待焊处加工粗糙：
- 问题：成型不均匀，外观较差，易焊漏。
- 解决方案：进行机加工处理，确保表面平整无变形。
二、焊缝所属部件类型及要求
目前主流的汽车动力电池包括方形电池、圆柱电池和软包电池。方形电池最常用，激光焊接部位也最多，其他两类电池的市场份额和焊接需求相对较少。
常见焊接问题包括强度不足、密封性差和成型不良。这些问题通常由焊接工艺选择不当和焊接部位结构导致。
1. 软包电池部件-极耳/汇流排：
- 难点：材料薄，多片叠焊易虚焊，导致强度不足和导电性差。
- 解决方案：控制来料平整度；设计高性能夹具，控制装夹间隙。
2. 圆柱电池部件-21700电池盖帽：
- 难点：材料薄，易烧穿，强度不足。
- 解决方案：控制来料一致性；设计高性能夹具；选用小纤芯光纤激光器，采用振镜高速焊接（300mm/s以上）。
3. 动力电池模组：
- 难点：熔深要求大，焊缝成型差。
- 解决方案：选用50μm～100μm纤芯激光器，使用高功率进行高速焊接（80mm/s以上）。
4. 方形电池部件：
- 难点：气孔多，易出现爆点，密封性不足。
- 解决方案：提高待焊部位清洁度；选用50μm纤芯光纤激光器，适当提高焊接速度。 
5. 壳体封口：
- 难点：气孔多，易出现爆点，密封性不足。
- 解决方案：提高待焊部位清洁度；选用50μm纤芯光纤激光器；采用小纤芯光纤激光器+半导体激光器复合焊接。
6. 汇流排：
- 难点：材料薄，多片叠焊易虚焊，强度不足。
- 解决方案：控制来料平整度；设计高性能夹具；选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
7. 侧板：
- 难点：焊接部位多，效率要求高。
- 解决方案：选用高功率光纤激光器，进行远程扫描焊接。
8. 软连接：
- 难点：材料薄，多片叠焊易虚焊，强度不足。
- 解决方案：控制来料平整度；设计高性能夹具；选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
该解决方案全面应对了动力电池模组激光焊接中的挑战，确保高质量和高效率的生产。
