新能源汽车电池包下壳体焊接工艺分析

吴庆

中国日用五金技术开发中心 辽宁沈阳 110000

电池包是新能源汽车发展中非常重要的组成部分，它的价值越来越高，由于技术和生产水平的提高以及市场的饱和度，使人们更加关注电池包的使用寿命。

1 钢制下壳体焊接工艺

1.1 CO2气体保护焊

因操作灵活，简单，成本低，对油和铁锈敏感度低等特点，CO2气体保护焊广泛应用于国内汽车公司电池包下壳体侧边框之间的连接。随着CO2气体保护焊的技术和设备日趋完善，其焊缝粗糙和飞溅较大等问题也表现出来，严重影响了焊接质量。而且，产生焊渣，污染环境，焊后打磨繁琐等缺点也不是焊接下壳体侧边框、底板与侧边框最好的连接方法。随着车身轻量化技术的发展，必须向“精密焊接”方向发展的CO2气体保护焊技术，才能进一步促进其在汽车中的应用，并更好地服务于未来的汽车工业[1]。

1.2 电阻自动定位精准点焊机

电池包装中的一个很重要的环节就是点焊，将保护板与电芯焊接在一起，目前大部分车间均采用脚踏人工点焊，效率低，焊点位置不一致且经常有焊偏炸焊现象发生，导致因焊接不牢导致返工及报废。因此，成为一种急需，自动定位精准点焊机在治具的辅助下，实现多个焊点的精准自动定位，控制放电主机自动点焊，当一个冶具中的所有电池焊接完成后，自动回到取件位，操作员工取走电池后，放上另一个冶具又可以重新开始点焊。由于自动定位点焊机完全由步进电机带动精密丝杆实现二维空间的精准定位，所以各个焊点的位置精度可以控制在0.1mm，所以焊点完全一致。另外焊头也是由电机控制，所以下压的速度及位移也完全一致，只要在工作前调到最佳位置，后面所有焊接对焊点的压力均一致，保证了焊点的质量。自动定位点焊机效率高、焊点质量有保证，极大的提高了电池包装生产线的点焊效率。

2 铝合金下壳体焊接工艺

2.1 冷金属过渡焊技术

在短路过渡的基础上，相关学者开发出CMT技术这项新技术，其大大减少了焊接过程中的热量输入，避免了飞溅因素的产生和汽化爆断过程，并且对焊接成形缝没有压力影响。其输入量能够进行精确控制，具有焊接速度快，重复焊接精度高，间隙容忍性好等优点。

2.2 搅拌摩擦焊

FSW焊接接头由于具有焊接接头无裂纹，夹渣，气孔等缺陷，在汽车和航空航天行业中有着相对重要的地位。。

其使用特殊形状的搅拌头在旋转过程中插入需要焊接的零件，并沿着待焊接的界面向前移动。通过搅拌和摩擦，将需要焊接的材料加热到热塑性状态。处于塑性状态的材料在高速旋转的搅拌头周围前后移动，同时，在热-机联合作用下，结合搅拌头对焊接金属的挤压，材料产生扩散变形现象，在金属之间形成致密的固相连接。焊缝密封性好，焊接的强度高和变形小等特点，使其被广泛用于电池组的下壳体焊接中[2]。

2.3 激光焊接

随着激光技术的成熟，降低了设备的焊接成本和提高了生产的效率，其已广泛用于车身制造的车门，前后盖板，顶盖，侧板等零部件的焊接。目前，德国大众使用激光焊接来实现尾灯安装板和侧板之间的焊接后，钣金变形少，焊缝美观，质量稳定，保证了安装精度，大大提高了工作效率。但是，其设备成本高，对于钣金件之间的装配精度要求较高，不能广泛应用于电池下壳体的侧框架与底板和侧框架之间的连接。

2.4 焊接工艺对比

表1显示了上述各种焊接方法在各方面的比较。因此，在实际生产过程中选择焊接方法时，必须考虑各种因素。

表1 连接方式对比

3 铝合金下壳体焊接流程

3.1 下壳体主要结构形式

铝合金下壳体由2-4个铝合金型材采用搅拌摩擦焊接而成的底板和边框架组成，其中，框架分为铝合金型材制成的左右侧横梁和前后横梁。并通过MIG（熔化极惰性气体焊），TIG（非熔化极惰性气体钨极保护焊）和CMT等方法进行焊接。

3.2 下壳体焊接工艺流程

铝合金下壳的一般焊接工艺分为两种。第一种，在焊接过程中通常首先使用FSW拼接底板，同时将每根横梁通过MIG焊，TIG焊和CMT焊接为整体框架，最后通过FSW双面焊接底板和框架。其焊接过程如图1所示。采用这种焊接组装方式，可以同时在两个工位分别进行底板拼焊工序和横梁焊接工艺，大大节省了生产周期，提高了生产效率，因此广泛应用于电池包下壳体的焊接中。

图1 下壳体焊接工艺流程

另一种焊接工艺是先将底板利用FSW进行正反面拼焊，然后使用FSW将各横梁分别双面焊接到底板，然后使用MIG焊，TIG焊或CMT进行横梁之间的焊接。焊接过程如图2所示。这种焊接方式可以很好的减少边框的焊接变形，并确保边框横梁上安装孔的精度。

图2 下壳体焊接工艺流程

因此，可以使用此方法对安装孔精度要求高的电池包下壳体进行焊接[3]。

3.3 结语

随着经济发展，我国汽车工业持也随之迅速发展，国内各大汽车主机厂为了加快研发、生产新型汽车，占有市场，纷纷引入了更先进的生产模式与工艺设备，改进生产线的柔性化策略，缩短新产品的研发周期，以求快速将新产品推向市场。因此，本文从焊接效率，连接成本，焊接结构要求，焊缝美观性等角度介绍并比较了电池包下壳体的几种焊接方法[4]。