佟雪松

摘 要：近几年新能源行业出现井喷式发展，各动力电池厂、Pack集成厂为抢占市场，积极开发新型Pack集成技术。集成技术的关键技术指标之一为安全，电池模块作为Pack内关键零部件，其集成质量直接影响Pack安全性能。CMT焊技术由于其焊接强度高、抗震性能好、低热输入、无飞溅、易实现自动化、成本低的特点，被引入Pack集成领域，获得行业认可。文章重点研究CMT焊技术在电池模块集成方面的应用，介绍焊接技术指标、质量评价手段、常见缺陷成因、改善方案等。

关键词：电池模块；CMT；气孔；激光寻址

中图分类号：TG44 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0162-03

Abstract： In recent years， the new energy industry has a blowout development， power battery plants， Pack integration plants to seize the market， and actively develop new Pack integration technology. Safety is one of the key technical indexes of integration technology. Battery module is the key component of Pack， and its integration quality directly affects the safety performance of Pack. CMT welding technology because of its high welding strength， good seismic performance， low heat input， no splash， easy to achieve automation， low cost， has been introduced into the field of Pack integration， and has been recognized by the industry. This paper focuses on the application of CMT welding technology in battery module integration， introduces the welding technical indicators， quality evaluation means， the causes of common defects， improvement programs and so on.

Keywords： battery module； CMT； pore； laser addressing

1 概述

随着新能源行业技术的不断进步，各电池厂、Pack厂陆续推出高比能量、高结构强度、高安全性能的模块，新型电池模块采用金属边框CMT焊接工艺。CMT焊接不良将会降低模块机械强度及标准化程度，整车使用过程易发生安全事故，厂内焊缝缺陷需要人工修复，增加材料、人工、时间成本，造成浪費，同时CMT焊接采用设备自动焊，焊接质量决定模块线直通率及节拍，因此，保证电池模块的CMT焊质量至关重要。

2 总体方案

电池模块采用两铝合金端板（6063-T6）、两铝合金侧板（5083-O）堆叠拼接在一起，两种部件自身具备强度高、重量轻、易焊接的特点，侧板与端板贴合，形成4条拼接缝，拼接缝处利用CMT焊沿缝隙焊牢，形成4条焊缝。

3 试验方案

3.1 试验内容

堆叠X型、Y型模块各5个并进行CMT焊，制定各20条焊缝样本，对焊接效果进行评价并分析失效原因，对关键技术难题制定解决方案。经过大量试验验证，确定电池模块CMT焊接参数如下：

3.2 试验结果

3.2.1 焊缝质量统计

尺寸合格标准：（1）焊缝余高≤1.5mm；（2）焊缝宽度3～6.5mm；（3）焊缝长度：X为155±4mm，Y为180±4mm。焊缝存在气孔等缺陷导致有效长度不足，X型模块焊缝合格率85%，Y型模块焊缝合格率90%，尺寸合格焊缝经拉力测试后同样合格。

3.2.2焊缝质量判断标准

（1）外观尺寸：通过游标卡尺测量焊缝的有效长度、宽度、余高。

（2）拉力测试：拉力机两夹爪分别夹紧焊缝的端板、侧板，定速外拉至焊缝破损，查看拉力，计算单位焊缝的承载能力。

（3）金相检测：切割制作CMT焊L型小切片，打磨后终样放在镶嵌槽内，撒入足量镶嵌粉，利用镶嵌机加热至镶嵌粉固化，形成镶嵌样品；使用棉签蘸取稀盐酸擦拭样品金属外露部分，至焊缝纹路清晰；利用显微镜观察探测CMT焊缝内部熔深、熔宽是否满足要求。

（4）渗透检测：使用着色渗透剂喷淋焊缝，使液体渗透至工件孔隙中，然后清洗剂清除焊缝表面的多余渗透剂，最后显像剂喷涂焊缝，利用毛细孔原理将孔隙中的渗透液吸出并显像。

经确认，40个样本焊缝内，35条合格，5条有效长度不足，存在质量缺陷。

4 失效分析

焊缝不良表现为气孔、偏焊、断焊、咬边、焊糊等缺陷，主要原因为：（1）侧板、端板母材材质不达标；（2）侧板、端板表面洁净度不足；（3）保护气纯度不足；（4）模块堆叠精度不足；（5）工装定位精度不足；（6）侧板与端板未贴紧；（7）管线包送丝管出丝不顺；（8）焊接速度过快，冷却过快；（9）焊接轨迹不合适；（10）干丝出丝过长，超出保护气保护范围；（11）侧板或端板堆叠歪斜；（12）端板、侧板拼接位置预留宽度超差；（13）环境湿度大。

5 技术难点及解决方案

经分析验证，造成焊接不良的主要原因是模块堆叠精度差，其中堆叠精度差一是电芯厚度公差累积，二是不同堆叠工装尺寸偏差，三是电池模块堆叠误差。焊丝位置固定的情况下，相对于模块的焊接位置不固定，导致焊接轨迹偏移，焊缝出现不良，该技术难点通过激光寻址技术解决。

激光寻址系统分两部分：一是激光发射器、二是显示主屏，其中激光发射器安装在CMT焊枪头，显示主屏安装在机器人悬臂。

侧板与端板窄面贴紧，侧板边沿距端板外端面间距L一般控制在3～3.5mm，侧板厚度1.5mm。

发射器发出宽度1mm的激光束，分别照射在端板、侧板上，以端板为基准面（理论上该平面坐标值为0，即原点，显示主屏可实时显示此数值，实际显示至百分位，具有一定正负值偏差）。激光器接收反馈信号，测得光源距端板间距L1，光源距侧板间距L2，△L=L1-L2，一般△L设定范围为1.5～2mm， 超出此范围，判定端板与侧板贴紧异常，不进行焊接。

工装堆叠模块分固定端、活动端，固定端一侧端板位置固定不动，摆放电池后，旋紧活动端滑轮，将模块挤压至要求长度，不同模块活动端端板位置会有些许偏差。因此，固定端激光扫描轨迹以端板为准（固定端端板位置及侧板位置相对稳定），活动端激光扫描轨迹以侧板为准。

侧板与端板外端面间距3.5mm，激光束宽1mm，一般激光束沿L的中心位置扫描，端板标定时，光束距端板外端面、侧板边沿间距均为1.25mm为宜。

侧板压紧铜块边沿距侧板边沿4mm，激光束宽1mm，侧板标定时，光束距侧板边沿1.5mm为宜。

以活动端为例，激光寻址轨迹依次为图中的①、②、③、④，读取①、②位置后取中定为点⑤，读取③、④位置后取中定为点⑥，⑤、⑥两点确定一条直线，即焊缝寻址定的最终轨迹，焊枪沿此轨迹行进，完成CMT焊，每个模块的四条焊缝均按此动作进行寻址、焊接。

6 结束语

CMT焊凭借其热输低、强度高、无飞溅等优势被引进应用于电池模块的铝合金端板与侧板的薄板焊接，焊缝质量决定电池模块的安全性能。因此，合适的焊接参数，精准的失效分析及预防，有效的检测手段，技术难点的识别与攻克，共同保证电池模块的CMT焊接质量，满足新能源市场对于高品质电池模块的需求。

参考文献：

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