電池模塊CMT焊技術研究

佟雪松

摘 要：近幾年新能源行業(yè)出現井噴式發(fā)展，各動力電池廠、Pack集成廠為搶占市場，積極開發(fā)新型Pack集成技術。集成技術的關鍵技術指標之一為安全，電池模塊作為Pack內關鍵零部件，其集成質量直接影響Pack安全性能。CMT焊技術由于其焊接強度高、抗震性能好、低熱輸入、無飛濺、易實現自動化、成本低的特點，被引入Pack集成領域，獲得行業(yè)認可。文章重點研究CMT焊技術在電池模塊集成方面的應用，介紹焊接技術指標、質量評價手段、常見缺陷成因、改善方案等。

關鍵詞：電池模塊；CMT；氣孔；激光尋址

中圖分類號：TG44 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著新能源行業(yè)技術的不斷進步，各電池廠、Pack廠陸續(xù)推出高比能量、高結構強度、高安全性能的模塊，新型電池模塊采用金屬邊框CMT焊接工藝。CMT焊接不良將會降低模塊機械強度及標準化程度，整車使用過程易發(fā)生安全事故，廠內焊縫缺陷需要人工修復，增加材料、人工、時間成本，造成浪費，同時CMT焊接采用設備自動焊，焊接質量決定模塊線直通率及節(jié)拍，因此，保證電池模塊的CMT焊質量至關重要。

2 總體方案

電池模塊采用兩鋁合金端板（6063-T6）、兩鋁合金側板（5083-O）堆疊拼接在一起，兩種部件自身具備強度高、重量輕、易焊接的特點，側板與端板貼合，形成4條拼接縫，拼接縫處利用CMT焊沿縫隙焊牢，形成4條焊縫。

3 試驗方案

3.1 試驗內容

堆疊X型、Y型模塊各5個并進行CMT焊，制定各20條焊縫樣本，對焊接效果進行評價并分析失效原因，對關鍵技術難題制定解決方案。經過大量試驗驗證，確定電池模塊CMT焊接參數如下：

3.2 試驗結果

3.2.1 焊縫質量統計

尺寸合格標準：（1）焊縫余高≤1.5mm；（2）焊縫寬度3～6.5mm；（3）焊縫長度：X為155±4mm，Y為180±4mm。焊縫存在氣孔等缺陷導致有效長度不足，X型模塊焊縫合格率85%，Y型模塊焊縫合格率90%，尺寸合格焊縫經拉力測試后同樣合格。

3.2.2焊縫質量判斷標準

（1）外觀尺寸：通過游標卡尺測量焊縫的有效長度、寬度、余高。

（2）拉力測試：拉力機兩夾爪分別夾緊焊縫的端板、側板，定速外拉至焊縫破損，查看拉力，計算單位焊縫的承載能力。

（3）金相檢測：切割制作CMT焊L型小切片，打磨后終樣放在鑲嵌槽內，撒入足量鑲嵌粉，利用鑲嵌機加熱至鑲嵌粉固化，形成鑲嵌樣品；使用棉簽蘸取稀鹽酸擦拭樣品金屬外露部分，至焊縫紋路清晰；利用顯微鏡觀察探測CMT焊縫內部熔深、熔寬是否滿足要求。

（4）滲透檢測：使用著色滲透劑噴淋焊縫，使液體滲透至工件孔隙中，然后清洗劑清除焊縫表面的多余滲透劑，最后顯像劑噴涂焊縫，利用毛細孔原理將孔隙中的滲透液吸出并顯像。

經確認，40個樣本焊縫內，35條合格，5條有效長度不足，存在質量缺陷。

4 失效分析

焊縫不良表現為氣孔、偏焊、斷焊、咬邊、焊糊等缺陷，主要原因為：（1）側板、端板母材材質不達標；（2）側板、端板表面潔凈度不足；（3）保護氣純度不足；（4）模塊堆疊精度不足；（5）工裝定位精度不足；（6）側板與端板未貼緊；（7）管線包送絲管出絲不順；（8）焊接速度過快，冷卻過快；（9）焊接軌跡不合適；（10）干絲出絲過長，超出保護氣保護范圍；（11）側板或端板堆疊歪斜；（12）端板、側板拼接位置預留寬度超差；（13）環(huán)境濕度大。

5 技術難點及解決方案

經分析驗證，造成焊接不良的主要原因是模塊堆疊精度差，其中堆疊精度差一是電芯厚度公差累積，二是不同堆疊工裝尺寸偏差，三是電池模塊堆疊誤差。焊絲位置固定的情況下，相對于模塊的焊接位置不固定，導致焊接軌跡偏移，焊縫出現不良，該技術難點通過激光尋址技術解決。

激光尋址系統分兩部分：一是激光發(fā)射器、二是顯示主屏，其中激光發(fā)射器安裝在CMT焊槍頭，顯示主屏安裝在機器人懸臂。

側板與端板窄面貼緊，側板邊沿距端板外端面間距L一般控制在3～3.5mm，側板厚度1.5mm。

發(fā)射器發(fā)出寬度1mm的激光束，分別照射在端板、側板上，以端板為基準面（理論上該平面坐標值為0，即原點，顯示主屏可實時顯示此數值，實際顯示至百分位，具有一定正負值偏差）。激光器接收反饋信號，測得光源距端板間距L1，光源距側板間距L2，△L=L1-L2，一般△L設定范圍為1.5～2mm， 超出此范圍，判定端板與側板貼緊異常，不進行焊接。

工裝堆疊模塊分固定端、活動端，固定端一側端板位置固定不動，擺放電池后，旋緊活動端滑輪，將模塊擠壓至要求長度，不同模塊活動端端板位置會有些許偏差。因此，固定端激光掃描軌跡以端板為準（固定端端板位置及側板位置相對穩(wěn)定），活動端激光掃描軌跡以側板為準。

側板與端板外端面間距3.5mm，激光束寬1mm，一般激光束沿L的中心位置掃描，端板標定時，光束距端板外端面、側板邊沿間距均為1.25mm為宜。

側板壓緊銅塊邊沿距側板邊沿4mm，激光束寬1mm，側板標定時，光束距側板邊沿1.5mm為宜。

以活動端為例，激光尋址軌跡依次為圖中的①、②、③、④，讀取①、②位置后取中定為點⑤，讀?、?、④位置后取中定為點⑥，⑤、⑥兩點確定一條直線，即焊縫尋址定的最終軌跡，焊槍沿此軌跡行進，完成CMT焊，每個模塊的四條焊縫均按此動作進行尋址、焊接。

6 結束語

CMT焊憑借其熱輸低、強度高、無飛濺等優(yōu)勢被引進應用于電池模塊的鋁合金端板與側板的薄板焊接，焊縫質量決定電池模塊的安全性能。因此，合適的焊接參數，精準的失效分析及預防，有效的檢測手段，技術難點的識別與攻克，共同保證電池模塊的CMT焊接質量，滿足新能源市場對于高品質電池模塊的需求。

參考文獻：

[1]張滿，李年蓮，呂建強，等.CMT焊接技術的發(fā)展現狀[J].焊接，2010（12）：25-27.

[2]楊修榮，易翔.CMT焊接——革新的焊接技術[J].國際機器人焊接，2006.

[3]陳媛媛，徐浩，魏慶豐.淺談薄板CMT焊接技術[J].汽車零部件，2013（9）.

[4]朱虹宇，耿志卿.薄板焊接的極限——CMT冷金屬過渡焊接技術[J].電焊機，2011（4）：69-72.

[5]楊修榮.超薄板的MIG/MAG焊——CMT冷金屬過渡技術[J].電焊機，2006（6）：5-7.