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1、 序言
電池包作為新能源汽車開發(fā)中十分重要的部件，其趨同的技術(shù)與生產(chǎn)水平備受人們的關(guān)注。目前，行業(yè)內(nèi)普遍使用的電池包箱體有：鋁型材電池包箱體、鑄鋁電池包箱體和鈑金電池包箱體等。鈑金電池包箱體安全性、可靠性高，多數(shù)使用在公共交通工具上，如公交車。對(duì)于小型轎車而言，多數(shù)使用的是鋁制電池包箱體。 鋁制電池包箱體承載結(jié)構(gòu)主要分為兩種：底板承載式結(jié)構(gòu)和框架承載式結(jié)構(gòu)。大眾公司在研究中發(fā)現(xiàn)框架承載式結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)輕量化以及滿足不同結(jié)構(gòu)下的強(qiáng)度要求，并將此結(jié)構(gòu)應(yīng)用于奧迪A6EV車型上。依據(jù)承載結(jié)構(gòu)的不同，其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程、方法也存在一定的差別。 2、 傳統(tǒng)熔化焊 2.1 交流鎢極氬弧焊 鎢極氬弧焊（TIG焊）屬于非熔化極惰性氣體保護(hù)焊的一種，是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢極與焊件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲（也可以不加焊絲），從而形成優(yōu)質(zhì)焊縫的焊接方法。 交流TIG焊在焊接時(shí)具有電弧與熔池的可見性好、操作簡(jiǎn)單、焊縫外觀無(wú)焊灰及不需清潔等優(yōu)點(diǎn)，并且具有清理氧化膜的作用，因此非常適合鋁制電池包箱體的焊接。此外，對(duì)于空間狹小的短焊縫焊接以及密封性要求高的焊縫也尤為合適。例如，比亞迪和吉利旗下多款混動(dòng)車型的電池包箱體，在生產(chǎn)制造過(guò)程中均大量采用交流TIG焊，實(shí)現(xiàn)殼體的連接，保證工件氣密性，其TIG焊縫約占箱體總焊縫量的80%。某車型電池包下箱體焊縫如圖1所示，箱體結(jié)構(gòu)緊湊，型材剛度大，可以選擇交流TIG焊。 然而，隨著箱體結(jié)構(gòu)的演變，箱體尺寸在變大、型材結(jié)構(gòu)在變薄、焊接結(jié)構(gòu)在優(yōu)化以及焊后尺寸精度要求在提高，因此交流TIG焊的優(yōu)勢(shì)并不凸顯。相反，其缺點(diǎn)：焊接速度慢、焊接熱輸入大、焊后變形大、不易控制等，限制了箱體的高效生產(chǎn)。因此，熱輸入小、變形小、工作效率高的熔化極氣體保護(hù)焊開始漸漸取代TIG焊。 2.2 冷金屬過(guò)渡焊技術(shù) CMT技術(shù)是在短路過(guò)渡基礎(chǔ)上開發(fā)的新技術(shù)，大幅降低了焊接過(guò)程的熱輸入量，沒(méi)有汽化爆斷過(guò)程，對(duì)焊縫無(wú)壓力沖擊，不易出現(xiàn)焊接燒穿現(xiàn)象，消除了飛濺產(chǎn)生的因素，可精確控制輸入量，具有高重復(fù)焊接精度，焊接速度高，間隙容忍性好。比亞迪多款車型采用CMT技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池包下殼體的連接，提高了工作效率。圖2所示為鋁合金殼體中CMT焊簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)。 多數(shù)電池包箱體供應(yīng)商在生產(chǎn)制造過(guò)程中，為了保證焊接質(zhì)量（見圖3），引用機(jī)器手自動(dòng)化焊接取代人工焊接，提高了生產(chǎn)效率，保證了焊縫的一致性及工件精度。 2.2 攪拌摩擦焊 FSW 是由英國(guó)劍橋焊接研究所（The WeldingInstitute，TWI）于1991 年發(fā)明的一種固相連接方法，由于其在汽車及航空工業(yè)中較為重要的地位，F(xiàn)SW現(xiàn)已經(jīng)成為一項(xiàng)很重要的焊接技術(shù)。FSW是利用特殊形狀的攪拌頭，旋轉(zhuǎn)著插入被焊零件，沿待焊界面向前移動(dòng)，通過(guò)對(duì)材料的攪拌、摩擦，使待焊材料加熱至熱塑性狀態(tài)，在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下，處于塑性狀態(tài)的材料環(huán)繞攪拌頭由前向后轉(zhuǎn)移，同時(shí)結(jié)合攪拌頭對(duì)焊縫金屬的擠壓，在熱-機(jī)聯(lián)合作用下，材料擴(kuò)散連接形成致密的金屬間固相連接。由于FSW 焊接接頭無(wú)裂紋、夾渣、氣孔等缺陷，焊接變形小、焊接強(qiáng)度高、焊縫密封性好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電池包下殼體的焊接中。例如，吉利、小鵬旗下多款車型的電池包箱體均采用雙面攪拌摩擦焊結(jié)構(gòu)。 其簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖4所示，此結(jié)構(gòu)主體部分使用FSW，只有邊梁以及小件等少量焊縫采用熔化焊，提高了生產(chǎn)效率以及箱體的整體安全性能。常規(guī)的單軸肩FSW后會(huì)產(chǎn)生飛邊，增加了焊縫打磨的工作量（見圖5）。為了減少甚至解決飛邊問(wèn)題，催生了恒壓力FSW、靜止軸肩FSW等技術(shù)。 常規(guī)電池包箱體生產(chǎn)工藝流程為邊框與底板的獨(dú)立焊接，之后進(jìn)行組裝焊接。單獨(dú)的底板模塊進(jìn)行單軸肩FSW，其焊接作業(yè)效率低，底板變形調(diào)控較難。目前，國(guó)內(nèi)外均開始研究該結(jié)構(gòu)的雙機(jī)頭焊接（見圖6），通過(guò)雙面同時(shí)焊接，降低底板變形量，同時(shí)縮短單工序作業(yè)時(shí)間。圖7所示為雙機(jī)頭FSW焊接打樣產(chǎn)品，其整體平面度控制在2mm以內(nèi)。 2.3 激光焊接 隨著激光技術(shù)的成熟、設(shè)備成本的下降和生產(chǎn)效率的提高，激光焊接在車身制造中被廣泛應(yīng)用，主要被用于汽車車門、前后蓋、頂蓋和側(cè)圍外板、流水槽和側(cè)圍外板等零部件的連接。德國(guó)大眾采用激光焊接實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，焊后鈑金變形小、焊縫美觀、質(zhì)量穩(wěn)定，很好地保證了尾燈安裝板與燈具的安裝精度，且大幅提高了工作效率。車身設(shè)計(jì)中，輕量化、降成本和性能提升是最重要的目標(biāo)，然而激光焊接不僅設(shè)備成本高，而且對(duì)于待焊白車身鈑金件之間的裝配精度具有較高要求，因此，在電池包下殼體側(cè)邊框之間的連接，以及底板與側(cè)邊框的連接中并沒(méi)有得到特別廣泛的應(yīng)用。2018年上海凌云科技股份有限公司為大眾汽車制造的一款電池包采用激光焊接，已經(jīng)順利交付生產(chǎn)。 2.4 焊接工藝對(duì)比 對(duì)以上各種連接方式從焊接效率、連接成本、對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的要求、焊縫美觀性以及一次性投入成本等方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)連接方式的選擇應(yīng)綜合考慮多種因素。 3、 結(jié)論 1）結(jié)合寧德時(shí)代的CTP技術(shù)、比亞迪的“刀片電池”技術(shù)以及江淮的“蜂窩電池”技術(shù)特點(diǎn)：CTP技術(shù)主張無(wú)模組化，其箱體結(jié)構(gòu)更依賴于熔化焊；“刀片電池”技術(shù)和“蜂窩電池”技術(shù)要求箱體為底板承載式結(jié)構(gòu)，為了更好地控制箱體尺寸，F(xiàn)SW是箱體制造最好的選擇。 2）特斯拉中國(guó)工廠引進(jìn)了4臺(tái)千萬(wàn)噸級(jí)的壓鑄機(jī)，致力于電池包箱體壓鑄技術(shù)研究，盡可能地去除焊接對(duì)箱體安全性能的影響。一旦底板整體壓鑄研究成功，箱體關(guān)鍵連接技術(shù)轉(zhuǎn)而成為了鑄鋁焊接的問(wèn)題，因此激光焊更有發(fā)展?jié)摿Α?/p>
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