动力电池设计规范 - 9
2 动力电池系统制造技术
2.1 关键工艺设计
2.1.1 电芯分选
目前电芯需进行分选，主要原因是多数电芯达不到车规级标准。电芯分选是根据电芯的电性能，挑选一致性好的电芯匹配成组，目前电芯分选的方式主要有：单一特征参数分选法，多特征参数分选法，充放电特性曲线分选法，电化学阻抗谱分选法。
单一特征参数分选法：利用电芯的电压、内阻、容量进行单独分选；
多特征参数分选法：选取多个参数进行分选，参数包括容量、电压、内阻、自放电功率等，设定各特征参数差异值范围进行分选；
充放电特性曲线分选法：充放电曲线是容量、内阻、充放电电压平台和极化程度的集中表现，对电池进行充放电试验，根据曲线之间的相似性进行分选；
电化学阻抗谱分选法：施加一个频率不同的小振幅交流信号，测量交流信号电压与电流的比值即阻抗随正弦波频率变化关系，以此进行分选；
除了电芯的电性能外，电芯尺寸也是电芯分选的一项重要参考依据，以方形电芯为例，在成组时，模组的总长度尺寸是有要求的，挑选厚度相应的电芯成组可以合理控制电芯堆叠时工序中的夹紧力，以减少电芯受力不一致导致的对其电性能和循环寿命的影响。
2.1.2 焊接工艺
电池系统中应用焊接工艺的主要是模组集成，包括电芯不同串并联的连接、成组后电芯外框固定的连接、电芯电压及温度监测点的连接。根据不同的电芯产品以及不同的信息采集形式，采用的连接工艺也不同。下面分别介绍，方壳模组、软包模组、圆柱模组焊接连接工艺。
2.1.2.1 方壳模组
1) 电芯与电芯的连接
电芯内部极耳正极采用铝合金材料，负极采用金属铜材料，电芯间连接排多采用铝材质，为了更好实现连接工艺，目前大部分电芯已经把电芯外部极耳进行了结构优化及材料的替代。
外部连接的负极极耳进行铜铝转化，负极极耳对外连接部分采用铝合金材料。
极耳连接形式：穿透焊和对接焊，对比优缺点如下：
2) 电芯外框的连接
端板与侧板连接形式：穿透焊与对接焊，通过试验验证，穿透焊与对接焊在相同条件下，焊接强度差别不大，如果想提高焊缝强度可以通过改变材料厚度和焊缝位置的方案。
3) 采集点的连接工艺
采集点分为电压采集点与温度采集点，电压及温度采集通过FPC 的集成方式，电压与温度采集点材料为镍片，镍片与铝排连接形式采用激光点焊焊接工艺、铝丝键合工艺及超声波线束工艺。
2.1.2.2 软包模组
1) 电芯与电芯的连接
目前软包电池极耳材料为异种金属材料，正极多为铝合金，负极多为铜镀镍材质，这样在电芯成组后连接排的焊接较为困难，以下有两种集成方案解决连接困难问题。
2) 电芯外框的连接
软包模组焊缝的位置需要结合电芯鼓胀力的方向确定，两种方案各有优势，根据产品的集成方案进行确定。
2.1.2.3 圆柱模组
电芯与电芯的连接
圆柱电芯的集成方案目前属国外某知名品牌较为成熟，电芯与电芯间的铝丝键合技术成功应用在电芯与电芯的连接方案中。
此种铝丝键合焊接强度一般与铝丝直径相当，单丝连接强度在十几牛左右，所以在圆柱电芯集成技术中最重要的是电芯的固定，保证电芯与铝丝间没有相对的位移，通过整体结构的加固，保证使用过程中铝丝受力很小或者避免铝丝受力。
焊接技术在新能源电池包上有较多的应用，特别是较为新兴的激光焊接技术，下面以电芯的BS B 激光焊接为例，介绍下激光焊接技术。图57 为模组中电芯极耳与Bus bar 的激光焊接，方形和软包电芯模组现在大多采用激光焊接。激光焊属于熔焊中的一种，以激光束为能源，聚集在待连接的部件接头处，激光束可由平面光学原件引导，随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上。在实际生产中，激光焊要实现稳定可靠的连接效果，必须要充分考虑焊接母材、焊接位置、接头类型，有优异的工艺参数，并匹配合适的工装夹具。
焊接参数：需要通过DOE 实验寻找最佳焊接参数，主要参数有激光功率、焊接速度、透镜焦距、离焦量、光束焦斑和保护气，根据所焊母材的材料的特性（包括成分，厚度，材料吸收等），所要达到的焊接效果（接头强度，焊缝宽度，熔深等），调整焊接参数；
焊接位置：方形电芯模组一般两个工序需要用到激光焊，一个工序是方形电芯极耳与汇流排的连接，另一个工序是模组侧板和端板的焊接，在焊接此位置时，侧板和端板的搭接错位尺寸要合理控制；软包电芯模组中极耳与连接片的连接方式有顶封焊接和折弯焊接，顶封焊接选择连续激光焊，对极耳的裁切要求较高，折弯焊接可以选择脉冲激光点焊和连续激光焊，推荐选择连续激光焊；
质量保证方式：在线采用视觉检测和参数监测辅助监控焊接稳定性，线下定期进行破坏性焊接接头机械性能及宏观断面检测。而在圆柱电芯模组中，采用的焊接主要有两种，一种是键合焊，也称超声波铝丝焊接，原理是利用超声波发生器产生能量，通过磁致伸缩换能器，在高频磁场感应下，迅速伸缩产生弹性振动，使劈刀相应振动，同时在劈刀上施加一定的压力，劈刀在这两种力的共同作用下，带动铝丝在被焊区的金属氧化层表面迅速摩擦，使铝丝和铝膜表面产生塑性形变，也破坏了铝层界面的氧化层，使两个纯净的金属表面紧密接触达到原子间的键合从而焊接成功。键合焊需要注意被焊接工件固定稳固牢靠，表面清洁，电芯极耳高度一致。另一种是电阻焊，是将被焊件压紧于两点之间，通过电流流经工件接触面及邻近区域产生电阻热熔化工件使其结合。电阻焊主要关注焊接电阻、电极和工件自身的影响，焊接参数中调整好焊接电流，电极压力，焊接时间。
2.1.2.4 焊接工艺检测方法
目前市场上通过电信号反馈进行焊接过程中对焊缝在线检测的方法还不能够完全实现工业化的使用。工业上通用的检测方法为焊后检测，焊后检验分破坏性检测及非破坏性检测。
破坏性检测：使用机械检测设备(如拉力机)进行检测，开班首件破坏性检验，检验标准一般定义为焊缝位置完好，母材断裂可参考GB/T 19869.2 中6.4 破坏性检测中焊缝系数的标准。
非破坏性检测：利用视觉设备或人工视觉的方法，进行焊后焊缝外观100%检查，包含漏焊、断焊、焊接飞溅等表面外观检查，焊缝外观可参考GB/T 22085.2 标准执行。
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来源：小明来电
