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电池焊接缺陷——X射线无损检测方案

发布日期:2022-03-26浏览次数:54

动力电池系统的一般制造工艺,是把多个单体电芯通过不同的串并联电连接方式组合成模组,然后再将多个模组组合成电池包,再配以高低压线束、电控单元、热交换组件等,最终完成动力电池系统的装配制造。由此可见,动力电池的电连接工艺是整个动力电池系统装配制造过程的关键工艺,电连接质量直接关系到动力电池系统的产品性能和产品使用安全。

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常见的电池电连接在模组级别是采取激光焊接或超声波焊接方式,将电芯正负极极耳(或极柱)与模组控制电路板可靠地连接起来形成串并联回路,确保电池工作时电连接具备足够的力学强度和过电流能力。对焊接质量检测通常有以下方式:拉伸试验 、金相检验、X射线探伤、外观目视检查等。


对于拉伸试验和金相检验,只有在对被焊接工件进行破坏的过程中或破坏后获得可量化的物理数据才能评估焊接质量,所以这些检测方法不能适应产业化的使用环境,不能用于量产产品的100%焊接质量检测;外观目视检查虽然简便易行,但是由于过多地依赖于人的个体感官和主观判断,导致对于焊接质量的评价标准缺乏足够的稳定性和一致性。为此,针对动力电池制造,在批量生产的环境下,从确保质量、降低成本、保证效率的角度出发,根据激光焊接和超声波焊接的连接工艺特性,分别开发无损、高效、稳定的焊接质量检测方法,就显得尤为重要。此时,X射线探测,凭借可以不破坏被焊接工件就能检测焊接质量,并且拥有较高检测效率在众多检测方式中脱引而出。并且目前市面上的X射线专用检测设备有在线检测及离线检测选择,是大多电池生产厂家的选择。


常见激光焊接质量的评价方法,主要是沿焊点中位线切割,在焊点横截面上通过金相分析的方法,测量焊接熔宽和熔深的实际状态,以此评价焊接的可靠性。这种破坏性的检测方式,是不能作为量产环境中对产品质量100%检测的。对激光焊接质量的无损检测研究,首先要理解激光焊接的焊接机理。激光焊是以高能量密度的激光束作为热源的熔焊方法。金属表面将所吸收的激光能转变为热能,使金属表面温度升高而熔化,然后通过热传导方式把热能传向金属内部,使熔化区(熔池)逐渐扩大,凝固后形成焊点。

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激光焊接质量体现在焊件内部。如果要实现无损检测,则需要找到焊点外部可见特征与内部质量指标之间的关系,从而建立间接等效评价机制。通过观察焊点表面状态可以发现,金属表面在激光束的照射下被迅速加热,金属汽化形成的蒸汽将熔化的金属挤在熔池的周围,从而在金属表面形成一道隆起的焊缝(焊痕)。依据激光焊接工作机理及实际焊接试验结果的分析,对于材质均匀的金属焊件,焊缝面积越大,则对应的熔深、熔宽也会随之增大。如果能对焊缝面积进行有效的识别和测算,那么对于激光焊接质量就找到了等效评价方式。


新能源汽车电气系统安全故障中比较常见的为动力电池系统电连接故障。因此,焊接作为动力电池系统中电连接的主要工艺,其连接质量必须要在装配制造过程中得到有效的检测和控制。

目前可基于X射线透视成像技术,建立起一套高效、安全可靠、可工艺量化、适应于批量生产的电池产品电连接焊接质量的无损检测方案,已经在众多企业多条动力电池装配制造量产线上得到了生产验证,具有较高的稳定性、可靠性和实用性。


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