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动力电池模组汇流排连接片的焊接方法

动力电池电芯单体与模组母排之间的连接方式,不仅影响动力电池的制造效率,还决定动力电池生产是否可以实现自动化,其对动力电池模组装车以后的性能表现同样有不容忽视的影响。应用于动力电池模组连接的焊接方法主要有:

1)电阻焊。电阻焊是以电阻热为能源的一类焊接方法,电阻焊利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态,同时加压使之形成金属结合的一种焊接的方法。电阻焊在焊接时,不需要填充金属,生产率高,焊件变形小,容易实现自动化。

为了防止在接触面上发生电弧并且为了锻压焊缝金属,焊接过程中始终要施加压力。电阻焊在焊接时,被焊工件的接触表面对于获得稳定的焊接质量是头等重要的。因此,焊前必须将电极与工件以及工件与工件间的接触表面进行清理。在动力电池的成组工艺中,电阻焊作为一种比较成熟的工艺,应用于动力电池单体与母排的焊接,动力电池极耳与并联导电条的连接等。由于设备简单,成本较低,在动力电池行业发展早期,应用比较多,近年有逐步被更先进的激光焊接和超声波焊接替代趋势。

2)激光焊接机。激光焊接效率高,易于实现自动化生产。在不断改进焊接工艺,限制成型过程中的热影响以后,在实际生产中的应用也越来越多,激光焊接配合工业机器人正在逐步成为自动化动力电池模组生产线的主力。

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法,激光焊接主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,激光焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于105~107W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。

3)高分子扩散焊。高分子扩散焊是在真空环境下,一定温度和压力下将种待焊物质的焊接表面相互接触,通过微观塑性变形或通过焊接面产生微量液相而扩大待焊表面的物理接触,使之距离达(1~5)×10-8cm以内(这样原子间的引力起作用,才可能形成金属键),再经较长时间的原子相互间的不断扩散,相互渗透,实现冶金结合的一种焊接方法。

高分子扩散焊是一种特殊的焊接工艺,能使用不同强度的铜箔在特定的区域焊接在一起,这种焊接工艺不需要使用任何形式的助焊剂,可实现完美的分子连接性,主要原用于动力电池的软连接。安装接触面可以承受任何形式的挤压、弯曲、或者碰撞。由于安装接触面是定制的,所以它可以安装到只有2mm的空间内。

4)超声波焊接。超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。通过超声波发生器将50/60 Hz交流电转换成15、20、30或40 kHz 高频电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动,随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部,在该区域,振动能量被通过摩擦方式转换成热能,将金属熔化。超声波金属焊接优点:

①超声焊与电阻焊方法比较,模具寿命长,模具整修与替换时间少,而且易于实现自动化。

②焊接材料不熔融,不脆弱金属特性。焊接后导电性好,电阻系数极低或近乎零。

③同种金属不同种金属之间均可以进行超声焊接,与电阻焊相比耗费能量少得多。对焊接金属表面要求低,氧化或电镀均可焊接。

④超声焊与其他压焊相比,要求压力较小,且变形量在10%以下,而冷压焊其工件变形量达40%~90%。焊接时间短,不需任何助焊剂、气体、焊料。

⑤处理超声焊接无需助焊剂、金属填料、外部加热等外部因素;焊接无火花,环保安全。

⑥超声焊接不像其他焊接那样要求进行被焊表面的预处理及焊后的后处理。

⑦超声焊接可以使材料的温度效应降到最低(焊区的温度不超过被焊金属绝对熔化温度的50%),从而不使金属结构变化,因此很适合电子领域中的焊接应用。

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