铝材拼焊的电池箱体是新能源汽车动力电池包的主要部件电池箱体的气密性要求较高尤其是液冷箱体和液冷板的气密性有较高的要求。通过分析液冷箱体的结构、成箱工艺、气密性等要素重点从材料和焊接质量两方面通过调整材料的可挤压参数、优化模具、优化焊接工艺提高了铝合金电池箱的气密性。
近几年，新能源汽车迅猛发展。为了提高新能源汽车性能和行车里程，汽车的轻量化越来越受车企的重视。电池托盘作为电池包上重量比重较大的部件，是轻量化的重要方向，铝合金被大量应用在电池托盘上。相比铸铝箱体，铝板材箱体由于尺寸设计范围大、模具开发成本低、材料性能优越等优点获得了大量的应用。箱体分上盖和下箱体两部分，两部分翻边处有密封圈垫着，并用螺栓锁紧确保装配气密性， 但下箱体由较多铝部件装配焊接而成，制造过程容易出现气密不良，导致水汽、灰尘进入到电池包内，进而导致电池包故障或断电。整个电池的气密性是组件的关键参数，电池托盘气密是否达标，将影响整个电池的安全、性能和寿命，甚至影响行车安全。本文以典型的液冷电池箱为例，着重讨论下箱体气密性的控制。
电池包主流散热方式有风冷和液冷两种。风冷的配置结构简单，但散热比液冷差。液冷配置结构复杂且技术要求高，液体要求有高导热系数、高热容及其与固体间的高对流换热系数等。这对降低电池组温度、改善温区均一性效果显著。因此，液冷正逐渐取代风冷成为主流的动力电池冷却方式。但液冷技术对液冷箱的气密性要求较高。
如图 1 所示，液冷箱体由 6 种零件共计 12 个零件拼焊而成。
液冷电池箱的气密性分为两部分，下箱体气密性和液冷流道的气密性，两者都与其容积有关，因此各个箱体的气密参数不同；同时，流道气密性要显著高于箱体气密性。气密性测试方法为：模拟电池包装配状态开发专用气密测试工装，使测试过程的箱体和流道接近正常工作状态，在室温（25±3）℃，无流动空气环境下，通过精密的气密测量仪向箱体或流道内充入特定压力的压缩空气，充气时间 60 s，保压时间 60 s，检验 60 s，查看最后的压降值，小于技术要求说明气密良好，为合格品。常见的箱体气密参数见表 1。 铝板材电池箱的主要工艺有：铝锭熔铸、板材挤压、下料锯切、零件机加工、弧焊和搅拌焊、流道气密测量、整体机加工（主要是钻孔）、安装配件。如图 2 所示，箱体装配和焊接主要有 4 道工序。
对 20 个气密不合格的电池托盘进行统计分析发现，漏气点多达 49 处，其中，塞块焊缝 12 处;
水嘴焊缝 9 处;
横梁焊缝 6 处;
底板腔体侧壁开裂 8 处;
边框与底板焊缝 6 处;
边框与前后封板焊缝 8 处，
83.7% 是焊缝导致，16.3% 是板材腔体开裂导致。
单个电池托盘如图 3 所示，分析检查漏气的位置主要有 6 处。
图 4 和图 5 显示，焊缝漏气问题集中在收弧中心位置漏气和烧穿漏气。
切开箱体焊缝进一步检查，如图 6 所示，焊缝质量较差。
对焊缝切面进行剖析可知，焊缝熔合不良，根部未熔合满焊存在间隙，箱体内外、内部焊缝收弧中心、焊缝根部及外侧焊缝的收弧中心形成连通，只要有一处漏气就会导致整体受液体腐蚀。
底板腔体漏气问题。从图 7 看到，由于板材流道腔侧壁有裂纹和变形褶皱。从图 8 看到，焊接横梁时未压紧底板，导致两端的模组横梁焊缝收缩后将底板往上拉扯起翘，变形严重。由此可知，底板腔体漏气的根本原因是焊接变形大，且板材焊合质量差，板材存在分层[1]，无法承受焊接变形的应力。
综合以上分析可以判断，制造过程气密性缺陷的原因是板材质量差、焊接质量差、焊接变形大。
板材焊合质量问题常见的原因有：
挤压力低，
模具结构不合理，
形成不了足够的静水压力 [1]，
挤压温度过高，挤压速度过快 [2] 等，
根据以上经验和原因分析，结合本次板材结构特点，从提高焊合力入手制定以下措施，确保板材质量：
①通过修理模具，提高焊合力，具体为上模增厚，分流孔适当减小，在保证模芯刚性、强度的前提下，增加焊合室的高度以加大焊合室的容积。
②调整挤压工艺参数，促进焊合，具体是调整温度和挤压速度。
③选择板材安排在较大的机型上挤压，从2800T挤压机转移到4 000T挤压机进行挤压。
针对焊接质量和变形问题制定了以下措施，确保焊接良好，变形小 [3]：根据不同板厚和焊缝要求设定不同焊接参数，增加工装夹紧点控制变形。
（1）改善板材模具和挤压工艺。将板材模具转移到较大的机型上挤压，提高挤压比。上模增厚，分流孔减小，增加焊合室的高度，挤压温度适当降低，挤压温度由 475 ℃降至 440 ℃，挤压速度由 3 m/s 降低为 2.4 m/s。新挤出板材外观良好，无黑带或严重色差，如图 9 所示，对其进行压裂检验，检查结果焊合良好，如图 10 所示。
（2）增加工装，减少变形量。调整焊接工艺，增大焊接电流，适当降低速度，如图 11 - 图 13 所示， 焊接质量明显改善，外观非常平整，熔合良好，同时可以看到，在工装的控制下，底板末端未发生起翘， 能够紧贴平台，变形有大幅改善。
以上措施方向正确，实施有效，完成的箱体和液冷底板气密性达到设计要求，产品合格率由原来的 55% 提到 90%。
05 Five
结语
板材质量、焊接水平、焊接变形都会影响铝箱体的气密性，对截面宽且薄的液冷板影响更大，对板材和焊接的参数和工艺应充分验证，做好检验，确保过程质量和一致性，方可确保铝板材电池箱的气密可靠性。
文章来源： 动力电池BMS 希骥电池与储能