轻量化铝板焊接方法和电池模组的外壳加工方法与流程

1.本发明涉及电池制造技术领域，涉及一种轻量化铝板焊接方法和电池模组的外壳加工方法。


背景技术：

2.随着新能源电动汽车的普及，对各家电池企业的要求也越来越严格，如能量密度要求要来越高。软包模组外壳的重量对能量密度的影响非常大，亟需一种外壳的轻量化工艺来减轻外壳的重量，提高软包模组的能量密度。
3.目前为了减轻外壳的重量，大多使用铝板作为外壳的材质，即将轻薄的铝板经过焊接形成外壳，由于铝板的轻薄，一般的焊接工艺温度不容易控制，很容易将铝板焊穿。目前有些领域采用激光对铝合金焊接，但是铝合金对激光的反射率较大，焊接过程易于产生热裂纹，裂纹会严重焊接的质量和外壳的牢度，亟需一种焊接方法将轻薄的铝板焊接起来，同时还能保证铝板焊接的牢度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种轻量化铝板焊接方法和电池模组的外壳加工方法，以提高电池模组的能量密度。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种轻量化铝板焊接方法，该方法包括以下步骤：
6.s1，将第一铝板的第一侧部和相邻的第二侧部之间的棱角切割成第一倒角，将第二铝板的第一侧部和相邻的第二侧部之间的棱角切割成第二倒角。
7.s2，将第一铝板的第一侧部抵靠第二铝板的第二侧部，并使得第一铝板的第一侧部和第一倒角之间的拐点靠近第二铝板的第二侧部与第二倒角之间的拐点，第一倒角和第二倒角之间形成坡口。
8.s3，将焊丝以一定的送丝速度放入坡口，通过激光光束照射坡口内的焊丝使得焊丝融化。本发明采用坡口内填丝的方式将第一铝板和第二铝板焊接，激光不断融化焊丝，焊丝融化后变成熔融状态的金属在坡口内连续流动，熔融金属的外部包围着坡口的内壁，随着激光光束的移动，熔融金属在坡口内冷凝，焊缝形成，由于坡口的深度和形状的设计，使得熔融金属冷凝过程中，坡口内部的金属会逐渐变冷，坡口外部的熔融金属也会逐渐便冷，不会快速冷却造成焊缝出现裂纹。
9.在一个实施例中，所述第一铝板的第一侧部包括第一侧面和第二侧面，所述第二侧面沿所述第一侧面向内凹陷，所述第二侧面一端通过第三侧面连接所述第一侧面，另一端延伸至所第一倒角；
10.所述第二铝板的第二侧部抵靠第二侧面，所述第二铝板的第三侧部抵靠第三侧面，所述第二铝板的第三侧部位于所述第二铝板的第一侧部的对立面。
11.在一个实施例中，所述第一铝板和所述第二铝板的厚度范围2mm至4mm，所述第一
铝板的所述第二侧面相对于所述第一侧面向内凹陷的深度范围0.6mm至1mm。
12.在一个实施例中，所述第一铝板的第二侧部平行于所述第二铝板的第一侧部，所述坡口的深度范围为0.6mm至1mm。
13.在一个实施例中，所述第一铝板的第二侧部和第一倒角的拐点至第一铝板的第一侧面的垂向距离范围为0.2mm至0.5mm。
14.在一个实施例中，满足如下条件(a)至(b)中至少一种：
15.(a)所述第二铝板的第一侧部和所述第二倒角之间的拐点至所述第二铝板的第二侧部的垂向距离范围为1.3mm至1.5mm；
16.(b)所述激光光束摆动照射所述坡口内的焊丝，且摆动幅度范围0.7mm至0.8mm。
17.在一个实施例中，所述激光光束为连续波且其波长1064nm，所述激光光束照射的功率范围2600w至2700w，所述激光光束的焊接速度23mm/s至26mm/s，焊接频率为250hz。
18.在一个实施例中，在激光光束照射所述坡口的过程中，持续朝向焊接位置输送氦气，所述氦气的流速范围为20l/min至30l/min。
19.在一个实施例中，所述焊丝为铝合金，所述焊丝的直径范围0.8至1.6mm，所述送丝速度1.7m/min。
20.在一个实施例中，提供两个所述第一铝板和两个所述第二铝板，使用权利要求1所述的焊接方法将所述第一铝板和所述第二铝板依次间隔相连，再将所述第一铝板和所述第二铝板连接于底板的外周。
21.本发明还涉及一种电池模组的外壳加工方法，该方法为：提供两个所述第一铝板和两个所述第二铝板，使用权利要求1所述的焊接方法将所述第一铝板和所述第二铝板依次间隔相连，再将所述第一铝板和所述第二铝板连接于底板的外周。
22.本发明外壳采用坡口填丝的方法焊接，铝板可以做得更薄，而且焊缝不会达到壳体内部接触电池模组，即可保证焊接的牢度，减轻整个外壳的重量，还可有效防止焊缝漏电现象。
附图说明
23.图1是本发明的一个实施例的第一铝板和第二铝板焊接的示意图。
24.图2是本发明的一个实施例的第一铝板的示意图。
25.图3是本发明的一个实施例的第二铝板的示意图。
26.附图标记：1、第一铝板；11、第一铝板的第一侧部；12、第一铝板的第二侧部；111、第一侧面；112、第二侧面；113、第三侧面；13、第一拐点；14、第二拐点；2、第二铝板；21、第二铝板的第一侧部；22、第二铝板的第二侧部；23、第二铝板的第三侧部；24、第三拐点；25、第四拐点；3、坡口。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
28.本发明涉及一种轻量化铝板焊接方法，该方法包括以下步骤：
29.s1，将第一铝板的第一侧部11和相邻的第二侧部之间的棱角切割成第一倒角，将第二铝板的第一侧部21和相邻的第二侧部之间的棱角切割成第二倒角。
30.s2，将第一铝板的第一侧部11抵靠第二铝板的第二侧部22，并使得第一铝板的第一侧部11和第一倒角之间的拐点靠近第二铝板的第二侧部22与第二倒角之间的拐点，第一倒角和第二倒角之间形成坡口3。
31.s3，将焊丝以一定的送丝速度放入坡口3，通过激光光束照射坡口3内的焊丝使得焊丝融化。本发明采用坡口3内填丝的方式将第一铝板1和第二铝板2焊接，激光不断融化焊丝，焊丝融化后变成熔融状态的金属在坡口3内连续流动，熔融金属的外部包围着坡口3的内壁，随着激光光束的移动，熔融金属在坡口3内冷凝，焊缝形成，由于坡口3的深度和形状的设计，使得熔融金属冷凝过程中，坡口3内部的金属会逐渐变冷，坡口3外部的熔融金属也会逐渐变冷，不会快速冷却造成焊缝出现裂纹。
32.在图1、图2和图3所示的实施例中，第一铝板1和第二铝板2均为截面为正方形的长方体，且第一铝板1和第二铝板2的厚度范围均为2mm至4mm。在图1所示的实施例中，第一铝板1的厚度a为3mm，第二铝板2的厚度b为2.3mm。在其他实施例中，第一铝板1也可以具有和第二铝板2同样的厚度。可以理解地，第一铝板1和第二铝板2的厚度会影响电池模组的外壳的重量和电池模组的能量密度，所以不易过厚。当然在其他用途中，可以采用更厚的铝板，不影响本发明的实施。第一铝板1和第二铝板2的长度和宽度不影响焊接的质量和牢度，可以根据需要调整，在图1和图2的实施例中，第一铝板1的长度c和第二铝板2的长度d一致，均为80mm，即截面为正方形。本发明的第一铝板1和第二铝板2均采用铝合金，第一铝板1采用6061-t6的铝合金，第二铝板2采用6061-t6铝合金。在其他实施例中，也可以采用其他规格的铝合金。
33.第一铝板的第一侧部11包括第一侧面111和第二侧面112，第二侧面112相对于第一侧面111向内凹陷，如图2所示。第二侧面112的一端通过第三侧面113连接第一侧面111，另一端延伸至第一倒角。第二铝板的第二侧部22抵靠第二侧面112，第二铝板的第三侧部23抵靠第三侧面113，第二铝板的第三侧部23与第二铝板的第一侧部21相对，第一铝板1的第三侧面113可以防止第一铝板1相对于第二铝板2倾斜，使得第一铝板1和第二铝板2在焊接之前能够更稳固地保持就位，且在第一铝板1和第二铝板2焊接后可以加固第一铝板1和第二铝板2之间的焊接牢度。在图2和图3的实施例中，第二铝板的第二侧部22和第二铝板的第三侧部23之间相互垂直，第一铝板1的第二侧面112和第三侧面113也相互垂直，第二铝板的第二侧部22和第三侧部之间的夹角正好抵靠第一铝板1的第二侧面112和第三侧面113之间夹角内，可以理解地，在其他实施例中，第二铝板的第二侧部22和第二铝板的第三侧部23之间的夹角也可以为锐角或钝角，或者形成其他不规则的形状，第一铝板1的第二侧面112向内凹陷的形状匹配第二铝板的第二侧部22和第三侧部之间夹角或者不规则形状即可。
34.进一步地，第一铝板1的第二侧面112相对于第一侧面111向内凹陷的深度e的范围0.6mm至1mm，第二侧面112向内凹陷的深度会影响第一铝板1和第二铝板2之间的焊接牢度，需要根据第一铝板1和第二铝板2之间的厚度确定，在本发明的实施例中，第一铝板1和第二铝板2的厚度范围为2mm至4mm的情况下，第二侧面112凹陷的深度e优选为0.6mm。可以理解地，在其他实施例中，第一铝板1和第二铝板2的厚度超过本发明的厚度范围，第二侧面112
凹陷的深度需要增大以加强第一铝板1和第二铝板2的焊接牢度。
35.进一步地，第一铝板的第二侧部12平行于第二铝板的第一侧部21，坡口3整体上为倒v型，坡口3的深度范围为0.6mm至1mm。坡口3用以安放焊丝，焊丝被激光融化后会将第一铝板1和第二铝板2连接，坡口3的深度也会影响焊接的牢度，坡口3的深度根据焊丝的直径选择。如图1所示，坡口3的深度为第一铝板1的第二侧面112和第二倒角之间的拐点至第一铝板的第二侧部12之间的垂向距离，定义第一铝板1的第二侧面112和第二倒角之间的拐点为第一拐点13，在图1的实施例中，坡口3的深度h为0.8mm，焊丝优选铝合金，焊丝的直径范围为0.8mm至1.6mm，送丝速度为1.7m/min。
36.进一步地，第一铝板的第二侧部12和第一倒角的拐点至第一铝板1的第一侧面111的垂向距离f范围为0.2mm至0.5mm。定义第一铝板的第二侧部12和第一倒角的拐点为第二拐点14，第二拐点14至第一铝板1的第一侧面111的垂向距离配合第二铝板2的倒角形成坡口3的宽度，坡口3的宽度也会影响焊接的牢度，在图1所示的实施例中，第二拐点14至第一铝板1的第一侧面111的垂向距离f为0.4mm。在图1所示的实施例中，第二拐点14至第一拐点13之间倒角为斜面，但在其他实施例中，也可以为弧面。
37.第二铝板的第一侧部21和第二倒角之间的拐点24至第二铝板的第二侧部22的垂向距离j范围为1.3mm至1.5mm，如图3所示，定义第二铝板的第一侧部21和第二倒角之间的拐点为第三拐点24。第二铝板的第一侧部21平行于第一铝板的第二侧部12，即第三拐点24至第二拐点14之间的距离为坡口3的宽度距离。在图1所示的实施例中，第三拐点24至第二铝板的第二侧部22之间距离j为1.5mm，坡口3的宽度1.9mm。可以理解地，根据第一铝板1和第二铝板2的厚度不同，坡口3可以具有不同的宽度。
38.进一步地，第二铝板的第二侧部22和第二倒角直角的拐点25至第二铝板的第一侧部21之间的垂向距离为0.6mm至1mm，定义第二铝板的第二侧部22和第二倒角直角的拐点为第四拐点25，在图1所示的实施例中，第四拐点25邻靠第一拐点13，第四拐点25至第二铝板的第一侧部21之间的距离同样为坡口3的深度0.8mm。可以理解地，在实践中，第四拐点25至第二铝板的第一侧部21之间的距离和第一拐点13至第一铝板的第二侧部12的距离也可以略微不同，不影响本发明的实施。
39.激光光束照射坡口3内的焊丝，可以为摆动状态，也可以为稳定状态的激光光束，为了减少焊缝的裂纹，优选摆动的激光光束，摆动幅度范围为0.7mm至0.8mm。本发明的坡口3的宽度相对比较宽，比较适合摆动的激光光束，采用摆动幅度0.8mm。可以理解地，在其他实施例中，比如坡口3比较深但是开口比较窄，也可以采用不摆动的激光光束，或者采用更小的摆动幅度。
40.进一步地，激光光束为连续波且波长为1064nm，激光光束照射的功率范围为2600w至2700w，激光光束的焊接速度为23mm/s至26mm/s，焊接频率为250hz，激光光束照射坡口的角度偏离第二铝板所在平面的角度范围为80
°
至90
°
。可以理解地，本发明的激光光束的规格依据图1和图2的铝板和坡口3的形状设置，在其他实施例中，坡口3的形状超出本发明的实施例范围，需要采用不同规格的激光光束。经过本发明的不断实验，焊接速度优选为25mm/s，激光功率优选为2600w，送丝速度优选为1.7m/min，焊接频率优选为250hz，激光头摆动幅度优选为0.8mm，此种情况得到的比较理想的熔深为1.83mm，而且焊缝成型美观无裂。填充饱满，强度也能满足要求。
41.进一步地，为了加快焊接的速度和控制焊接的质量，可以使用机械手直接控制激光光束的运作，将激光光束连接于自动机械手和控制装置，直接控制激光光束的移动或者旋转。
42.激光光束照射坡口3的过程中，还需不断朝向焊接位置输送保护气体，以防止焊缝没有成型即发生氧化。保护气体优选为氦气，氦气的流速范围为20l/min至30l/min。可以理解地，保护气体也可以为其他惰性气体，气体的流速也可以根据坡口3的形状以及激光的焊接速度确定。
43.本发明还涉及一种电池模组的外壳加工方法，外壳用以安放电池模组，具体方法为：提供两个第一铝板1和两个第二铝板2，运用上述焊接方法将第一铝板1和第二铝板2间隔相连成边框，再将边框的底部连接于底板的周向。
44.本发明采用填丝的方式将轻薄的第一铝板1和第二铝板2焊接起来，且本发明的坡口3形状以及激光光束的规格选择可以使得焊缝无裂纹，而且焊缝牢度好。
45.现有技术中，焊缝内经常出现金属杂质，为了防止焊缝处漏电，经常在壳体内部绗缝的位置放置挡块遮挡焊缝，但是增加挡块会增加整个外壳的重量，从而降低电池模组的能量密度。本发明外壳采用坡口3填丝的方法焊接，铝板比较薄，而且焊缝不会达到壳体内部接触电池模组，即可保证焊接的牢度，减轻整个外壳的重量，还可有效放置焊缝漏电现象。
46.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。