1.1動(dòng)力電池模組連接方式

隨著國家和行業(yè)對動(dòng)力電池包技術(shù)的要求越來越嚴(yán)格，各動(dòng)力電池和動(dòng)力電池包生產(chǎn)廠都在不斷提升技術(shù)及裝備水平，以滿足或超過國家對動(dòng)力電池包技術(shù)的要求。

目前，動(dòng)力電池包集成技術(shù)也在不斷推陳出新，動(dòng)力電池包集成是將單體動(dòng)力電池通過串并聯(lián)的方式組成動(dòng)力電池模組，再將動(dòng)力電池模組集成為動(dòng)力電池包。在將單體動(dòng)力電池通過串并方式組成動(dòng)力電池模組時(shí)，需在單體動(dòng)力電池間進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)連接。

動(dòng)力電池模組

目前，單體動(dòng)力電池間的連接方式有：

1）選用以鎳為原材料的連接片，連接動(dòng)力電池電芯，軟包動(dòng)力電池電芯負(fù)極的極耳亦是采用鎳片。

2）選用鎳連接片加紫銅疊合焊接的連接片，鎳連接片連接動(dòng)力電池電芯，紫銅疊合焊接連接片承載匯集的電流。

3）從成本角度考慮，選用鍍鎳鋼帶連接片替代鎳連接片，鍍鎳鋼帶連接片連接動(dòng)力電池電芯，紫銅疊合焊接連接片承載匯集的電流。

上述動(dòng)力電池模組連接方式存在以下有待改進(jìn)的方面有：

1）疊合焊接也稱多層多道焊接，是指由兩條以上焊道和兩層以上焊層完成整條焊縫所進(jìn)行焊接，兩被焊接物體重疊，經(jīng)超聲振動(dòng)加壓接合成固態(tài)形式，接合時(shí)間短，且接合部分不產(chǎn)生鑄造組織（粗糙面）缺陷，但疊合焊接工藝復(fù)雜，耗費(fèi)工時(shí)、效率低下。

2）兩種金屬焊接在可靠性方面存有隱患，兩種不同金屬焊接在一起，如果同時(shí)具備以下三個(gè)條件，金屬的原電池反應(yīng)就會(huì)發(fā)生，這三個(gè)條件是：

①存在腐蝕電解液，如水份、酸、堿、鹽霧、工業(yè)氣體。

②兩種金屬的電位相差較大，相互間的電動(dòng)勢（EMF）差在0.05V以下，可被看作相容電化偶，超過了這個(gè)數(shù)值的就是不相容電化偶，必須偶合時(shí)，需要采取防護(hù)措施。

③腐蝕電池導(dǎo)通。

3）鎳連接片與極柱進(jìn)行連接，可焊接性好，但是導(dǎo)電能力不足，且成本高。由于鎳連接片導(dǎo)電率不高（25.2%IACS），在工作狀態(tài)下發(fā)熱量大，能耗大。

4）鎳連接片和銅匯流排焊接是點(diǎn)接觸，導(dǎo)電性不好。而且被焊接材料的接觸面(表面)狀態(tài)易受影響，不能從外觀上判斷接合狀態(tài)，沒有適當(dāng)?shù)姆瞧茐臋z查法。

5）鎳連接片彈性性能不強(qiáng)，高溫之后彈性衰減明顯，與動(dòng)力電池電芯的焊接可靠性受到影響，并且需要保持厚度來彌補(bǔ)材料的彈性不足，增加了連接片重量。

目前，動(dòng)力電池和動(dòng)力電池包生產(chǎn)廠采用先進(jìn)實(shí)用的動(dòng)力電池模組連接技術(shù)是：

動(dòng)力電池電芯正負(fù)極的第一連接片的材質(zhì)為銅，第二連接片的材質(zhì)為鋁，第二連接片上設(shè)有凸起且該凸起作為電壓和溫度采樣點(diǎn)。

采用銅連接片和鋁連接片重疊設(shè)計(jì)，利用超聲波焊接技術(shù)將銅連接片和鋁連接片焊接成型，提高了動(dòng)力電池模組中單體動(dòng)力電池之間正、負(fù)極連接的可靠性。

1.2動(dòng)力電池模組連接片

動(dòng)力電池模組連接片多采用多層材料復(fù)合的方法，其中一層材料為連接片與極柱的連接層，保證焊接性能。多層材料疊加用于保證連接片的導(dǎo)電性。

連接片基材采用多層箔材堆疊之后加工成型，可形成柔性區(qū)域，用于補(bǔ)償動(dòng)力電池電芯膨脹造成的位移，減小對低強(qiáng)度界面的影響。

動(dòng)力電池模組連接片一般是長方形、梯形、三角形和階段形等，連接表面貼0.1厚鍍鎳銅箔，這樣在焊接的時(shí)表面容易高溫氧化變色，在不破壞產(chǎn)品表面鍍層的情況下做耐拋光清洗，這樣的產(chǎn)品，既解決了不需要整體電鍍的問題，也解決了導(dǎo)電率最大化的問題。

電池連接片

幾種常見的動(dòng)力電池模組連接片的比較見表1，銅鍍鎳連接片最好，其次純鎳連接片，可是價(jià)格偏貴，最后是鍍鎳鋼連接片，鍍鎳鋼連接片價(jià)格相對便宜，并容易焊接。

各動(dòng)力電池生產(chǎn)商選用連接片的厚度是不同的，因連接片的厚度關(guān)系到耗用材料的重量及整體動(dòng)力電池模組的重量，降低厚度是動(dòng)力電池模組向輕量化設(shè)計(jì)的方向。

（注：上述表中的導(dǎo)電性能是以厚0.1×寬5mm×100mm（長度）計(jì)算出來，當(dāng)改為厚0.2×寬5mm×100mm厚0.1×寬10mm×長100mm時(shí)，其電阻數(shù)值為上表數(shù)值的1/2倍）。

純鎳連接片在與動(dòng)力電池的電極為鎳引出片進(jìn)行點(diǎn)焊連接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高可靠性連接，原因是焊片與工件的焊接共熔特性一致，點(diǎn)焊時(shí)容易金屬同質(zhì)共熔，熔池均勻，提高了焊點(diǎn)的可靠性。

純鎳連接片與動(dòng)力電池的電極為鍍鎳引出片進(jìn)行點(diǎn)焊連接時(shí)，連接質(zhì)量和可靠性將下降，需采取特殊焊接措施，原因是焊片與工件的焊接共熔特性不一致，點(diǎn)焊時(shí)做成非同質(zhì)共熔導(dǎo)致熔池（熔點(diǎn)）合金晶體的形成這樣的熔點(diǎn)會(huì)變硬和脆裂，難以經(jīng)受較高的抗拉和抗震作用，這種情況下需要高功率脈沖焊接設(shè)備來解決部分不足。

鍍鎳接片與動(dòng)力電池的電極為鍍鎳引出片進(jìn)行點(diǎn)焊連接時(shí)，連接質(zhì)量和可靠性也將下降，需采取特殊焊接措施，原因是焊片與工件的焊接時(shí)，由于雙方基材實(shí)際都是軟鐵片。

當(dāng)點(diǎn)焊時(shí)出現(xiàn)的瞬間高溫使連接片和動(dòng)力電池極片迅速下陷變形，導(dǎo)致焊片與工件間壓力即時(shí)降低，未能形成共熔的效果，焊點(diǎn)很容易出現(xiàn)虛焊，這需要選用帶焊針壓力調(diào)節(jié)的焊機(jī)解決。

2.1動(dòng)力電池模組匯流排

動(dòng)力電池模組常用的匯流排有：鎳片、銅鋁復(fù)合匯流排、銅匯流排、總正總負(fù)匯流排、鋁匯流排，也會(huì)用到銅軟連接、鋁軟連接、銅箔軟連接等。

匯流排和軟連接的加工質(zhì)量需要從以下方面去評(píng)估：

1）匯流排材料材質(zhì)是否符合要求，匯流排的材質(zhì)不達(dá)標(biāo)將會(huì)增加電阻率，尤其需要確認(rèn)是否符合ROHS相關(guān)要求。

2）匯流排關(guān)鍵尺寸加工是否到位，關(guān)鍵尺寸的超差有可能會(huì)在裝配過程中導(dǎo)致高壓器件之間的安全距離不夠，并造成嚴(yán)重的安全隱患。

3）軟連接與硬區(qū)的結(jié)合力，以及軟區(qū)的應(yīng)力吸收狀況。

4）實(shí)際加工的軟連接及匯流排的過流能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，絕緣的熱塑套管部位是否存在破損的情況。

動(dòng)力電池匯流排

2.2動(dòng)力電池模組軟硬連接選擇要素

選擇動(dòng)力電池模組軟硬連接時(shí)需要考慮的要素有：

1）大電流通過能力。電流通過導(dǎo)體的時(shí)候，是從導(dǎo)體的外表面經(jīng)過，軟連接是由多層銅箔疊加而成，電流可以通過每一層銅箔的表面進(jìn)行傳輸，大大增強(qiáng)了電流的通過能力。

2）抗震性。電動(dòng)汽車在使用過程中難免會(huì)有顛簸，動(dòng)力電池也將隨之顛簸，所以抗震性也是選擇動(dòng)力電池連接方式時(shí)需要考慮的要素之一，在動(dòng)力電池顛簸時(shí)，如果選用硬連接，會(huì)造成動(dòng)力電池極柱斷裂等安全問題。

通常動(dòng)力電池模組的軟連接是由0.10mm（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）或者按設(shè)計(jì)要求使用0.03、0.05、0.20、0.30、0.40、0.50mm的銅箔組成的，安裝接觸面采用壓焊設(shè)計(jì)生產(chǎn)。

動(dòng)力電池電芯單體與模組母排之間的連接方式，不僅影響動(dòng)力電池的制造效率，還決定動(dòng)力電池生產(chǎn)是否可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其對動(dòng)力電池模組裝車以后的性能表現(xiàn)同樣有不容忽視的影響。

應(yīng)用于動(dòng)力電池模組連接的焊接方法主要有：

1）電阻焊。電阻焊是以電阻熱為能源的一類焊接方法，電阻焊利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，同時(shí)加壓使之形成金屬結(jié)合的一種焊接的方法。

電阻焊在焊接時(shí)，不需要填充金屬，生產(chǎn)率高，焊件變形小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

為了防止在接觸面上發(fā)生電弧并且為了鍛壓焊縫金屬，焊接過程中始終要施加壓力。

電阻焊在焊接時(shí)，被焊工件的接觸表面對于獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量是頭等重要的。因此，焊前必須將電極與工件以及工件與工件間的接觸表面進(jìn)行清理。

在動(dòng)力電池的成組工藝中，電阻焊作為一種比較成熟的工藝，應(yīng)用于動(dòng)力電池單體與母排的焊接，動(dòng)力電池極耳與并聯(lián)導(dǎo)電條的連接等。

由于設(shè)備簡單，成本較低，在動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展早期，應(yīng)用比較多，近年有逐步被更先進(jìn)的激光焊接和超聲波焊接替代趨勢。

2）激光焊接。激光焊接效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。在不斷改進(jìn)焊接工藝，限制成型過程中的熱影響以后，在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越多，激光焊接配合工業(yè)機(jī)器人正在逐步成為自動(dòng)化動(dòng)力電池模組生產(chǎn)線的主力。

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，激光焊接主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，激光焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。

激光焊接

激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實(shí)現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。

功率密度小于104～105W/cm2為熱傳導(dǎo)焊，此時(shí)熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/cm2時(shí)，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點(diǎn)。  

3）高分子擴(kuò)散焊。高分子擴(kuò)散焊是在真空環(huán)境下，一定溫度和壓力下將種待焊物質(zhì)的焊接表面相互接觸，通過微觀塑性變形或通過焊接面產(chǎn)生微量液相而擴(kuò)大待焊表面的物理接觸，

使之距離達(dá)(1～5)×10-8cm以內(nèi)(這樣原子間的引力起作用，才可能形成金屬鍵)，再經(jīng)較長時(shí)間的原子相互間的不斷擴(kuò)散，相互滲透，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的一種焊接方法。

高分子擴(kuò)散焊是一種特殊的焊接工藝，能使用不同強(qiáng)度的銅箔在特定的區(qū)域焊接在一起，這種焊接工藝不需要使用任何形式的助焊劑，可實(shí)現(xiàn)完美的分子連接性，主要原用于動(dòng)力電池的軟連接。

安裝接觸面可以承受任何形式的擠壓、彎曲、或者碰撞。由于安裝接觸面是定制的，所以它可以安裝到只有2mm的空間內(nèi)。

4）超聲波焊接。超聲波焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。通過超聲波發(fā)生器將50/60 Hz交流電轉(zhuǎn)換成15、20、30或40 kHz 高頻電能。

被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨后機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。

焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動(dòng)能量被通過摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能，將金屬熔化。

超聲波金屬焊接優(yōu)點(diǎn)：

 ①超聲焊與電阻焊方法比較，模具壽命長，模具整修與替換時(shí)間少，而且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 

②焊接材料不熔融，不脆弱金屬特性。焊接后導(dǎo)電性好，電阻系數(shù)極低或近乎零；

③同種金屬不同種金屬之間均可以進(jìn)行超聲焊接，與電阻焊相比耗費(fèi)能量少得多。對焊接金屬表面要求低，氧化或電鍍均可焊接；

④超聲焊與其他壓焊相比，要求壓力較小，且變型量在10%以下，而冷壓焊其工件變形量達(dá)40%～90%。焊接時(shí)間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。

⑤處理超聲焊接無需助焊劑、金屬填料、外部加熱等外部因素；焊接無火花，環(huán)保安全；

⑥超聲焊接不像其他焊接那樣要求進(jìn)行被焊表面的預(yù)處理及焊后的后處理；

⑦超聲焊接可以使材料的溫度效應(yīng)降到最低（焊區(qū)的溫度不超過被焊金屬絕對熔化溫度的50%），從而不使金屬結(jié)構(gòu)變化，因此很適合電子領(lǐng)域中的焊接應(yīng)用。