先进的电流电芯连接铝或铜母线排板可通过线缆焊接、激光焊接或超声焊接进行连接
概述
全球电动汽车行业的不断发展对电动汽车电池模块设计提出了更高的要求：电池模块必须能够以具有成本效益的方式大批量生产。本系列的上一期技术公告“牢固且可定制的电池互连系统能够简化电池模块的设计和制造过程”详细介绍了 ENNOVI 的Cell-PLX™ 电池互连系统如何从整体装配角度解决相关问题。
本技术公告更深入地探讨了电池模块中采用多种方法安装电池电芯连接铝或铜母线排板与电芯的必要性，并且专门研究了使用线缆焊接、激光焊接或超声焊接时的权衡和其他考虑，以及每种方法所涉及的具体设计和工艺问题。
电池模块概述
电池模块通常由大量单体电芯组成。各电芯分组排列，并连接到电芯连接铝或铜母线排，用于收集指定功率输出水平。电芯数量和各个电芯的功率输出决定了电池模块所能提供的总输出功率。
电池互连系统必须能够串联和/或并联所有独立电芯，以达到电池模块的总体电压和电流要求。
用于电动驱动的电动汽车和公共汽车的先进电池模块可以包含多达数千个单体电芯，增加了整个系统的复杂性。
电芯连接铝或铜母线排板的作用
顾名思义，电芯连接铝或铜母线排板的主要功能是连接所有单体电芯，将电能汇聚成符合所需性能指标的单一输出。
电芯连接铝或铜母线排板的具体设计及其连接方法取决于电芯的数量和特定的车辆应用，小到两轮踏板车，大到卡车和公共汽车，不一而足。
电芯连接铝或铜母线排板为电芯提供正负极的互连端子。通常情况下，电芯连接至一个较厚的电芯连接铝或铜母线排板，或两个中间由绝缘层隔开的电芯连接铝或铜母线排板。
定制的电芯连接铝或铜母线排设计能够优化端子位置，使其配接电芯，从而提高连接的质量和牢固性。
如以下章节所述，电芯连接铝或铜母线排的厚度可根据电池模块的电流密度和结构要求进行定制，单体电芯端子的材料的厚度可以小于电芯连接铝或铜母线排板本身，从而在保持整个电芯连接铝或铜母线排强度和结构完整的同时适应不同的电池连接方法。
不同电芯连接方法的比较
随着电动汽车电池设计的发展，理想的连接方法范围也在不断扩大，以适应不同的应用以及更具成本效益的大批量生产要求。
连接方法包括：
- 线缆焊接/激光焊接
- 电阻焊接
- 激光焊接
- 超声焊接
线缆焊接/激光焊接
自电动汽车电池设计的早期发展以来，线缆焊接一直是广泛采用的连接方法。这主要归功于线缆焊接有着卓著的灵活性，可以在无需严格控制公差的情况下连接电芯和电池板，并使二者之间的物理配接界面高度契合。
随着早期设计的开发和修改，线缆焊接凭借成本低廉和灵活性高的优势，成为了一种便捷的连接方法。不过，线缆焊接方法的速度相对较慢，限制了电池制造商提高产量的能力。激光焊接是另一种替代性连接方法，但也存在许多类似问题。
电阻焊接
电阻焊接是一种潜在的替代性连接方法，但在先进的电池应用中尚未得到广泛应用，其原因在于拟使用电阻焊接的部件上需要施加脉冲电流。经验表明，电阻焊接可能会损坏电芯，以及/或者电芯连接铝或铜母线排板上较薄的电池端子。相较于激光或超声焊接，电阻焊接的成本相对较低，但速度较慢。此外，电阻焊接仅可用于镍材料，不适合用于铜金属。因此，在相对简单的电池模块设计中，电阻焊接可能会有用武之地，但由于材料的限制以及潜在的损坏、浪费或返工问题，电阻焊接不适用于复杂电池模块的大批量组装。
激光焊接与超声焊接
激光焊接与超声焊接的相似之处在于，它们都能在提供批量生产所需效率和一致性的同时为大型电池包中的单体电芯提供牢固的连接效果。
激光焊接的速度通常快于超声焊接，但其资本成本也高于超声焊接。这两种焊接工艺都能提供无振动、快速和一致的焊接效果。
虽然采用这些方法之前，我们需要对复杂的生产系统和特定应用工具进行投资，但较高的生产量和一致的优质连接通常能带来快速的投资回报（ROI）。
高速焊接正迅速成为连接大型电池阵列和电芯连接铝或铜母线排板的理想方法。不过，电池制造商需要了解电芯连接铝或铜母线排板设计和制造的具体细节，这是优化激光焊接或超声焊接工艺的必要前提。下一节将针对相关问题展开讨论。
优化电芯连接铝或铜母线排板，采用高速焊接工艺
电芯连接铝或铜母线排板的设计是成功采用高速激光或超声焊接的关键
此过程必须解决的一些关键问题包括：
- 实现电池电芯与电芯连接铝或铜母线排板片之间的紧密公差配合
- 控制电芯连接铝或铜母线排板片材料厚度以优化焊接效果
- 提供机械完整性所需电芯连接铝或铜母线排板的整体厚度
- 保持大批量生产时电芯连接铝或铜母线排板的公差一致性
为了实现这些目标，电池制造商越来越需要从设计流程伊始就与电芯连接铝或铜母线排板供应商紧密合作，后者十分了解电池模块的整体要求，并能提供满足其独特要求的特定电芯连接铝或铜母线排板设计。
主要挑战往往是需要连接较厚的电芯连接铝或铜母线排板与较薄的焊片，而焊片的位置必须精确地与各个电芯的 POS/NEG 端子配接，以确保优质的焊接效果。
电芯连接铝或铜母线排板供应商可采用多种方法来实现电芯连接铝或铜母线排板和连接片的指定材料厚度，包括：
- 削薄 – 去除材料切片以减小厚度
- 压合 – 压缩材料以减小厚度
- 接合 – 结合两种不同厚度的材料
上述各种方法都需要在材料特性（例如，镀层会增加脆性）和成本（例如，二次接合工艺的成本较高）方面做出不同的权衡。
小结
随着电动汽车在整个汽车市场中的占比越来越高，电动汽车电池制造商正面临着既要提高产量，又要降低生产成本的挑战。
这一挑战的关键将在于如何从相对小批量的线缆焊接方法过渡到大批量的激光焊接或超声焊接工艺。
为了实现目标，电池制造商需要与经验丰富且知识渊博的电池互连系统设计合作伙伴开展合作。此类合作伙伴具备专业技能，能够制造出符合高速焊接工艺参数和特定用途的电芯连接铝或铜母线排板。
由于不存在“放之四海而皆准”的方法并且每种电池应用均为独一无二，因此，电芯连接铝或铜母线排板供应商必须了解电池设计的全貌，并能够提供一系列能力，以满足每个电池制造商的设计和生产目标。
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