CN114639909B - 一种电池包的壳体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种电池包的壳体及其制造方法，电池包的壳体包括：一对端板和侧框，所述一对端板沿第一方向相对设置，所述端板为铸态铝合金端板；所述侧框的轴线沿所述第一方向设置，且所述侧框设置于所述一对端板之间，且所述侧框沿所述第一方向的两端分别与所述一对端板焊接连接；其中，所述端板和所述侧框之间焊接部位处开设焊接缺口，焊丝可操作地填于所述焊接缺口中。由于壳体的端板为铸态铝合金端板，也就是说端板是由铝合金铸造形成的，由于铸造工艺简单，因此端板的造价也非常便宜，一块端板的价格大约为十几元，能够有效地节省成本。

Description

一种电池包的壳体及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及电池领域，特别涉及一种电池包的壳体及其制造方法。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，对电池包的能量密度、安全要求越来越高，电池包做大是提升电池包能量密度并降低成本的趋势。

在目前的电池包中，一般采用端板来承托电池包的输出极，端板上一般需要设置输出座，为了方便安装输出座等，端板的结构一般较为复杂，目前端板一般由机加工成型，其加工成本非常高，一块端板其加工成本能达到两百多。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种电池包的壳体及其制造方法，使得电池包的生产成本能够得到降低。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电池包的壳体，包括：

一对端板，所述一对端板沿第一方向相对设置，所述端板为铸态铝合金端板；以及

侧框，所述侧框的轴线沿所述第一方向设置，且所述侧框设置于所述一对端板之间，且所述侧框沿所述第一方向的两端分别与所述一对端板焊接连接；

其中，所述端板和所述侧框之间焊接部位处开设焊接缺口，焊丝可操作地填于所述焊接缺口中。

本发明实施方式相对于现有技术而言，由于壳体的端板为铸态铝合金端板，也就是说端板是由铝合金铸造形成的，由于铸造工艺简单，因此端板的造价也非常便宜，一块端板的价格大约为十几元，能够有效地节省成本。

但发明人发现，由铝合金铸造成型的端板不能直接采用激光焊接烧熔后与侧框焊接在一起，因此本申请中端板与侧框之间的焊接部位处开设由焊接缺口，焊接时焊丝填充于焊接缺口中，通过焊丝的融化将端板和侧框连接在一起。

因此通过上述的方式，在降低壳体成本的基础上，还能够保证电池包的安全可靠性。

在一实施例中，所述焊接缺口开设于所述端板上。

在一实施例中，所述端板包括：

外表面和内表面，所述外表面和所述内表面沿所述第一方向相对设置，所述内表面与所述侧框相对；

外环面，所述外环面位于所述外表面和所述内表面之间，连接所述外表面和所述内表面；

其中，所述内表面和所述外环面连接处开设所述焊接缺口，所述焊接缺口沿所述端板的周向方向延伸。

在一实施例中，所述端板为矩形端板，所述外环面由四个侧面组成，所述侧框为矩形框；其中，所述焊接缺口为四条，四条焊接缺口分别位于所述四个侧面上；

和\或，所述端板还包括内框，所述内框位于设置于所述内表面上，且与所述端板的轴线同轴设置，所述内框从所述内表面沿所述第一方向朝远离所述内表面方向延伸；其中，所述内框位于所述侧框的径向内侧，且与所述侧框的内环面相互抵持。

在一实施例中，所述焊接缺口的宽度为1mm至1.5mm，所述焊接缺口的深度为1.3mm至1.8mm。

在一实施例中，所述侧框采用机加工成型。

本发明还提供了一种基于上述电池包的壳体的制造方法，包括如下步骤：

制备一对所述端板和所述侧框，一对所述端板沿所述第一方向相对设置于所述侧框两侧，并封闭所述侧框；

采用激光填丝焊接方式将所述侧框与所述一对端板进行焊接，焊接时焊丝填充于所述焊接缺口内。

在一实施例中，在所述激光焊接中激光束为连续波，波长为1064nm，激光功率为2600w-28000w，焊接速度为31mm/s，焊接频率为250HZ，激光头摆动幅度为0.9mm-1.0mm；送丝速度1.9m/min。

在一实施例中，通过激光焊接方式焊接所述端板和所述侧框的顶部时，激光功率为2600w，焊接速度为31mm/s，摆动幅度0.9mm；

和\或，通过激光焊接方式焊接所述端板和所述侧框的侧边和底部时，激光功率为2600w，焊接速度为31mm/s，送丝速度1.9m/min，焊接频率250HZ，激光头摆动幅度0.9mm。

在一实施例中，在采用激光填丝焊接方式将所述侧框与所述一对端板进行焊接的步骤前，对焊接位置进行清理，并采用表面清洁度仪检测清洁效果。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例中壳体的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中A-A方向的剖视图；

图4是图1的左视图。

附图标记说明：

1、端板；11、外表面；12、内表面；13、外环面；14、内框；2、侧框；21、盖板；22、U型壳体；221、侧壁；222、底板；3、焊接缺口。

具体实施方式

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申请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，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

下文参照附图描述本发明的第一实施例电池包的壳体，电池包的壳体包括：一对端板1和侧框2，一对端板1沿第一方向相对设置，并且端板1为铸态铝合金端板1，也就是说，端板1是由铝合金铸造而成。

另外，如图所示，侧框2的轴线沿第一方向设置，侧框2设置在一对端板1之间，并且侧框2沿第一方向的两端分别与第一对端板1焊接连接。

另外，为了方便端板1与侧框2焊接在一起，端板1和侧框2之间的焊接部位处开设有焊接缺口3，在焊接的时候，焊丝能够填充在焊接缺口3内。

由于壳体的端板1为铸态铝合金端板1，也就是说端板1是由铝合金铸造形成的，由于铸造工艺简单，因此端板1的造价也非常便宜，一块端板1的价格大约为十几元，能够有效地节省成本。

但发明人发现，由铝合金铸造成型的端板1不能直接采用激光焊接烧熔后与侧框2焊接在一起，因此本申请中端板1与侧框2之间的焊接部位处开设由焊接缺口3，焊接时焊丝填充于焊接缺口3中，通过焊丝的融化将端板1和侧框2连接在一起。

因此通过上述的方式，在降低壳体成本的基础上，还能够保证电池包的安全可靠性。

具体的，在本实施例中，焊接缺口3开设在端板1上，当然，在有些实施例中，焊接缺口3还可以设置在侧框2上。

在本实施例中，如图所示，端板1包括：外表面11、内表面12和连接外表面11和内表面12的外环面13，外表面11和内表面12沿第一方向相对设置，内表面12与侧框2相对。外环面13位于内表面12和外表面11之间，连接内表面12和外表面11。内表面12和外环面13连接处开设焊接缺口3，焊接缺口3沿端板1的周向方向延伸。

具体的，在本实施例中，如图所示，端板1为矩形端板1，外环面13由四个侧面组成，侧框2为矩形框。如图所示，焊接缺口3为四条，四条焊接缺口3分别位于四个侧面上，同时，各焊接缺口3均为长条形缺口。

优选的，上述焊接缺口3的宽度为1mm至1.5mm，所述焊接缺口3的深度为1.3mm至1.8mm时，焊接效果最好。

另外，如图所示，在有些实施例中，端板1还可以包括内框14，内框14位于内表面12上，内框14的轴线与端板1的轴线同轴，内框14从内表面12沿第一方向朝远离内表面12方向延伸，如图所示，内框14设置于侧框2的径向内侧，并且与侧框2的内环面相互抵持在一起。

另外，需要说明的是，电池包除了壳体外，还包括设置在壳体内的多个电池模组，各电池模组沿第一方向并列设置在壳体内。

另外，如图所示，侧框2包括盖板21和U型壳体22，盖板21盖合在U型壳体22上方，组合成一个矩形的侧框2，盖板21和U型壳体22分别与端板1进行焊接。U型壳体22具有两个相对设置的侧壁221和与盖板21相对设置的底板222。

在实际焊接过程中，首先将一对端板1相对设置在侧框2的两侧，可以采用夹具固定好侧框2和一对端板1之间的位置，然后采用激光填丝焊接方式将侧框2和一对端板1焊接在一起，在焊接过程中，焊丝填充于焊接缺口3中，待焊丝融化后，即可将侧框2和端板1连接在一起。由于焊丝是填充于焊接缺口3中，因此侧框2和端板1之间的连接面依然是平整的。

另外，优选的，侧框2采用机加工成型，由于侧框2采用机加工成型，因此侧框2表面平整无毛刺，采用激光焊接时，光线能够被平整的表面反射回来，可以避免将侧框2融化，因此能够提高焊接效果。

本发明第二实施方式提供了一种制造第一实施方式中电池包的壳体的制造方法，具体的，包括如下步骤：

首先制备一对端板1和侧框2，一对端板1沿第一方向相对设置在侧框2两侧，并封闭该侧框2；

然后采用激光填丝焊接方式将侧框2与一对端板1进行焊接，在焊接时，焊丝填充在焊接缺口3内。

在所述激光焊接中激光束为连续波，波长为1064nm，激光功率为2600w-28000w，焊接速度为31mm/s，焊接频率为250HZ，激光头摆动幅度为0.9mm-1.0mm；送丝速度1.9m/min。

在上述的焊接过程中，向焊接位置输送保护气体，保护焊缝不被氧化。优选地，发射激光束至焊接位置的同时，开始向焊接位置输送保护气体。优选地，保护气体为氮气，氮气的气流的流速为35L/min。

另外，需要说明的是，激光焊接技术是一种高能量密度高精密的焊接方法，焊接热源为高能量密度的激光束。激光深熔焊接一般采用连续激光束来进行焊接，其冶金物理过程能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射激光束的能量，小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料，孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。功率密度大于105-107w/cm2时，金属表面受热作用下凹成“匙孔”，形成深熔焊，激光填丝焊是指焊缝中填入特定的焊接材料后，用激光照射熔化或在激光照射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的方法，避免了对工件加工，装配要求过于严格的问题，更重要的是可以通过改变填丝材料的成分来改变和控制焊缝金属的成分组织和性能。

在锂电池生产领域中，模组外壳结构设计对整个锂电池制造工艺的安全可靠性起到极其关键的作用。一般情况下，铸态铝合金由于是通过浇铸成型，因此具有晶粒粗大、气孔较多等不良缺陷，并不适合采用激光直接融化端板1进行焊接。而在本发明中，采用激光填丝焊接方式后，由于焊丝具有优质的化学成分，能够改善铸态组织的性能，起到良好的焊接效果，成功实现了铸态铝合金端板代替机加工成型端板的方案，进而大大节省了材料成本。

优选地，侧框2中的盖板21为6063铝合金,而U型壳体22为5083铝合金，端板1与侧板的间隙a小于等于0.1mm，间隙越小，越有利于提高光纤激光焊接的效果，当间隙较小时，可以防止熔渣掉落电池里。

本实施例的铸态铝合金壳体激光填丝焊接方法，焊接起始功率、终止功率随着送丝速度变化而变化，当送丝速度较快时，焊接功率也随着增大，反之则反之。

在焊接过程中，激光束垂直于焊接位置的焊接面，激光焊接中采用到的光纤激光器安装于机器人手臂，从而使得光纤激光器能够自由移动和旋转，实现自动化控制，以提高焊接效率和焊接精度。

本实施例在焊接之前，还包括对焊接位置附近的油污等脏物进行清理的步骤，采用表面清洁度仪检测清洁的效果。例如，对焊接位置周围的脏物进行清理，以减少脏物对激光的反射，增加焊接位置的激光吸收率，增加熔深，保证焊接质量。

当焊接端板1和盖板21时，即通过激光焊接方式焊接所述端板1和所述侧框2的顶部时，激光焊接的光斑直径为0.3mm，保护气体为氮气，氮气的气流流速为35L/min。实际得到的工艺数据如下：

1)当焊接的激光功率为2700w，焊接速度为31mm/s，摆动幅度1.0mm时，得到的焊缝周围仅仅出现熔边的现象，还达不到焊接效果。

2)当焊接的激光功率为2800w，焊接速度为31mm/s，摆动幅度0.9mm时，得到的焊缝背面有轻微熔透的现象，还达不到焊接效果。

3)当第一次焊接的激光功率为2600w，焊接速度为31mm/s，摆动幅度0.9mm时，得到的平均熔深为1.92mm，平均单位拉力为269.6N/mm，此时焊接效果达到最佳。

而当端板1与U型壳体22焊接时，即通过激光焊接方式焊接所述端板1和所述侧框2的侧边和底部时，光斑直径为0.3mm，保护气体为氮气，氮气的气流流速为35L/min。实际得到的工艺数据如下：

当焊接的激光功率为2600w，焊接速度为31mm/s，摆动幅度0.9mm时，得到的熔深为2.03mm，单位拉力为325N/mm，此时焊接效果达到最佳。

由上述的数据可知，当焊接的激光功率为2600w，焊接速度为31mm/s，送丝速度1.9m/min，焊接频率250HZ，激光头摆动幅度0.9mm得到的熔深2.02mm为理想的熔深，而且焊缝成型美观，焊接后焊丝填充饱满，强度完全满足要求。

本发明的铸态铝合金壳体激光填丝焊接方法的有益效果在于：相对于现有的模组外壳激光焊接方法中出现的焊接裂纹缺陷，本发明能够实现铸态铝合金激光焊接的问题。并且降低了电池在结构设计方面的复杂性，降低了设计成本以及制造成本。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

不难发现，上述各实施例中均存在联系，一个实施例中提到的相关技术细节在其他实施方式中依然有效，为了减少重复，就不再赘述。

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。

Claims (7)

1.一种电池包的壳体，其特征在于，所述电池包的壳体包括：

一对端板，所述一对端板沿第一方向相对设置，所述端板为铸态铝合金端板；以及

侧框，所述侧框的轴线沿所述第一方向设置，且所述侧框设置于所述一对端板之间，且所述侧框沿所述第一方向的两端分别与所述一对端板焊接连接；

其中，所述端板和所述侧框之间焊接部位处开设焊接缺口，焊丝填于所述焊接缺口中；

所述焊接缺口开设于所述端板上；

所述端板包括：

外表面和内表面，所述外表面和所述内表面沿所述第一方向相对设置，所述内表面与所述侧框相对；

外环面，所述外环面位于所述外表面和所述内表面之间，连接所述外表面和所述内表面；

其中，所述内表面和所述外环面连接处开设所述焊接缺口，所述焊接缺口沿所述端板的周向方向延伸；

所述端板还包括内框，所述内框位于所述内表面上，且与所述端板的轴线同轴设置，所述内框从所述内表面沿所述第一方向朝远离所述内表面方向延伸；其中，所述内框位于所述侧框的径向内侧，且与所述侧框的内环面相互抵持；

所述内表面与所述侧框的端面相抵持；各焊接缺口均为长条形缺口；所述焊接缺口的宽度为1mm至1.5mm，所述焊接缺口的深度为1.3mm至1.8mm。

2.根据权利要求1所述的电池包的壳体，其特征在于，所述端板为矩形端板，所述外环面由四个侧面组成，所述侧框为矩形框；其中，所述焊接缺口为四条，四条焊接缺口分别位于所述四个侧面上。

3.根据权利要求1所述的电池包的壳体，其特征在于，所述侧框采用机加工成型。

4.一种基于权利要求1至3任意一项所述电池包的壳体的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备一对所述端板和所述侧框，一对所述端板沿所述第一方向相对设置于所述侧框两侧，并封闭所述侧框；

采用激光填丝焊接方式将所述侧框与所述一对端板进行焊接，焊接时焊丝填充于所述焊接缺口内。

5.根据权利要求4所述的电池包的壳体的制造方法，其特征在于，在所述激光焊接中激光束为连续波，波长为1064nm，激光功率为2600w-28000w，焊接速度为31mm/s，焊接频率为250HZ，激光头摆动幅度为0.9mm-1.0mm；送丝速度1.9m/min。

6.根据权利要求5所述的电池包的壳体的制造方法，其特征在于，通过激光焊接方式焊接所述端板和所述侧框的顶部时，激光功率为2600w，焊接速度为31mm/s，摆动幅度0.9 mm；

和\或，通过激光焊接方式焊接所述端板和所述侧框的侧边和底部时，激光功率为2600w，焊接速度为31mm/s，送丝速度1.9m/min，焊接频率250HZ，激光头摆动幅度0.9mm。

7.根据权利要求4所述的电池包的壳体的制造方法，其特征在于，在采用激光填丝焊接方式将所述侧框与所述一对端板进行焊接的步骤前，对焊接位置进行清理，并采用表面清洁度仪检测清洁效果。