CN116214031B - 一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，电池托盘的底板四周为边框，横梁需要焊接在电池托盘中心线上，并两端顶紧左右边框内侧面并焊接固定，其特征在于：将两侧边框向外张拉后，同时下压放入横梁，将电池托盘底板和边框产生反变形，再进行横梁与电池托盘的焊接固定。本发明将电池托盘左右边框向外张拉，横梁下压使电池托盘反变形并焊接。其原理是在进行横梁焊接之前，将电池托盘张拉，定位放入横梁压入给予电池托盘一个下凹的焊接反变形应力，在进行横梁焊接后，其变形后的应力刚好能抵消反变形的应力，从而最终电池托盘产品能达到产品平面度指标要求。

Description

一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车部件加工技术领域，具体为一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法。

背景技术

近年来，新能源电动车辆逐渐取代燃油汽车，成为日益增长的汽车类型。电动汽车中的动力电池是其电能的储存部件，在整个车辆中属于核心部件。动力电池模组被电池包壳体承载，电池包壳体再与车辆底架相连，构成坚固的承载车身。由于新能源电动车重与其续航里程紧密关联，基于车身轻量化考虑，铝制车身结构由于其轻量化、耐腐蚀和回收残值等综合指标均达到优秀，成为越来越多新能源汽车的选择，电池包壳体及其电池托盘作为其结构重要部件，占去了电池***重量的20~30%，也是新能源汽车的核心能量源，对电池模块的安全和防护起着关键作用。其一般是安装在车体下部，主要用于保护锂电池在受到外界碰撞、挤压时不会损坏。

传统的电池电池包模组之间由于还需要线束的连接，因此框架托盘底板设计为型材，中间还有横向或纵向的加强结构，纵横梁相互搭接并满焊，整体结构刚度比较好，不易变形，生产制造容易控制。但是纵横结构件会占用了本已宝贵的电池包内部空间。近年来，出现了刀片式磷酸铁锂动力电池，刀片电池无需模组，可以直接由电芯构成电池包，并且具有更为优秀的自身结构强度，这种电池形式省去了电池包内的横纵梁，提升了整体空间利用率。传统电池的空间利用率约为40％，而刀片电池的电池包空间利用率则能够提升至60％。刀片电池所匹配的电池包下壳体（电池托盘）为带梁铝薄板壳体，与传统的电池模组框架式托盘相比，刀片电池托盘底板采用1.5mm的薄板，中间设置单根横梁的加强结构，加大了电池托盘生产制造的难度，对生产制造提出了更高的要求，特别是在对电池托盘边框中部需要严丝合缝放入单横梁部件，然后横梁两端顶紧边框中部内侧并牢固焊接，其难点在于：（1）横梁焊接工序是在薄底板焊接后进行，在进行电池托盘横梁的焊接加工过程中，焊接后的变形尤为难以控制，横梁为铝方通型材，如果直接将横梁与两侧边贴平后连接处满焊，由于横梁焊接受热发生收缩，在冷却后整个电池托盘在横梁的应力作用下，中间部位会凸起，造成整个电池托盘形状弯曲不平整，托盘底板平面度无法满足产品技术指标要求，造成废品率高，甚至需要进一步整形，影响生产交付进度。（2）横梁两端必须顶紧托盘边框内侧面，防止焊接后产生间隙，造成电池托盘气密性达不到要求；但是横梁型材锯切下料的精度公差限制，无法完全做到零误差精度锯切，如果横梁长度略短于托盘框内宽尺寸，则会发生焊缝的风险缺陷，如横梁长度略长于托盘框内宽尺寸，则横梁难以嵌入内框进行焊接。

检索关键词：焊接反变形、电池托盘、预变性、预弯曲、压弯、

1、一种焊接反变形工装 ；CN201821566300.6；一种焊接反变形工装，属于反变形装置技术领域。该焊接反变形工装包括底座、支腿、承重横梁、第一支撑缸、第一铰接座、第二铰接座和拉紧装置。底座和支腿连接，支腿远离底座的一端和承重横梁连接。拉紧装置用于对工件进行拉紧，拉紧装置和底座连接。底座和第一铰接座连接，第一铰接座和第一支撑缸连接，第一支撑缸远离第一铰接座的一端和第二铰接座铰接。该焊接反变形工装能够通过铰接结构和支撑缸对焊接反变形工装进行翻转，从而实现工件的翻转，便于工件焊缝从俯视角度焊接，提高了对工件翻转时的工作效率，降低了人工成本和劳动强度，该结构设计合理，实用性强。

2、一种焊接反变形工装 ；CN202023129419.7；一种焊接反变形工装，包括工作台和两个相对设置在工作台上的焊接反变形总成；焊接反变形总成包括支撑组件、限位组件和调整组件；支撑组件包括支撑件和下夹板；支撑件的第一端铰接在工作台上；下夹板设置在支撑件的第二端上且与待焊件接触；限位组件包括固定架、第一伸缩件和上夹板；固定架设置在工作台上；第一伸缩件设置在固定架上；上夹板设置在第一伸缩件的伸缩端上；调整组件包括第二伸缩件；第二伸缩件设置在工作台上，且第二伸缩件的伸缩端与支撑件连接。本实用新型的上夹板和下夹板配合实现待焊件的限位，保证加工的稳固进行；通过支撑件进行转动，从而实现反变形角度的调整，便于不同类型的焊接和拼接操作。

3、一种正面吊用横梁主体焊接反变形装置及其使用方法；CN202010793559.X；一种正面吊用横梁主体焊接反变形装置，属于港口机械技术领域；包括支撑架、支撑底板、第一压紧定位装置、与支撑底板可拆连接的第二压紧定位装置以及纵向压紧定位装置，第一压紧定位装置能够对筒体的横向进行压紧定位，第二压紧定位装置能够对筒体的竖向进行压紧定位，纵向压紧定位装置能够对筒体的纵向以及门板进行压紧定位；本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种正面吊用横梁主体焊接反变形装置及其使用方法，可快速方便地对正面吊用横梁主体进行锁紧固定，有效控制焊接变形，提升拼焊效率，保证尺寸精度，提高产品质量。

4、起重机伸臂盖板焊接反变形工装；CN201520116642.8；一种起重机伸臂盖板焊接反变形工装，包括多个按照固定间距依次排列的固定底座，固定底座由连接杆以及焊接在连接杆两端下方的底座支架组合而成；连接杆上方一端固定安装有固定靠山，另一端安装有与固定靠山平行的移动靠山，移动方向为沿连接杆方向靠近或远离固定靠山。具有结构简单、实用方便且操作方便的特点，可以一次性对较长的伸臂盖板直边同时进行反变形作业，不影响盖板直边的直线度，不会导致波浪弯，且可对不同规格的伸臂盖板进行反变形作业，具有通用性，非常适合伸臂盖板焊接反变形的作业。

5、一种钢板焊接反变形的工装 ；CN201620099179.5；一种钢板焊接反变形的工装，包括型钢焊接平台，所述型钢焊接平台底部与底座铰接，型钢焊接平台上部设有若干反变形板组，所述底座侧部设有支撑座，底座的侧部安装分别与型钢焊接平台和支撑座连接且实现型钢焊接平台翻转的翻转装置；所述反变形板组的上表面为弧形。工装简单易制作：本装置结构简单，容易制造、装配及调试。操作简单效率高：本装置设计成平台状，能够灵活使用，能够极大降低工人的工作强度。结构可调好拆装：面对不同宽度、材质、厚度的钢板，可经过简单的机械调整来满足需求。

6、一种改进的桥梁单元件焊接反变形装置及使用方法；CN201810091980.9；一种改进的桥梁单元件焊接反变形装置及使用方法，包括反变形胎架框架，反变形胎架框架上横向分布有多个相互平行设置的横隔板，其中，每个横隔板的一端设有反向压紧装置，另一端设有反向支点，橫隔板上沿长度方向均匀分布有多个正向支点，正向支点设置于反向压紧装置和反向支点之间。极大的克服了传统反变形装置对于单元件横向两侧反变形不足，同时也有效地对单元件的纵向进行反变形控制，减少了单元件后期校正的工作量，降低了生产成本，提高了生产效率。

7、一种球扁钢侧梁腹板长焊缝焊接反变形装置及焊接方法；CN202011108066.4；一种球扁钢侧梁腹板长焊缝焊接反变形装置及焊接方法，所述装置包括：底板、角铁、筋板、主体箱梁、立柱、吊耳、托板和盖板，所述主体箱梁为方管结构，底板焊接在主体箱梁的底部，角铁焊接在主体箱梁的侧面、位于主体箱梁的上部，筋板焊接在主体箱梁和角铁上，多个立柱焊接在主体箱梁的上面，在立柱的靠近顶部焊接有托板；所述盖板焊接在主体箱梁两端。焊接方法步骤如下：将角铁卡在球扁钢侧梁上端头；将撑杆加千斤顶于托板处顶紧；调整千斤顶，使侧梁上边缘整体产生向外的变形；测量侧梁间距，调整千斤顶的顶撑程度；保持受力状态下，进行地板与侧梁焊缝焊接；焊后卸掉反变形装置。本发明结构简单，易于实现；操作简便、安全可靠。

8、不锈钢板单元焊接反变形装置 ；CN202122933225.0；一种不锈钢板单元焊接反变形装置，包括反变形模板、设置于反变形模板两侧的下压组件，所述反变形模板上表面为向上拱起的弧面，所述下压组件用于下压放置在反变形模板上的不锈钢板，使得不锈钢适形贴于反变形模板的上表面形成反变形。本实用新型的反变形装置可抵消不锈钢板的焊接变形，不锈钢板单元表面平整，无任何焊接变形，焊接完成后无需进行机械校正，既有效的保护了不锈钢表面不被机械校正损伤，同时也提高了焊接质量。

现有文献中并未有应用于电池托盘的焊接反变形装置或工装，特别是电池托盘及其横梁的特殊结构和操作步骤，需要特殊的工装对其进行焊接反变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，将电池托盘左右边框向外张拉，横梁下放嵌入并反变形并焊接。其原理是在进行横梁焊接之前，将电池托盘张拉，定位放入横梁压入给予电池托盘一个下凹的焊接反变形应力，在进行横梁焊接后，其变形后的应力刚好能抵消反变形的应力，从而最终电池托盘产品能达到产品平面度指标要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，电池托盘的底板四周为边框，横梁需要焊接在电池托盘中心线上，并两端顶紧左右边框内侧面并与边框上端面焊接固定，其特征在于：将两侧边框向外张拉后，同时下压放入横梁，将电池托盘底板和边框产生反变形，再进行横梁与电池托盘的焊接固定。

所述刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，还包括如下步骤：

A、焊接工装中的滚筒由滚筒气缸顶升到位；

B、操作工将电池托盘由滚筒推入机架工装，定位夹和定位推顶装置将托盘定位固定；

C、滚筒下降，由边垫块支顶托盘；

D、将横梁装入到下压梁上，并用横梁夹紧机构夹紧横梁，此时将活动垫块向内活动至横梁下方两侧；

E、张拉卡爪下降，两侧卡爪部勾住托盘边框，张拉液压缸动作使托盘边框撑开；

F、下压梁带着横梁下降与托盘边框紧贴并下压至活动垫块，将横梁顶紧下压梁；

G、张拉液压缸松开托盘，下压梁上升5-10mm，活动垫块向外活动平移退出，松开定位推顶装置和定位夹；

H、下压梁再次下压，直至电池托盘呈下压弯曲状态，托盘底部顶至中心垫块位置；

I、开始将横梁与托盘焊接，并焊接托盘前边框的手把和定位块配件；

J、焊接完成后，松开横梁夹紧机构并上升下压梁至最高位；

K、上升滚轮托起电池托盘，将托盘移出。

所述横梁的长度与边框内侧间距匹配，公差为0至+7mm。采用正公差长度的横梁，在左右边框放松张拉后，将顶紧横梁的两端，使横梁与左右边框之间不存在间隙，提高电池托盘的气密性。

所述横梁下压电池托盘的下压高度=（电池托盘长度-1000）/100。

所使用的刀片式动力电池托盘横梁焊接工装，机架上方中线处设置龙门架，龙门架上方两侧设置下压液压缸，下压液压缸的活塞杆向下连接下压梁，下压梁上设置横梁夹紧机构；机架上龙门架机架两侧设置若干滚筒，滚筒可通过固定在机架横梁上的滚筒气缸顶升和下降；龙门架机架上设置若干垫块。

滚筒的作用在于：方便将电池托盘从机架一端进入并送入到预定位置；滚筒气缸的顶升和下降使电池托盘可以在滚筒支撑和垫块支撑之间转换；下压液压缸驱动横梁夹紧机构上升下降。

所述龙门架的两侧的滑动支座上分别铰接安装张拉卡爪，张拉卡爪中部与铰接在龙门架上的卡紧气缸的活塞杆铰接；滑动支座与张拉液压缸的活塞杆连接。

张拉液压缸通过滑动支座可实现张拉卡爪水平拉伸动作，卡紧气缸可实现张拉卡转的张开与闭合动作。

所述横梁夹紧机构包括旋转夹紧气缸，旋转夹紧气缸的活塞杆穿过下压梁的另一侧，连接横梁夹头。旋转夹紧气缸也称为回转夹紧气缸，其活塞杆在伸缩的过程中，还能实现90°的旋转，因此横梁夹头亦能实现90°的旋转，其作用在于，横梁夹头在夹紧状态时，为竖直夹紧，当松开状态时，更换为水平，可方便操作工放入横梁，横梁不易与横梁夹头相碰。

所述下压液压缸的活塞杆端部设置下压弹簧与下压梁连接。下压弹簧的作用在于：避免下压液压缸的刚性下压力直接传递到电池托盘上，避免如果下压量控制不精确，导致下压不到位或者下压过度的情况发生。

所述下压梁两端设置缓冲压头，缓冲压头的端部可与电池托盘边框上平面接触。缓冲压头的作用在于：在下压液压缸下压过程中，缓冲弹簧起到卸力缓冲的作用，防止横梁和电池托盘被下压液压缸的瞬间冲击载荷压变形。

所述垫块分为边垫块、中心垫块和活动垫块，中心垫块固定在机架中心处，活动垫块铰接在机架上，活动垫块安装在龙门架下方两侧，可水平内外滑动，由垫块气缸驱动。当电池托盘平放时，边垫块起到支撑电池托盘的作用，当下压梁第一次下压时，由活动垫块起到支撑电池托盘的作用；当下压梁第二次下压到位时，由中心垫块起到支撑电池托盘的作用。

所述机架两侧设置若干定位夹夹持电池托盘边框。定位夹用于固定电池托盘的位置，以免在嵌入横梁的过程中，电池托盘发生位移，导致最终横梁焊接位置发生偏差。

所述机架的尾端设置横向和纵向的定位推顶装置。定位推顶装置可在每次电池托盘推入机架后进行推顶定位，保证电池托盘的位置精确。

本发明的优点：

1、本发明应用于全铝刀片式电池托盘中间横梁的焊接，需要同时实现两个操作动作：在拉撑电池托盘嵌入横梁卡紧在电池托盘的中线位置的同时，然后下压横梁到位将电池托盘给予焊接反变形，在进行横梁焊接后，其变形后的应力，刚好能抵消反变形的应力，从而最终电池托盘产品能达到产品平面度指标要求。

2、本发明工装设备自动化程度高，可在一台设备上完成电池托盘边框的拉撑，横梁的两次下放并压紧，电池托盘的压弯和支撑等一系列动作步骤；整个设备机构运行合理，生产动作节拍紧凑效率高；操作便捷，操作人员只需简单培训即可上岗，维护方便。

3、本发明定位精确，下压力控制合理，不会出现压坏压伤横梁或电池托盘的现象，使废品率极大下降。

4、本发明可拓展到其他型号刀片式动力电池托盘的横梁焊接生产中，适应不同尺寸的电池托盘横梁焊接生产。

附图说明：

图1为本发明外观结构示意图；

图2为图1中Ⅰ处的放大结构图；

图3为图1中Ⅱ处的放大结构图；

图4为图1中Ⅲ处的放大结构图；

图5为本发明主视方向结构示意图；

图6为图2中A向侧视方向结构示意图；

图7为图2中B向侧视方向结构示意图；

图8为本发明俯视方向结构示意图；

图9为电池托盘外观示意图；

图中的序号和部件名称为：1-机架；11-定位夹；12-定位推顶装置；2-龙门架；21-下压液压缸；3-下压梁；31-旋转夹紧气缸；32-横梁夹头；33-下压弹簧；34-缓冲压头；41-张拉液压缸；42-卡紧气缸；43-张拉卡爪；51-滚筒；52-边垫块；53-垫块气缸；54-滚筒气缸；55-中心垫块；56-活动垫块；6-横梁。

实施方式

实施例1

一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，电池托盘的底板四周为边框，横梁需要焊接在电池托盘中心线上，并两端顶紧左右边框内侧面并焊接固定，其特征在于：将两侧边框向外张拉后，同时下压放入横梁，将电池托盘底板和边框产生反变形，再进行横梁与电池托盘的焊接固定。

刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，还包括如下步骤：

A、焊接工装中的滚筒由滚筒气缸顶升到位；

B、操作工将电池托盘由滚筒推入机架工装，定位夹和定位推顶装置将托盘定位固定；

C、滚筒下降，由边垫块支顶托盘；

D、将横梁装入到下压梁上，并用横梁夹紧机构夹紧横梁，此时将活动垫块向内活动至横梁下方两侧；

E、张拉卡爪下降，两侧卡爪部勾住托盘边框，张拉液压缸动作使托盘边框撑开；

F、下压梁带着横梁下降与托盘边框紧贴并下压至活动垫块，将横梁顶紧下压梁；

G、张拉液压缸松开托盘，下压梁上升5-10mm，活动垫块向外活动平移退出，松开定位推顶装置和定位夹；

H、下压梁再次下压，直至电池托盘呈下压弯曲状态，托盘底部顶至中心垫块位置；

I、开始将横梁与托盘焊接，并焊接托盘前边框的手把和定位块配件；

J、焊接完成后，松开横梁夹紧机构并上升下压梁至最高位；

K、上升滚轮托起电池托盘，将托盘移出。

所述横梁的长度与边框内侧间距匹配，公差为0至+7mm。

所述横梁下压电池托盘的下压高度=（电池托盘长度-1000）/100。

应用实施例：

动力刀片电池托盘，采用6061铝合金托盘和横梁进行焊接，铝合金托盘尺寸为1210*1777.6mm，托盘在焊接底板薄板后的平直度为-4/+0mm，然后进行预变形焊接，预变性下压量为73mm，焊接后横梁后，铝合金托盘的平直度为1-2mm。满足产品变形量≤4mm的指标要求。

同样的动力刀片电池托盘，在相同条件下，不采用下压反变形进行横梁焊接，焊接横梁后铝合金托盘下凹（上凸）尺寸为6-8mm。

可见，本发明显著提高了动力刀片电池托盘横梁焊接后，电池托盘的平面度。

不同长度电池托盘横梁焊接下压量统计测试：

与实施例1和应用实施例焊接方法和工况环境相同，动力刀片电池托盘，采用6061合金铝合金托盘和横梁进行焊接，铝合金托盘宽度尺寸为1210mm；

由上述可见，横梁下压电池托盘的下压高度=（电池托盘长度-1000）/100，此公式在上述工况下，具有普适性。

Claims (3)

1.一种刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，电池托盘的底板四周为边框，横梁需要焊接在电池托盘中心线上，并两端顶紧左右边框内侧面并焊接固定，其特征在于：将两侧边框向外张拉后，同时下压放入横梁，将电池托盘底板和边框产生反变形，再进行横梁与电池托盘的焊接固定；

所使用的刀片式动力电池托盘横梁焊接工装，机架上方中线处设置龙门架，龙门架上方两侧设置下压液压缸，下压液压缸的活塞杆向下连接下压梁，下压梁上设置横梁夹紧机构；机架上龙门架机架两侧设置若干滚筒，滚筒可通过固定在机架横梁上的滚筒气缸顶升和下降；龙门架机架上设置若干垫块；

所述龙门架的两侧的滑动支座上分别铰接安装张拉卡爪，张拉卡爪中部与铰接在龙门架上的卡紧气缸的活塞杆铰接；滑动支座与张拉液压缸的活塞杆连接；

所述垫块分为边垫块、中心垫块和活动垫块，中心垫块固定在机架中心处，活动垫块铰接在机架上，活动垫块安装在龙门架下方两侧，可水平内外滑动，由垫块气缸驱动；

所述机架两侧设置若干定位夹夹持电池托盘边框；

所述机架的尾端设置横向和纵向的定位推顶装置；

所述刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，具体包括如下步骤：

A、焊接工装中的滚筒由滚筒气缸顶升到位；

B、操作工将电池托盘由滚筒推入机架工装，定位夹和定位推顶装置将托盘定位固定；

C、滚筒下降，由边垫块支顶托盘；

D、将横梁装入到下压梁上，并用横梁夹紧机构夹紧横梁，此时将活动垫块向内活动至横梁下方两侧；

E、张拉卡爪下降，两侧卡爪部勾住托盘边框，张拉液压缸动作使托盘边框撑开；

F、下压梁带着横梁下降与托盘边框紧贴并下压至活动垫块，将横梁顶紧下压梁；

G、张拉液压缸松开托盘，下压梁上升5-10mm，活动垫块向外活动平移退出，松开定位推顶装置和定位夹；

H、下压梁再次下压，直至电池托盘呈下压弯曲状态，托盘底部顶至中心垫块位置；

I、开始将横梁与托盘焊接，并焊接托盘前边框的手把和定位块配件；

J、焊接完成后，松开横梁夹紧机构并上升下压梁至最高位；

K、上升滚轮托起电池托盘，将托盘移出。

2.根据权利要求1所述刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，其特征在于，所述横梁与边框内侧间距匹配，公差为0至+7mm。

3.根据权利要求1所述刀片式动力电池托盘横梁焊接方法，其特征在于，所述横梁下压电池托盘的下压高度=（电池托盘长度-1000）/100；下压高度和电池托盘长度单位为mm。