電動汽車和混合動力汽車中鋰離子電池的觸點激光焊接

刊名：Prod.Eng.Res. Devel（英）

刊期：2015年第9期

作者：Philipp A.Schmidt et al

編譯：孫堅

鋰離子電池因被其高能量密度而在電動汽車上被廣泛應(yīng)用。由于在高電流時，單個蓄電池組只能輸送幾伏特電壓，因此必須將電池串聯(lián)起來，從而實現(xiàn)較高模塊電壓。為達(dá)到此目的，需要通過焊接將電池終端觸點連接起來，即進(jìn)行觸點激光焊接。在開發(fā)高性能電池系統(tǒng)時，需要增加能量效率以維持更長的續(xù)駛里程。在鋰離子電池觸點激光焊接的過程中，應(yīng)盡量降低鋰離子電池之間接觸的電損耗。通過改變電池焊接接觸面積以及其在接合區(qū)域的幾何形狀和位置，可以減少觸點激光焊接過程中的電損耗，但接觸區(qū)域的任意改變有時會導(dǎo)致終端電池接縫的機械應(yīng)力下降和產(chǎn)生細(xì)胞老化效應(yīng)。

在激光焊接過程中，焊接接觸面積是決定性的參數(shù)。但是在電池焊接過程中，焊接接觸面積的增加會導(dǎo)致接觸區(qū)域和鋰離子電池觸點的熱輸入量增加。如果這種熱輸入量太高，則電池細(xì)胞可能被損壞。因此，電池制造商為電池觸點設(shè)置的最大允許溫度為8℃。

改變接觸區(qū)域的幾何形狀會減少高電壓電池內(nèi)觸點的機械應(yīng)力，因此應(yīng)盡量以減小電觸點的機械應(yīng)力為目標(biāo)來優(yōu)化焊縫接觸區(qū)域的幾何形狀。本文利用遺傳算法（GA）計算電池最佳焊縫形狀，使用有限元模擬評估其力學(xué)性能。

為了驗證所優(yōu)化的最佳焊縫結(jié)構(gòu)，設(shè)計了電池試驗樣品，并比較其不同焊縫結(jié)構(gòu)的機械應(yīng)力。通過試驗進(jìn)一步驗證表明，優(yōu)化后焊縫形狀的機械應(yīng)力小，電池的能量密度更高。