科普 |電池水冷板加工工藝 - 焊接

作者：蘭洋科技????瀏覽量：8921????時間：2023年08月01日????標簽: 電池散熱水冷板新能源汽車

01電池冷卻與電池水冷板

隨著國家新能源汽熱管理的深入推進，新能源汽車行業(yè)受到了越來越多的人關(guān)注。動力電池作為新能源汽車的心臟，其安全性,壽命,續(xù)駛里程,性能也成為廣大用戶關(guān)注的焦點。為了提高電池的性能，延長 CFD計算壽命，增加車輛的續(xù)駛里程，防止動力電池出現(xiàn)安全性事故，電池的工作溫度就成為關(guān)鍵因素之一。

在一眾電池冷卻方案中，液冷以其大比熱容、高換熱系數(shù)，成為超越風冷、相變冷卻的主流冷卻方式。動力電池在工作中產(chǎn)生的熱量，通過電子部件與板型鋁質(zhì)器件表面接觸的方式傳遞，最終被器件板內(nèi)部流道中的冷卻液帶走，這個板型鋁質(zhì)器件就是水冷板。

水冷板的設(shè)計形式及其布置位置也是多種多樣的，主要根據(jù)電池的類型，電池系統(tǒng)整體的布置來確定。加之為了保證大能量電池包溫度均勻性，整個熱管理系統(tǒng)基本都采用多并聯(lián)支路設(shè)計，冷卻流道越長，溫度均勻性控制越困難，例如特斯Model X單冷卻管道長度約5.2m到model3單冷卻管道變?yōu)榧s1.9m，通過初步CFD計算，電池系統(tǒng)整體均勻性有了很大提高。

02電池水冷板的工藝變遷

電動汽車從早期的普通油改電，到降本要求下電池PACK方案的優(yōu)化，水冷板工藝路線也在歷經(jīng)變化。

初代產(chǎn)品-擠出鋁型材水冷板

型材水冷板的用料是板厚2mm左右的6系鋁型材，無需用到懸浮設(shè)計，直接拿VDA模組往上堆，每塊放置3-4個模組，也可以把水流道集成到箱體底部，所有模組都堆到了水冷板上面，強度可見一斑。

<焊接>

圖1 擠出型材水冷板工藝

但是，這種冷板的成型工藝比較復(fù)雜，早在“遠古”時代，如果要做大的板子，由于沒有那么大的模具，需要將兩至三塊板子用攪拌摩擦焊拼在一起，另外，該類型的水冷板兩端堵頭需要通過焊接形成內(nèi)部水環(huán)路，所以整體工序較多而且工藝復(fù)雜，加上焊頭也是耗材，因此耗資較高。

圖2 攪拌摩擦焊工藝

二代產(chǎn)品-小型沖壓板與口琴管

水冷板的性能會影響動力電池的性能，從而直接影響到電動汽車的續(xù)航能力，擠鋁水冷板幾塊板子動輒十幾二十公斤流體大限制了電池的發(fā)揮，因而被直接打入了冷宮。

隨后市場把眼光投向了更輕便的沖壓板和口琴管，釬焊工藝的水冷板登上了歷史舞臺。先來說說釬焊這個工藝，其實釬焊在汽車工業(yè)應(yīng)用廣泛且成熟，汽車的前端散熱器、冷凝器和板式換熱器等都采用此工藝，一般采用3系的鋁材在焊接的位置涂上焊料然后過高溫（600℃左右）釬焊爐使焊料融化焊接而成，所以相對來說工序較簡單。

雖然他們采用同一種工藝，但是應(yīng)用上有所區(qū)別。沖壓板首先要將一塊平板沖壓出設(shè)計好的流道，流道深度一般在2-3.5mm，在用另一塊平板與之焊接在一起，兩塊板厚可以在0.8-1.5mm不等。而口琴管流道的橫截面類似口琴管形狀，兩端是集流體起匯流作用，所以內(nèi)部的流向只能直來直去，并不能像沖壓板那樣隨意設(shè)計，有一定的局限性。

圖3 audi e-tron三明治電池包中的口琴管

然而，當時的沖壓板單板并不大，純電較大電量的電池包需要6-8塊，加上SAE的快插接頭與管子，外加支撐泡棉與導(dǎo)熱墊，一套成本得上千，而采用口琴管能便宜30%以上，巨大的成本優(yōu)勢。

三代產(chǎn)品-液冷板一體化與集成化

隨著單電芯能量密度達到一定瓶頸之后，只能靠提高PACK成組率來提高整包的能量密度了，為了往電池包內(nèi)塞進更多的電芯，模組越做越大，甚至取消掉模組這個概念，直接往箱體上堆電芯，這就是CTP。與此同時，電池水冷板也朝著大板子的方向發(fā)展，要么就是選擇集成到箱體或者模組，要么就是做成一大塊沖壓板平鋪于箱體底部或者蓋在電芯頂面。

圖4 大眾MEB平臺電池包爆炸圖

03電池水冷板加工工藝--焊接

三種類型中，沖壓板式液冷板的功能復(fù)雜性會更高，因為它涉及到的沖壓和焊接的要求是十分苛刻的。同時，無論使用何種電池水冷板制造工藝，焊接都是很重要的一道工序。如今，水冷板的焊接加工工藝主要分為通電擴散接合、真空釬焊和攪拌摩擦焊三大類，因真空釬焊液冷板有設(shè)計結(jié)構(gòu)靈活、焊接效率高等特點，故在電動汽車領(lǐng)域被廣泛采用。

當前，隨著液冷板的結(jié)構(gòu)逐步多樣化，對焊接工藝的要求也越來越高，焊接也朝著以下6個方向發(fā)展：1）改善焊接能效，提高焊接生產(chǎn)率、降低焊接成本；2）提高準備車間的機械化和自動化水平，提高焊接質(zhì)量穩(wěn)定性；3）焊接過程自動化，改善焊接生產(chǎn)環(huán)境，解決惡劣勞動條件；4）新興工業(yè)的發(fā)展不斷推動焊接技術(shù)的前進；5）熱源的研究與開發(fā)不容忽視；6）節(jié)能技術(shù)是普遍關(guān)注的問題。綜上，這也對焊接設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)提出了更高的要求。

04電池水冷板焊接設(shè)備制造企業(yè)推薦（排名不分先后）

1）捷豹自動化：專業(yè)從事無鉛回流焊、無鉛波峰焊、真空回流焊等電子設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的國家高新技術(shù)企業(yè)。

2）萬宇科技：全系攪拌摩擦焊智能裝備的供應(yīng)商，最新研發(fā)產(chǎn)品有機器人回填式攪拌摩擦點焊設(shè)備等，并推出攪拌摩擦點焊&縫焊一體化解決方案。

3）焊威新能源：專業(yè)提供攪拌摩擦焊接加工共享智造及新能源汽車周邊生態(tài)產(chǎn)品服務(wù)的高科技企業(yè)，攪拌摩擦焊技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用新能源汽車鋁電池托盤、汽車輪轂、水冷電機殼、各種水冷板、鋁鑄件密封、5G基站配件等鋁合金產(chǎn)品焊接。焊威合作客戶包括比亞迪、寧德時代、小鵬汽車等知名企業(yè)。

4）友智機械科技：專業(yè)從事創(chuàng)新型環(huán)保節(jié)能設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，擁有臺灣中/高頻感應(yīng)熱處理智能設(shè)備全套生產(chǎn)線和技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，為工業(yè)機械設(shè)備改造提供多元化的綜合解決方案。

5）冠業(yè)精工：專注于日本”通電擴散接合”工藝的研發(fā)及銷售。用于異種金屬、金屬與非金屬、異種非金屬的接合方案。為客戶提供最新接合工藝的解決方案與接合設(shè)備專業(yè)制造，以及產(chǎn)品定制獨有接合工藝。

6）世佳博：攪拌摩擦焊細分領(lǐng)域全球知名的“整體解決方案”提供商。可為來自航空、航天、船舶、軌道交通、汽車、電力電子、治煉、民用建筑等領(lǐng)域客戶提供快捷高效的攪拌摩擦焊接服務(wù)。

7）廣東聯(lián)洋：主要產(chǎn)品有工業(yè)弧焊智能設(shè)備、等離子切割機、焊接電源、激光焊接設(shè)備、智能啟動電源、儲能電源設(shè)備等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于智能焊接機器人、造船、電網(wǎng)、汽車制造等領(lǐng)域，為各類大型工程、工業(yè)設(shè)施設(shè)備工廠提供焊接解決方案。

8）立騰自動化：在汽車、航天、船舶等焊裝、總裝及自動化領(lǐng)域，立騰人不斷探索、銳意進取，對裝備的核心技術(shù)不斷地進行更新?lián)Q代，為產(chǎn)品競爭力提供了堅實的技術(shù)保障。主要客戶有長安汽車集團、力帆汽車集團、廣汽集團、華晨汽車集團、東風小康、江淮汽車集團、吉利汽車集團、淮海集團、金龍集團，江蘇開沃及配套企業(yè)并服務(wù)于眾多新能源汽車廠家等。

05總結(jié)

2023年至2030年新能源乘用車BEV車型銷量在550萬輛至824萬輛，液冷板單價取750元/套，對應(yīng)市場規(guī)模28億元至49億元，相應(yīng)地，PHEV市場規(guī)模在7億元至14億元之間，新能源乘用車市場整體35億元到63億元之間。液冷板主要應(yīng)用在新能源汽車上，因而，預(yù)計2026年中國液冷板市場規(guī)模將達到70億元左右。因此，與水冷板加工相配套的水冷板焊接設(shè)備也具有巨大的市場潛力。