浅谈铝制电池托盘的加工工艺

文摘 2024-11-10 00:34 重庆

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铝制电池托盘概述

随着社会的不断进步，汽车行业得到迅猛发展。与此同时，能源问题日益紧迫，汽车带来的环境问题备受关注。大力发展新能源汽车产业是缓解能源危机、降低温室效应、减少环境污染的有效途径。目前，新能源汽车已经成为汽车工业变革的重要方向。新能源汽车以电池作为动力驱动汽车运行，电池托盘在保护电池正常安全工作中起到关键的作用。目前，常见的电池托盘有三种，分别是钢制电池托盘、压铸铝电池托盘、挤压铝电池托盘。其中，挤压铝电池托盘最受推崇。

相较于钢制电池托盘，电池托盘选择铝材质有诸多好处，如密度小，同等体积下质量更轻，节省能源。铝材质具备良好的耐腐蚀性、耐候性，可抵抗外界恶劣的环境。铝材质可加工性能及塑性极佳，可有效降低生产成本。与压铸铝电池托盘相比，挤压铝电池托盘设计更加灵活，并且更易于修改完善设计方案。挤压铝电池托盘尺寸规格的多样性及应用的广泛性也是压铸铝电池托盘无法相比的。由此，挤压铝电池托盘在各个领域都有广泛应用。

笔者介绍铝制电池托盘的加工工艺，并重点分析生产过程中对铝制电池托盘质量影响较大的底板水道口密封，为优化生产工艺、提高产品工艺质量提供参考。

铝制电池托盘结构

铝制电池托盘以挤压铝型材为基础材料，通过焊接方式将各个部件组合为一个整体，形成完整的框架结构。部分位置采用板材，作为型材腔体的密封堵板。紧固件包括六角拉铆螺母、压铆螺柱、M12×1D钢丝螺套、M8×1.25D钢丝螺套。

铝制电池托盘结构如图1所示，主要部件包括底板、左型材边梁、右型材边梁、前型材边梁、后型材边梁、模组安装梁等。四种边梁分别采用三种不同截面的L形型材，L形型材更有利于与底板进行焊接。两个模组安装梁分别位于底板与前后型材边梁的焊道之上，作用是作为电池模组的支撑平面及连接点。铝制电池托盘的上沿安装多个六角拉铆螺母，用于连接电池包上盖板形成密闭空间，从而保证电池模组的正常工作。设置灭火器固定底座，由灭火器支架与压铆螺柱通过压铆方式组合而成，焊接在前型材边梁内侧。在铝制电池托盘底部外侧均匀分布六个M12×1D钢丝螺套，起到连接汽车与电池托盘的作用。两个模组安装梁上分别装有六个M8×1.25D钢丝螺套，作用是连接三个并排摆放的电池模组。

图1 铝制电池托盘结构

铝制电池托盘经过多次试验，不断完善生产工艺，更改设计结构，最终达到客户的使用要求。在这一过程中，对铝制电池托盘的结构及使用特点也有了更深入的了解。

工艺流程

原材料挤压铝型材经过锯切工序形成近似各单件的长度或直接锯切成型，通过机加工及打磨等工序后完成单件加工。铝制电池托盘所有零部件涵盖的加工工艺包括锯切下料、激光下料、机加工、打磨、装配组对、焊接、气密性检测、压铆、拉铆、胶接等，整体加工工艺如图2所示。

图2 铝制电池托盘整体加工工艺流程

工艺分析

4.1 单件加工

作为铝制电池托盘最基础的组成部分，所有单件都需要经过下料及机加工，来满足尺寸公差要求。板材的下料工艺为激光切割下料，优点是效率较高，并且满足非精密装配的使用要求。型材的下料方式为数控锯切下料，优点是生产效率高，成本低，精度可以满足多数使用场合要求。对于异形特征或精度要求较高的位置，使用三轴数控加工中心来完成加工。单件加工质量直接影响铝制电池托盘整体的装配精度、尺寸公差、平整度、外观表面质量。

4.2 装配组对

单件之间的装配精度对于后续焊接质量影响极大，也是铝制电池托盘密封性能是否达标的重要因素。特别是底板水道口与堵块的装配效果，对水道焊接起决定性作用。箱体的密封性取决于前后边梁及左右边梁的装配精度和焊接质量。若单件之间个别位置间隙偏大，将无法进行焊接。若薄弱位置未装夹到位，在焊接过程中会导致出现严重变形，影响尺寸。装配时，将单件平放于多功能平台上，用工装块固定后夹紧，之后进行检测初始尺寸、点固处理，准备焊接。

4.3 焊接

检测装配组对后的尺寸无误，在重点受力位置进行点焊固定，在保证当前尺寸的基础上将各单件连接在一起，减小满焊变形量。最后进行满焊，这是保证铝制电池托盘密封性的收口工序。任何一个位置的焊接缺陷都会造成气密性检测失败。

4.4 气密性检测

气密性检测可分为水道检测和箱体检测两个部分。水道检测时，使用快插接头连接水嘴，向水道内充气400 kPa左右。充气后将箱体完全浸入水槽，保压3 min，观察有无连续气泡产生。有气泡判定为不合格，没有气泡判定为合格。箱体检测时，使用检漏仪配合工装向箱体内充气至3 500±500 Pa，保压结束测试60 s，压降不大于38 Pa判定为合格。

4.5 整体机加工

对于一些尺寸公差、形位公差要求较高的特征，如模组安装梁安装面的平面度要求0.3 mm、上沿六角孔位置度要求0.5 mm、底面平面度要求0.5 mm等，若采用常规生产方式,即单件加工所有特征后再进行焊接，将会受到单件偏差、装配偏差、焊接变形的影响，导致这些关联尺寸无法满足图纸要求。对此，只有通过先焊接再进行整体机加工的方式才能满足要求。

4.6 铆接

铆接分为拉铆和压铆两种方式。拉铆时，通过拉铆枪将六角拉铆螺母与铝制电池托盘的上沿进行铆接连接，适用于后期整体装配时铝制电池托盘与上盖的螺栓连接。压铆时，通过压铆机利用铝型材的塑性将钢制压铆螺柱与铝制支架相互挤压，成为一个整体，适用于连接小部件与箱体主体。

4.7 尺寸检测

尺寸检测方式分为质检员测量与三坐标测量两种。线性尺寸由质检员通过卡尺、卷尺来完成测量，位置度、平面度等形位公差尺寸进行三坐标测量。

4.8 底板水道口密封

作为冷却液的循环通道，底板的质量及密封性是铝制电池托盘加工的关键。塞块如图3所示，型材底板如图4所示，两者装配焊接形成底板。利用型材底板的多个型腔作为冷却水管道，型材一端连接进水口和出水口，相互不连通，型材的另一端只密封端口，进出水型腔相通，这样形成从进水口流入，经过型材腔体，再从出水口流出的回路，达到冷却电池的目的。

图3 塞块

图4 型材底板

底板水道口密封如图5所示。塞块为T形结构，塞入型材底板的部分厚度为5 mm。型材底板在两端面分别加工掉一部分立筋，形成高5 mm的开口，与塞块咬合在一起。两者为间隙配合，既要保证安装过程顺畅,又要避免间隙过大导致焊接过程中出现严重变形,影响焊接质量。因为型材底板与塞块接触位置属于细长形截面，且型材壁厚仅2 mm，在加工过程中极易出现轻微变形，所以要适当增大间隙，不建议采用常规间隙配合来进行装配组对。

图5 底板水道口密封

经过数次试验，当间隙大于0.5 mm时，装配顺利，但两者无法紧密贴合，焊接时会出现型材底板下陷的情况，导致焊缝有缺陷，密封性不佳。当间隙小于0.1 mm或没有间隙时，会出现三种情况。

第一，塞块难以顺利装配到位，需要借助外力敲击才能使焊接面贴合，同时配合位置的型材受到塞块的挤压出现凸起变形，不仅降低焊接质量，而且会影响其它单件的装配。

第三，塞块尺寸比型材底板开口尺寸大，无论如何敲击塞块与型材底板，都无法完成安装，且型材底板端面出现卷边，严重变形，最终导致报废。

通过试验，塞块厚度尺寸公差选择为-0.2 mm～-0.1 mm，型材底板水道开口高度尺寸公差选择为0～0.2 mm，安装过程顺利，且松紧度适中，焊接时无下陷现象，焊缝质量良好，气密性检测结果极佳，完全符合标准要求。

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