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电池大众娱乐组外壳轻量化对于提高电池组的能量密度具有重要意义。

大众娱乐研究以铝合金管为主要结构的电池壳，对铝合金管截面、搅拌摩擦点焊接头、连接技术等进行分析研究，从成本和工艺性等方面进行综合比较。 对该方案进行了分析验证。

大众娱乐合理的结构设计和连接方式可以有效保证外壳的整体硬度，增加加工难度，减轻外壳重量，为电池包外壳的轻量化设计提供参考。

大众娱乐经过近几年的快速发展，我国已成为全球新能源汽车产销量第一的国家。 随着国家2019年新能源汽车补贴政策的出台以及对续航里程要求的提升，对电池系统的能量密度提出了更高的要求。

大众娱乐提高电池能量密度的途径有两种：一种是降低单体电池的比能量； 另一个是减轻电池组的重量。 提高单体电池的比能量技术难度大，开发周期长，资金投入大。 相比之下，更容易实现电池组的轻量化结构。

大众娱乐铝合金在车辆上的应用并不少见。 铝合金具有密度小、比硬度高、热稳定性好、耐腐蚀、导热性好、无磁性、易成型、回收利用价值高等优点，是电池轻量化设计的理想材料包。

目前电池包外壳材料的主流方案是挤压铝合金外壳+PP/玻纤复合材料顶盖。

就目前的发展来看，铝合金外壳和塑料上盖的方案，具有轻量化的前景。 外壳采用挤压铝材+搅拌摩擦焊+MIG焊方案，综合应用成本低，性能满足要求，可实现风冷电池循环水道一体化。

大众娱乐上盖采用非金属上盖，主要采用PP/玻璃纤维+LFT-D模压成型工艺，既能提高生产效率又能满足火焰燃烧和密封性能要求，磨具成本低。

大众娱乐铝合金电池包外壳已经应用于多款新能源汽车，如奇瑞宋唐、蔚来ES8、北汽EV系列等，外壳可以提高电池包的能量密度，降低续航里程。 由此可见，铝合金电池包外壳具有广阔的市场前景。

01 铝合金电池包外壳结构

大众娱乐典型的铝合金拼焊电池组外壳如图1所示，外壳主要由铝合金管架和铝合金管底板，采用6系挤压铝材拼焊而成。

为保证点焊的硬度和密封性，选用低挠度、小变形的搅拌摩擦焊。 适用于铝合金管材的标准件通常有钢丝螺套、盲铆螺钉、压铆螺钉等。

大众娱乐除标准件外，其余均为100%铝合金。 外壳硬度高、重量轻、耐腐蚀性好。

图1 铝合金电池封装外壳

02设计方案介绍

1 断面结构与材质

框架和底板由挤压铝合金制成。 材料通常有6061-T6（屈服硬度，延伸硬度）、6005A-T6（屈服硬度，延伸硬度）和6063-T6（屈服硬度，延伸硬度）等，根据材料的复杂程度截面、成本、模具消耗和其他诱因来考虑选择哪种钢种。

大众娱乐这些材料的硬度为：6061-T6>6005A-T6>6063-T6，同截面挤压难度为：6061-T6>6005A-T6>6063-T6。

图2是框架的典型截面，由多个型腔组成，材料为6061-T6，壁厚最薄处为2mm。

大众娱乐车架的加工方案主要有两种：一种是整体铝挤压，然后进行机加工，零件整体性好，硬度有保证，但加工量大，成本高； 另一种是用铝拼焊。 ，该方案成本低，但熔池硬度较弱，需要验证熔池硬度是否满足要求。

在实际生产中，应综合考虑，选择最佳设计方案。

图2 框架部分

大众娱乐图3是底板的典型截面图，底板由多个空腔组成，包括下方的凸起，主要用于电池模组的安装。

由于断面规格大，长度仅为2mm，选用材料6005A-T6。 底部凸起如需安装钢丝螺纹套，可将下腔做实心。

非安装件可通过CNC设备去除，在保证硬度的同时使重量最轻。

图3底板截面

大众娱乐边框和底板是电池模组的承载体，对硬度的要求比较高，所以通常采用单层带工件的截面来保证硬度。 底板的长度通常为10mm左右，壁厚为2mm。 很少使用双层铝。

6063-T6材质较软，主要用于截面复杂或受力较小的零件。

2 连接设计

大众娱乐铝合金电池组外壳的主要连接方式有：搅拌摩擦点焊、MIG、铆接、压铆以及少量的钎焊和涂胶。

大众娱乐底板与底板、底板与框架的连接主要采用搅拌摩擦焊。 熔池硬度可达母材的80%左右。

与普通烧蚀方案相比，搅拌摩擦钎焊具有以下突出优点：

大众娱乐图4为铝底板搅拌摩擦钎焊接头，底板与底板两侧采用板对接方式进行钎焊。 双面钎焊硬度高，变形小。

在搅拌摩擦钎焊过程中，型腔上会产生很大的下压力。 因此，有必要减少工件的内部加强筋和圆角的长度。 钎焊深度越大模压托盘缺点，肋和圆角就越大。

表1为点焊长度与铝材规格的对应关系。

图4底板截面

表1 钎焊长度与铝材长度的对应关系

框架与底板的连接形式主要有两种：一种是双面搅拌摩擦钎焊； 另一种是外摩擦搅拌钎焊和内钎焊+涂层。

两种不同的连接形式所采用的铝合金接头也不同。

大众娱乐图5为框架与底板双面搅拌摩擦点焊连接方法。 为给搅拌头预留足够的空间，框架与底板的连接处的厚度应足够长，以防止框架与搅拌头发生干涉，以免降低产品的规格和挤压难度。铝框。 但双面钎焊硬度高，变形小，这也是它的主要优点。

图 6 显示了两侧的搅拌摩擦钎焊 + 外侧的 MIG 钎焊。 底板的两侧需要搭接在铝框上，铝框的搭接处要牢固，以满足搅拌摩擦钎焊的要求，为钎焊提供支撑； 外侧为MIG钎焊，根据情况选择满焊或断续钎焊。

这种连接方式效率高、难度低、成本低，而且由于内部采用点焊，可能存在熔池渗水的风险。 所以需要重新打密封胶来保证气密性，这也是一个隐忧。

大众娱乐图5 框架两侧和底板的搅拌摩擦钎焊

图6 框架和底板外部搅拌摩擦钎焊+内部MIG钎焊

3 密封设计

大众娱乐由于车辆行驶环境的复杂性，特别是当电池组安装在汽车发动机下方或较低位置时，当电动汽车遇到涉水、暴雨等危险情况时，可能会导致电池电气损坏是由于水汽侵入造成的。 因此，需要为电池系统提供防水防尘的环境。

电池包的密封性直接影响电池系统的工作安全，进而影响电动汽车的安全。

大众娱乐一般要求电池组的密封防护等级达到IP67，以保证电池组密封防水，使电池组不会因进水而漏电。

铝合金电池组外壳底板与底板之间应采用搅拌摩擦钎焊。 由于搅拌摩擦钎焊是一种液相连接技术，金属母材在点焊过程中不会熔化。 因此，与熔化钎焊相比，减少了气孔、裂纹等缺陷的发生。 因此，为更好地保证密封性能，钎焊应优先选用此类钎料。

如果框架与底板内侧之间采用点焊，则需要涂熔池密封胶以确保气密性。 好像是用发泡硅胶来保证外壳和上盖之间的密封性，连接的标准件本身也要保证密封性。 外壳法兰通常使用M5抽芯铆钉。

目前模压托盘缺点大众娱乐，已有厂家生产出表面带胶的铆钉螺丝，可专门用于电池组的防水密封。 通过铆钉的塑性变形，使胶水起到密封作用。

后端使用的螺孔压铆螺钉有一定的密封作用，外部附件也有密封圈，不再单独处理。

如发现渗漏，可进行涂装。

大众娱乐4、电池壳钢材与铝合金重量对比

铝的密度约为钢的1/3，是轻量化的理想材料。

表2为某钢制电池组外壳镀铝情况。 从表2数据可以看出，减肥效果达到了26.7%。 电池包外壳以铝代钢，不仅可以提高电池包的能量密度，也可以减少汽车的续航里程。

表2 钢制和铝合金电池包外壳重量对比

03 仿真分析

根据GB/.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池组及系统》第三部分：安全要求和试验方法，对铝合金电池组外壳的硬度、振动、挤压等方面进行仿真分析.

图7为某铝合金电池包外壳仿真分析结果

在：

04 经验推论

大众娱乐1、6061-T6和6005A材料的性能均能较好地满足设计要求。

大众娱乐2、挤压断面结构一体化看似加工量大，成本高，但有利于电池包硬度的提升，可以综合考虑。

3、搅拌摩擦钎焊既能保证熔池硬度，又能保证密封性。 是电池组外壳的最佳钎焊形式。

4、标准件采用具有防水功能的铆钉螺丝。

5、采用拼焊型材制作的铝合金电池组外壳具有成本低、减重效果好的特点。 减肥效果在25%以上。 可应用于新能源汽车，提高电池组能量密度，延长续航里程。

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