**摘要：**动力电池作为新能源汽车的核心零部件，其用来导电连接的配置就是其重中之重。动力电池电芯单体与模组母排之间的连接方式，不仅影响动力电池的制造效率，还决定动力电池生产是否可以实现自动化，其对动力电池模组装车以后的性能表现同样有不容忽视的影响。

常见的电池电连接在模组级别是采取激光焊接或超声波焊接方式，将电芯正负极极耳（或极柱）与模组控制电路板可靠地连接起来形成串并联回路，确保电池工作时电连接具备足够的力学强度和过电流能力。对焊接质量检测通常有4种方式，如表1所示。

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对于拉伸试验和金相检验，只有在对被焊接工件进行破坏的过程中或破坏后获得可量化的物理数据才能评估焊接质量，所以这些检测方法不能适应产业化的使用环境，不能用于量产产品的100%焊接质量检测；而射线探测，尽管可以不破坏被焊接工件就能检测焊接质量，但是由于使用到专用特殊装备，每检测一次耗时过长，效率低，且需要专业人员的操作和评判，同样也不能用于批量生产的100%质量检测。

外观目视检查虽然简便易行，但是由于过多地依赖于人的个体感官和主观判断，导致对于焊接质量的评价标准缺乏足够的稳定性和一致性。

激光焊接质量无损检测

本文主要讨论适用于批量制造的在线百分之百检测方式，包含外观检测和电性能检测。

焊缝表面缺陷视觉检测

通过线激光发生器投射一束光（黑白相间），打在焊缝表面并投影到平面，焊缝高度使激光条纹发生形变，摄像机捕捉到焊缝表面的变形条纹，然后通过变形算法计算获得焊缝高度形状尺寸等三维数据。

视觉检测仅可识别焊缝的外观缺陷，但是无法对焊缝内部缺陷如虚焊、熔深、气孔等不良进行判定。

充放电电压关系曲线

使用充放电设备对电池模组进行充放电测试，得到 N 串单体电芯的充放电电压时间关系曲线，判断 N 串单体电芯的电压一致性和压差是否符合标准要求，若符合则证明焊接质量良好，若不符合且某串电芯电压表现出充高放低现象，即某串电芯在充电时电压最高，放电时电压最低，如下图 第 160 串电芯，温差较其他电芯大，可判定该串电芯焊接质量异常。

充放电电压曲线 图源：动力电池BMS

红外热成像视觉检测

红外热成像视觉检测同样基于欧姆定律和焦耳定律，不良焊点接触电阻增大导致过流时温升变大的原理进行检测，其采用对电池模组进行大倍率的充电或放电，通常采用2C ～ 3C，使用红外热成像工业相机得到电池模组中热量的分布，当某个电池模组的热量分布高于阈值即其余电芯焊点平均温度值， 则判定该焊点焊接质量不合格为虚焊。

直流内阻测试

通过计算直流内阻和直流内阻极差判断焊点接触电阻是否异常，从而评估焊接质量的方法。因组成模组的电芯为同批次生产并经过分选配组， 其物理和化学特性一致性较好，ΔR 值非常小，而直流内阻可反映电池的各电阻和电容的叠加值，当某颗电芯焊点出现虚焊时，可从直流内阻的绝对值和极差判断焊点接触阻值是否异常，从而判定焊接质量是否存在缺陷。

直流内阻测试适用于电芯并联数量较少的模组，并联数量与连接排设计可能对测试结果产生干扰，使检测结果出现误判。

超声波焊接质量的无损检测

常见的超声波焊接质量的评价方法是：对焊接后的试样进行常温拉伸试验，记录焊件试样在拉伸机的作用下开始相互撕裂分离时的最大拉力值，以此作为焊接质量的评价指标。由下图可见，这也同样属于破坏性的检测方式，难以用于批量生产。

图源：动力电池BMS

超声波焊接的工作原理是两焊件以搭接的形式固定好相互位置，在静压力作用下，利用超声波的高频振荡使焊件接触表面产生强烈的摩擦作用，消除焊件表面氧化物并伴随有限的温升，在焊件母材不发生熔化的情况下实现冶金结合的一种压焊方法（如图7）。在动力电池系统上采用超声波焊接来实现有效电连接，除了需要保证连接点处有足够的力学强度，不会因外力作用发生脱焊或撕裂而出现电连接失效外，还需要保证连接点处的接触电阻足够小，具备足够的过电流能力，避免在动力电池系统大电流充放电过程中出现局部热量集中而发生安全事故。

图源：电动知道

对于超声波焊接的力学强度，根据焊接系统结构及工作原理，一旦焊接系统完成焊接功率、振动频率、振幅、静压力、焊接时间等参数的设定，那么对应的力学强度就会随之被确定下来，因此可以沿用拉伸试验对焊接的力学强度进行定期抽检，以验证整个超声波焊接的声学系统及焊接参数的稳定性。

而对于超声波焊接的接触电阻，公众号动力电池BMS,根据电阻值的计算公式可知，电阻值大小与导电体的横截面积有关，而这里的横截面积即为焊接连接面积。因此，获取超声波焊接的接触电阻，不但可以评价焊接连接点处的电性能状态，而且可以同时评价焊接连接的有效面积。焊接接触电阻的测量方法，即采取搭建恒电流回路的方式（如下图），通过对可变电阻的调节，获得稳定的电流，再采集回路上电压的大小，即可计算出焊接连接点处的电阻值。由公示R=U/I可知，当电流I保持不变，则焊接电阻R仅与电压U成正比关系，消除回路中其他部件对最终测量结果所产生的干扰。

测量焊接电阻的技术核心，在于焊接连接点夹具的设计。首先要确保工作效率，由图7可知，需要测量的动力电池焊接点数量众多，夹具运动耗时和系统测试耗时必须满足量产节拍的要求。此外，夹具的连接需要具备一定的连接可靠性，不但要尽可能地减小夹具与焊接面之间的接触电阻，使得系统测量数值能更加准确地反映焊接连接点处的接触电阻，而且需要夹具具备一定的柔性，能适应于不同焊后状态的连接点夹持要求。

通过系统研发，完成了一套焊接电阻测试夹具的设计，利用导杆8实现夹具与动力电池模组之间的相对位置固联，在气缸1的驱动下运动控制机构4推动金属夹片7的动片沿导轨部件6向金属夹片7的定片运动，实现对焊接连接点的夹持作用。测试系统的电路连接部件，通过导轨6及金属夹片7形成测量回路。经过系统验证，该套机构可实现对52对电池模组极耳超声波焊接质量的同时检测，实现毫秒级的夹持和测试，测量精度可达5μΩ，满足批量生产100%无损检测的要求。

结语

新能源汽车电气系统安全故障中比较常见的为动力电池系统电连接故障。因此，焊接作为动力电池系统中电连接的主要工艺，其连接质量必须要在装配制造过程中得到有效的检测和控制