CN108181356A - 一种电池焊接质量的测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种电池焊接质量的测量方法，涉及电池测量领域。本发明是为了解决现有电池焊接质量测试方法会对电池造成二次损伤或准确度差的问题。本发明所述的一种电池焊接质量的测量方法，在电池电极与焊接在电极上的电极片之间输入电流Ibc，检测电池电极与电极片之间的电压Uad，获得电池电极与电极片之间焊点的电阻值Rx，判断焊点的电阻值Rx是否小于标准阈值，若Rx小于标准阈值则表示焊接质量为优，否则焊接质量为差。本发明适用于对电池的焊接质量进行检测。
Description
技术领域
本发明属于电池测量领域。
背景技术
目前，电池在电动汽车、储能等各领域的应用越来越广泛，几乎包括了生活、生产、科研的所有领域。尤其是近期，国内外新能源汽车发展迅速，电池的需求量越来越大，对电池的性能要求也越来越高。在电池大规模应用的场合，经常需要多只单体电池进行串并联成为电池模块，因此需要对电池的正负极进行焊接，焊接质量直接影响电池模块的性能，甚至直接影响电池的安全性和使用寿命，尤其对于小圆柱电池或小方型电池的的电极焊接，焊接质量非常重要。
电池模块在生产的过程中，如何保证单体电池焊接质量是非常重要的。一个电池模块常常由几百甚至几千只小电池串并联，如果有一只没有焊接好，产生虚焊，则运行时就会出现打火现象，甚至引发安全事故，严重时会发生燃烧或爆炸，目前的电动汽车运行时发生的燃爆事故，有较大比例是由焊接质量引起的。这样就对焊机的可靠性和稳定性要求非常高，即使这样，目前国内外电池企业的焊接工序合格率在千分之几，国内有些厂家合格率在百分之几，远远不能达到安全要求。基于以上众所周知的原因，几乎所有的电池模块生产厂家都知道要对电池的焊接质量进行监测、检查、评估。但是，目前国内外的检测方法是；绝大部分厂家采用“拉力测试法”，即在焊接后施加一定的拉力，例如300克，拉不下来即判定为合格，这种方法存在较大的弊病，属于破坏性试验，有时甚至反而会影响焊接质量。例如：原来焊点可承受拉力310克，拉力测试后仅剩10克，电动汽车运行后稍加震动就会很快脱焊发生事故；如果不进行拉力测试，可能短时间还不会出问题。目前，国外已经有少数资金雄厚厂家采用了“视觉分析法”，这是一种非接触性方法，优点是不会对焊点损伤，缺点是准确率较低，只能根据所焊接的上表面的图案来推断焊接的质量。而焊接质量主要是由被焊接的两片金属相接触的两个表面决定的，例如：存有油污或灰尘等影响焊接的物质。而“视觉分析法”是看不到这个接触面的，因此，“视觉分析法”测量的准确度很差。
目前，如何无损伤、准确测量电池正负极的焊接质量，已经成为电池行业的难题，已经严重影响电动汽车动力电池的性能质量和安全性。
发明内容
本发明是为了解决现有电池焊接质量测试方法会对电池造成二次损伤或准确度差的问题，现提供一种电池焊接质量的测量方法。
一种电池焊接质量的测量方法，具体如下：
在电池电极与焊接在电极上的电极片之间输入电流Ibc，检测电池电极与电极片之间的电压Uad，
利用下式获得电池电极与电极片之间焊点的电阻值Rx，
Rx＝Vad/Ibc
判断焊点的电阻值Rx是否小于标准阈值，若Rx小于标准阈值则表示焊接质量为优，否则焊接质量为差。
本发明所述的一种电池焊接质量的测量方法，能够在一秒钟内对电池焊点无损伤进行测量，实现无损伤、准确、快速测量电池正负极的焊接质量。
附图说明
图1是具体实施方式所述的一种电池焊接质量的测量方法的测量电路示意图；
图2是电极片为有孔金属片时的顶视图；
图3是电极片为窄金属片时的顶视图。
具体实施方式
电池模块在生产的过程中，如何保证单体电池焊接质量是非常重要的。一个电池模块常常由几百甚至几千只小电池串并联，如果有一只没有焊接好，产生虚焊，则运行时就会出现打火现象，甚至引发安全事故，严重时会发生燃烧或爆炸。目前国内外的检测焊接质量的方法是采用“拉力测试法”，这种方法存在较大的弊病，属于破坏性试验。也有少数厂家采用“视觉分析法”，测量的准确度很差。
基于上述问题，以下具体实施方式中提出一种实现无损伤、准确、快速测量电池正负极的焊接质量的方法，能够在一秒钟内对电池焊点无损伤进行测量，并且达到较高的准确度。
本实施方式所述的一种电池焊接质量的测量方法以电池的正极，即电池帽为试验电极。如图1所示，电池正极是电池3的电极帽31，上表面是平面结构。将电极帽31表面与电极片4压紧后进行焊接，形成焊接点5，焊接时可采用激光焊、电阻焊或超声波焊。并且，根据需要不同可以是一个焊接点5或多个焊接点5。所要测量的焊点电阻值Rx是电极片4和电极帽31之间的多个焊点5的并联电阻。
测量时，一个电流探针21与电极帽31接触，另一个电流探针21与电极片4接触，在两个电流探针21间接入电流源2，电流源2通过一个电流探针21、电极帽31、焊接点5、电极片4、另一个电流探针21流过电流Ibc。电压探针11一个与电极帽31接触，另一个电压探针11与电极片4接触，电压检测器1检测两个电压探针11之间的电压Vad，则焊点的电阻值Rx如下式：
Rx＝Vad/Ibc，
判断焊点的电阻值Rx是否小于标准阈值，若Rx小于标准阈值则表示焊接质量为优，否则焊接质量为差。。
上述方法中电极片4可以是中间有探测孔41的金属片，探测孔41的作用是给电极帽31通电和测量电极帽31的电压，如图2所示。探测孔41可以是圆形、矩形或其他可以接入两个以上的探针触点的其他形状。电极片4也可以是宽度小于电极帽31直径的窄金属片，如图3所示。金属片可以是铜、铝、铁、不锈钢或其他合金等金属材料制成。
电压探针11和电流探针21均是金属材料制成，也可以是其他材料安装金属触点制成。
电流源2是一个能量输出装置，提供测量所需的电流，可以是直流、交流或任意连续变化的电流。电压检测器1为是模拟仪表、数字仪表、单片机、DSP或计算机信号采集装置。其工作任务是精确检测两个电压探针11之间的电压。
在应用时，还能够利用显示器接收电压检测器1检测的信号，用于显示测量结果。显示器为数字仪表显示、模拟仪表显示、LCD显示器、UFB显示器、STN显示器、OLED显示器、TFT显示器、LED显示器或CRT显示器。根据不同的工艺要求利用控制器控制电流源2给出所需要的电流，并控制电压检测器1采集电压。还能够计算出焊点的电阻值Rx。控制器可以采用数字信号处理器DSP或具有信号处理功能装置，例如：工业控制机，可编程序控制器，以及其他系列的单片机嵌入式系统。
上述方法适用于对各种形状或型号的电池进行测量，可以是锂离子电池，镍氢电池、镍镉电池、银锌电池、锂硫电池、铅酸电池等各种二次电池。
具体实施例
在本实施例中电池采用18650型号磷酸铁锂1.5Ah/3.2V单体电池，其电极帽为圆形，直径12mm，表面平整。电压检测器是一个电压检测装置，接收控制器的信号并采集电压Vad。具体地，本实施例采用ADI公司的高速模数转换器AD9220实现信号的采集，AD9220最高采样速率可达10MHz，采用外部晶体振荡器8MHz，FPGA内部通过采样实现信号存储。可以采集电池模块的电压信号，并转换成数字信号输出。电流源采用ZM20-12ET开关式受控直流恒流电源，受控输出电流范围1-10A，最大输出电压限制3V，电流准确度0.2％，可以接受控制器的控制信号，准确调节输出电流。控制器采用数字信号处理器DSP。数字信号处理器DSP由大规模或超大规模集成电路心片组成、用来完成信号处理任务的处理器。为了实现快速计算功能，数字信号处理器采用了TMS320F2812DSP应用系统板，TMS320F2812DSP应用系统板带有数模转换器与模数转换器，因此是一种优选地的信号处理和控制装置。显示器接收电压检测器和控制器的电压并显示出来。具体采用TPC-150T-ATOM型号15寸工业级平板电脑，15寸真彩液晶显示屏，分辨率1024x768，配备工业控制常用接口，硬盘采用独特抗震设计，可以存储一年的传输数据，供质量管理和统计分析用。采用6～30V直流电源输入，满足工业现场抗干扰供电。
具体操作如下：
试验1：将电池与电极片采用激光焊接机焊接2个焊点后，按图1的电路图连接，接通所有设备电源，启动控制器设置电流源的输出电流为2A，检测两个电压探针11之间的电压Vad为10mV，则计算得焊点的电阻值Rx为5mΩ。
试验2：将电池与电极片之间放置一根毛发，然后采用激光焊接机焊接2个焊点，按图1的电路图连接，接通所有设备电源，启动控制器设置电流源的输出电流为2A，检测两个电压探针11之间的电压Vad为18mV，则计算得焊点的电阻值Rx为9mΩ。
试验3：将电池与电极片采用激光焊接机焊接3个焊点后，按图1的电路图连接，接通所有设备电源，启动控制器设置电流源的输出电流为2A，检测两个电压探针11之间的电压Vad为7mV，则计算得焊点的电阻值Rx为3.5mΩ。
试验4：将电池与电极片采用激光焊接机焊接2个焊点后，按图1的电路图连接，接通所有设备电源，启动控制器设置电流源的输出电流为5A，两个电压探针11之间的电压Vad为28mV，则计算得焊点的电阻值Rx为5.6mΩ。
如表1所示，根据4次试验的测试结果可知：试验1、试验3、试验4测试结果差异较小，焊接质量等级可判定为优；试验2测试结果与其他3次试验的测试结果差异较大，因此其焊接质量等级判定为不良。
表1试验参数表
| 焊点数 | Vad(mV) | Ibc(A) | 其他因素 | Rx(mΩ) | |
| 试验1 | 2 | 10 | 2 | 5 | |
| 试验2 | 2 | 18 | 2 | 毛发 | 9 |
| 试验3 | 3 | 7 | 2 | 3.5 | |
| 试验4 | 2 | 28 | 5 | 5.6 |
上述试验结果表明本实施例可以有效的反应出焊接的接触电阻，进而判断出焊接质量等级。本发明提供一种实现无损伤、准确、快速测量电池正、负极的焊接质量的方法，能够在一秒钟内对电池焊点无损伤进行测量，并且达到较高的准确度。
Claims (5)
1.一种电池焊接质量的测量方法，其特征在于，具体如下：
在电池电极与焊接在电极上的电极片之间输入电流Ibc，检测电池电极与电极片之间的电压Uad，
利用下式获得电池电极与电极片之间焊点的电阻值Rx，
Rx＝Vad/Ibc
判断焊点的电阻值Rx是否小于标准阈值，若Rx小于标准阈值则表示焊接质量为优，否则焊接质量为差。
2.根据权利要求1所述的一种电池焊接质量的测量方法，其特征在于，电池电极为正极或负极。
3.根据权利要求1所述的一种电池焊接质量的测量方法，其特征在于，电极片为中间开有探测孔的金属片或宽度小于电极帽31直径的窄金属片。
4.根据权利要求1所述的一种电池焊接质量的测量方法，其特征在于，输入电流Ibc为直流或交流。
5.根据权利要求1所述的一种电池焊接质量的测量方法，其特征在于，输入电流Ibc为连续变化的电流。
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