CN113604714A - 新能源车用电池模组端板制备方法、电池模组及端板 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源车用电池模组技术领域，具体涉及一种新能源车用电池模组端板制备方法、电池模组及端板。所述新能源车用电池模组端板制备方法包括：S1：将原料熔化，得到铝液；S2：除气；S3：压铸成型得到毛坯料；S4：对毛坯料进行固溶和时效处理。本发明的有益效果是，选用A356.2铝合金作为主要原料，通过对铝合金进行隋性气体精炼除气，设置相应的热处理参数，克服了现有合金材料工艺不合理导致力学性能低的问题，提高了铝合金材料的力学性能，可以实现压铸铝合金电池端板与挤压型材侧板的焊接要求。

Description

新能源车用电池模组端板制备方法、电池模组及端板
技术领域
本发明属于新能源车用电池模组技术领域，具体涉及一种新能源车用电池模组端板制备方法、电池模组及端板。
背景技术
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括四大类型混合动力电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、其他新能源（如超级电容器、飞轮等高效储能器）汽车等。非常规的车用燃料指除汽油、柴油之外的燃料。
传统方形电池模组外框由端板和侧板围合并焊接而成，端板常用材质有塑料、铝合金和镁合金。由于三元电芯膨胀力较大，一般选择金属端板。在膨胀、振动、冲击等工况时，相对于传统方形电池模组的钢带捆扎和挤压型材焊接，压铸铝合金端板和挤压型材侧板的焊接更加有助于汽车模组的轻量化。
但是，压铸铝合金与5系挤压铝材（不同材质间）采用激光焊接工艺进行焊接时易爆孔和开裂。并且不能满足锂电池模组外框的电芯膨胀力工况。
发明内容
本发明提供了一种新能源车用电池模组端板制备方法及电池模组端板。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源车用电池模组端板制备方法，包括：
S1：将原料熔化，得到铝液；
S2：除气；
S3：压铸成型得到毛坯料；
S4：对毛坯料进行固溶和时效处理。
进一步的，步骤S1中原料包括铝锭；
所述铝锭的主要成分及各成分的重量百分比含量为：Si：6.5-7.0%；Fe：≤0.10%；Cu：≤0.08%；Mn：≤0.05%；Mg：0.30～0.45%；Ti：0.07～0.20%； Zn≤0.05%；Al为余量。
进一步的，步骤S1中原料还包括回炉料；
所述回炉料在原料中的重量百分含量≤30%。
进一步的，步骤S1中的熔化温度为：730-760℃。
进一步的，步骤S2中除气的步骤包括：
S21：将清渣剂重量按铝液重量的0.05%-0.1%通过石墨转子中氮气吹入铝液中，设定精炼转速400-600rpm，氮气流量要求 12-18L/min。
S22:进行精炼1，参数：预处理时间 10s；旋涡时间10-15s；清渣剂加入时间15±3s；清渣剂反应时间15±3s；除气时间130±10s；管路清洗3s；完成后将表面浮渣打捞干净。
S23:进行精炼2，参数：除气时间 480-600s；管路清洗时间3s。完成后将表面铝渣浮渣清理干净。
进一步的，步骤S2还包括除气后使铝液密度指数≤0.05%。
进一步的，步骤S3中压铸成型得到毛坯料的步骤包括：
将合金液通过专用模具和超低速工艺成型零件；
压铸铝合金液的温度为700-720℃。
进一步的，步骤S4中固溶温度490-560℃，保温2-4小时，60S内淬水处理，时效处理温度为160-210℃，保温4小时。
第二方面，本发明还提供了一种采用如前所述的制备方法制得的电池模组端板。
第三方面，本发明还提供了一种电池模组，包括：侧板和如上所述的电池模组端板；所述侧板和电池模组端板采用焊接连接。
本发明的有益效果是，选用A356.2铝合金作为主要原料，通过对铝合金进行隋性气体精炼除气，设置相应的热处理参数，克服了现有合金材料工艺不合理导致力学性能低的问题，提高了铝合金材料的力学性能，可以实现压铸铝合金电池端板与挤压型材侧板的焊接要求。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的新能源车用电池模组端板制备方法的流程图；
图2是本发明的新能源车用电池模组端板制备方法的压铸示意图。
图中：铝液1，浇口2。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，压铸铝合金与5系挤压铝材（不同材质间）采用激光焊接工艺进行焊接时易爆孔和开裂。并且不能满足锂电池模组外框的电芯膨胀力工况。此外，一般的压铸铝合金液中含有气体，在热处理过程中(高温时)常常会产生鼓泡现象，此时材料强度大幅度下降，铸件内近表面层的压缩气孔得以自由膨胀，从而在焊接过程中造成爆孔等缺陷；另外在固溶处理阶段压铸铝合金已经有变形，经过淬火过程中会加速产生变形。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源车用电池模组端板制备方法，包括：
S1：将原料熔化，得到铝液；
S2：除气；
S3：压铸成型得到毛坯料；
S4：对毛坯料进行固溶和时效处理。
在步骤S1中，可选的，原料可以包括铝锭和回炉料；所述回炉料在原料中的重量百分含量≤30%。
其中，所述铝锭可以是美国ASTM B179：2006标准中牌号为A356.2的铸造铝合金，主要成分及各成分的重量百分比含量为：Si：6.5-7.0%；Fe：≤0.10%；Cu：≤0.08%；Mn：≤0.05%；Mg：0.30～0.45%；Ti：0.07～0.20%；Zn≤0.05%；Al为余量。采用A356.2牌号的铝合金，其Fe：≤0.10%，与合金其他各元素成分配比可以避免焊接时出现裂纹。可采用可旋转AB保温炉保温。AB保温炉可以是可旋转的双炉体电磁保温炉，一个炉用于冶炼，另一炉用于冶炼后的保温，以备压铸用。
在步骤S1中，可选的，熔化温度为：730-760℃。
步骤S2中除气的步骤包括：
S21：将清渣剂重量按铝液重量的0.05%-0.1%通过石墨转子中氮气吹入铝液中，设定精炼转速400-600rpm，氮气流量要求 12-18L/min。
S22:进行精炼1，参数：预处理时间 10s；旋涡时间10-15s；清渣剂加入时间15±3s；清渣剂反应时间15±3s；除气时间130±10s；管路清洗3s；完成后将表面浮渣打捞干净。
S23:进行精炼2，参数：除气时间 480-600s；管路清洗时间3s。完成后将表面铝渣浮渣清理干净。
其中，清渣剂包括以下重量百分比含量的各组分：氟化钙≤10%，碳酸钠≤5%，氟铝酸钾＜1%，六氟铝酸钠＜1%，氟硅酸钠＜1%。清渣剂中的氟硅酸钠和氟铝酸钾部分组元在高温下极易分解，生成的气体易与氢反应，且与夹渣吸附力强，并迅速从熔体中逸出。
在步骤S2中，优选的，除气后使铝液密度指数≤0.05%。
在步骤S3中，可选的，压铸成型得到毛坯料的步骤包括：将合金液通过专用模具和超低速工艺成型零件；其中，铝液充填速度为0.05-0.8m/s。
参见图2，采用速度为0.05-0.8m/s的低速充填，可以防止发生卷气，降低孔隙率；模具的浇口面积大，浇口最后凝固，可以实现定向凝固及时补缩，减小铸件内部因材料冷却收缩导致的孔隙和缩孔；采用不含碳、石墨、石蜡成分的脱模剂，可以但不限于采用日米W-8001；碳、石墨等会烧结残留在铸件表面，高温焊接时碳不液化，导致焊缝强度存在缺陷。
在本发明的步骤S4中，优选的，固溶温度为490-560℃，保温2-4小时，60S内淬水处理，时效处理温度为160-210℃，保温4小时。
进一步的，本发明还提供了一种采用如上所述的制备方法制得的电池模组端板。
进一步的，本发明还提供了一种电池模组，包括：侧板和如上所述的电池模组端板；所述侧板和电池模组端板采用焊接连接。
实施例1
将铝锭和回炉料按8：2比例投入熔炼炉，熔化，熔化温度按740℃，等待铝液达到750℃的放水温度；放水前检测熔炼炉内铝水的化学成分，在铝液中通入惰性气体进行旋转除气使铝液密度指数≤0.05%；压铸铝合金液的温度为700℃，将合金液通过专用模具和超低速工艺成型零件；将完成压铸的毛坯料进行固溶和时效处理，固溶温度530℃，保温4小时，60S内淬水处理，时效处理温度控制在160℃，保温4小时。
实施例2-5及对比例1-3均按照实施例1中的方法步骤进行制备，工艺参数见表1。
对比例4和5分别采用A354和A356牌号的原料，工艺参数见表1。
表1 各实施例的工艺条件
熔化温度/℃ 铝液密度指数 压铸铝合金液的温度/℃ 固溶温度/℃ 固溶保温时间/h 时效处理温度/℃ 时效处理保温时间/h
实施例1 740 ≤0.05% 700 530 4 160 4
实施例2 750 ≤0.05% 720 500 3.5 180 4
实施例3 730 ≤0.05% 710 490 3.5 170 4
实施例4 760 ≤0.05% 720 540 4 180 4
实施例5 740 ≤0.05% 700 560 4 210 4
对比例1 730 ≤0.05% 700 480 3.5 190 4
对比例2 750 ≤0.05% 710 570 4 180 4
对比例3 760 ≤0.05% 700 580 4 170 4
对比例4 730 ≤0.05% 710 535 4 170 4
对比例5 750 ≤0.05% 700 535 4 170 4
对上述各实施例中制得的电池模组端板进行性能测试，并将测试结果汇总于表2。
表2 电池模组端板的性能数据
厚度/mm 宽度/mm 抗拉强度/MPa Rp0.2屈服强度/MPa E弹性模量/MPa 延伸率/%
实施例1 2.89 8.05 266 193 71 6.6
实施例2 2.82 8.02 273 199 72 6.4
实施例3 2.84 8.02 255 188 80 6.2
实施例4 2.80 8.03 261 180 73 6.3
实施例5 2.85 8.04 260 176 76 6.5
对比例1 2.87 8.02 239 145 64 2.9
对比例2 2.84 8.01 245 153 75 3.1
对比例3 2.80 8.03 236 168 69 2.4
对比例4 2.80 8.04 245 215 - 2
对比例5 2.85 8.02 255 220 - 3
实施例6
将实施例1（原料A356.2）制备的的压铸件与挤压型材侧板激光焊接，对焊缝进行性能检测：气孔率0.8%，焊接强度均值23KN。
对比例6
将对比例4（原料A354）制备的的压铸件与挤压型材侧板激光焊接，对焊缝进行性能检测：气孔率1%，焊接强度均值14KN。
对比例7
将对比例5（原料A356）制备的的压铸件与挤压型材侧板激光焊接，对焊缝进行性能检测：气孔率4%，焊接强度均值16KN。
综上所述，本发明通过采用美国ASTM B179：2006标准中牌号为A356.2作为主要原料，其铁含量≤0.10%，与合金其他各元素成分配比可以有效解决焊缝出现裂纹的问题；通过对铝合金进行隋性气体精炼除气，采用可旋转AB保温炉保温，除气后使铝液密度指数≤0.05%，采用不含碳、石墨、石蜡成分的脱模剂，通过设置相应的热处理参数，克服了现有合金材料工艺不合理导致力学性能低的问题，提高了铝合金材料的力学性能，机械性能满足抗拉强度＞235MPa、屈服强度＞160MPa、延伸率＞3%，可以实现压铸铝合金电池端板与挤压型材侧板的激光焊接工艺要求。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种新能源车用电池模组端板制备方法，其特征在于，包括：
S1：将原料熔化，得到铝液；
S2：除气；
S3：压铸成型得到毛坯料；
S4：对毛坯料进行固溶和时效处理；其中
步骤S1中原料包括铝锭；
所述铝锭的主要成分及各成分的重量百分比含量为：Si：6.5-7.0%；Fe：≤0.10%；Cu：≤0.08%；Mn：≤0.05%；Mg：0.30～0.45%；Ti：0.07～0.20%； Zn≤0.05%；Al为余量；以及
步骤S2中除气的步骤包括：
S21：将清渣剂重量按铝液重量的0.05%-0.1%通过石墨转子中氮气吹入铝液中，设定精炼转速400-600rpm，氮气流量要求 12-18L/min；
S22:进行精炼1，参数：预处理时间 10s；旋涡时间10-15s；清渣剂加入时间15±3s；清渣剂反应时间15±3s；除气时间130±10s；管路清洗3s；完成后将表面浮渣打捞干净；
S23:进行精炼2，参数：除气时间 480-600s；管路清洗时间3s；完成后将表面铝渣浮渣清理干净；以及
步骤S4中固溶温度490-560℃，保温2-4小时，60S内淬水处理，时效处理温度为160-210℃，保温4小时。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤S1中原料还包括回炉料；
所述回炉料在原料中的重量百分含量≤30%。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤S1中的熔化温度为：730-760℃。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤S2还包括除气后使铝液密度指数≤0.05%。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤S3中压铸成型得到毛坯料的步骤包括：
将合金液通过专用模具和超低速工艺成型零件；
压铸铝合金液的温度为700-720℃。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的电池模组端板。
7.一种电池模组，其特征在于，包括：
侧板和如权利要求6所述的电池模组端板；
所述侧板和电池模组端板采用焊接连接。
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