方殼電芯測試效率提升研究

陸伸瑞　韋明朗　覃富華

【摘? 要】本文主要以解決方殼電芯在測試過程中測試線束與測試樣件方殼電芯極耳無法穩固連接的問題為思考方向，提出設計一種測試工裝，以便能提高方殼電芯的測試效率。

【關鍵詞】方殼電芯；電芯極耳；工裝；測試效率

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0080-02

Research on Improving Test Efficiency of Square Shell Cell

LU Shen-rui，WEI Ming-lang，QIN Fu-hua

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Guangxi Laboratory of New Energy Automobile，

Guangxi Key Laboratory of Automobile Four New Features，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】This paper focuses on solving the problem that the test harness cannot be firmly connected with the lug of the test sample square shell core during the test of square shell cores. The research direction is designing a test fixture to improve the test efficiency of square shell core.

【Key words】square shell electric core；core lug；fixture；test efficiency

在中國，隨著國家環保政策的實施，以及人們環保意識的不斷增強，電動汽車的銷售量呈現逐年增長的趨勢。電動汽車最重要的零部件是電池，其安全性是人們選擇電動車最關心的選項[1]，而電池的核心部分是電芯，因此在開發過程中，會對電芯進行各種測試，如GB/T 38031—2020中規定的電芯過沖、過放等測試[2]，以保證電池的安全性。在測試過程中，其測試效率的高低直接影響測試成本，故所有對電芯測試效率提高的研究都尤為重要。

方殼電芯作為行業內應用較為廣泛的一種工藝形式，已經歷過各種測試及實際使用的考驗。隨著測試時間的不斷增長，測試過程的問題也不斷暴露，其中問題點之一就是在方殼電芯測試中往往因為電芯極耳無法與測試線束穩固連接，而被迫暫停測試，嚴重影響測試效率。本文通過設計一種使得測試線束與測試樣件方殼電芯極耳穩固連接的工裝，提高電芯測試效率。

1? 測試線束與電芯極耳之間連接方案分析

1.1? 設定目標

根據問題點測試線束與測試電芯無法穩固連接，確定目標為設計一個連接器，連接器要求如下：①連接器設計可快速拆裝；②連接器需滿足高溫60℃、低溫-30℃的使用環境要求；③適用于多個尺寸，滿足最大長寬高250mm×140mm×80mm的尺寸要求；④由于測試會有高低溫間斷測試，連接器會熱脹冷縮，因此要求非剛性連接；⑤由于是電芯測試，連接處與電芯極耳接觸面應盡可能的最大化。

1.2? 提出方案并分析確定最佳連接方案

根據目標設定分析連接器的連接方式，關于連接器的設計，提出以下幾種連接器的連接方式。

1）螺紋連接。螺紋連接屬于傳統的連接方式，常用于大尺寸元部件或者振動較強的環境。這種連接形式的優點在于使用可靠性強，其通過螺母齒輪的摩擦力來固定電纜，上防松墊片達到很好的效果[3]。螺紋連接電芯極耳處絲錐螺紋如圖1所示，缺點是拆卸速度比較慢，要花費時間退去螺紋，很耗時間，與主題目標不一致，且螺栓經熱脹冷縮的環境，間隙變大，容易因為接觸面減少導致發熱量增大燒蝕螺紋的現象出現，且在電芯極耳處增加螺紋，需在極耳打孔，極耳高度在幾毫米，工藝要求高，試驗室不具備高精度打孔機器，因此否定了這個方式。

2）卡扣連接。卡扣連接是一種能快速連接和分離的連接形式，常用于對2個簡單電氣元件的連接及連接2個固定薄板類零件。卡扣連接因具有結構簡單、使用方便、連接可靠、方便拆卸、成本低廉等特點，獲得了廣泛使用[4]。若采用此方法，可以在連接器螺母側面的小孔觀察卡扣是否安裝完畢。卡口連接，優勢明顯提高了拆卸速度，但由于電芯極耳材料硬度低且極耳高度低，無法設計卡口，所以大家一致否定了這個方式。

綜上兩種連接方式的分析，改變電芯極耳達到穩固連接的方式是不可行的，所以從不改變極耳的前提下尋找最佳的方式，進一步調整方向進行方案分析論證。

3）點焊連接。點焊是指焊接時利用柱狀電極，在兩塊搭接工件接觸面之間形成焊點的焊接方法。點焊時，先加壓使工件緊密接觸，隨后接通電流，在電阻熱的作用下工件接觸處熔化，冷卻后形成焊點。點焊主要用于厚度4mm以下的薄板構件沖壓件焊接，單體測試線束端銅片的厚度在4mm以上[5]，如圖2所示，雖測試線束端銅片厚度過厚，但依然可點焊于電芯極耳上。單體測試線束對應的不只是一類尺寸的電芯，若直接點焊于電芯極耳處只能解決單次測試，反而導致下一個測試無法運行。在觀察測試線束銅片后，銅片有可上螺栓螺母的孔，可設計吊耳，點焊于極耳處，再使用螺栓螺母進行緊固，如圖3所示。因為不同尺寸的電芯所需的吊耳尺寸也不同，根據電芯尺寸設計吊耳至加工到最后的點焊，整個過程，加長了測試的準備時長，降低了測試效率，與提高測試效率的初衷相違背，因此否定了這個方式。

綜上所述，3種連接方式無論是改變極耳，還是改變測試線束端的銅片，都被否定了，故只能從以不改變電池極耳與測試線束端銅片考慮，進一步提出了粘連連接的方式。

4）粘連連接。粘連連接方式是在溫度、濕度和壓力影響下粘在一起。因為在測試過程中，溫度濕度不斷地變化，因此不考慮溫濕度連接，單從壓力這個方面進行考慮。給予一個壓力，這個壓力不能是剛性的，因為材料熱脹冷縮存在間隙，導致兩者接觸不良。最終選擇最佳的連接方式是以一種彈性壓力將測試線束與電芯極耳粘連連接。

2? 測試線束與電芯極耳之間連接工裝設計

在確定方案是以一種彈性壓力將測試線束與電芯極耳粘連連接后，進行頭腦風暴，提出問題并制定對策并實施。

2.1? 工裝基座材料選擇

首先，進行材料的選擇，選擇一種耐高低溫且絕緣、可塑性強的材料。對比現有的材料，綜合分析，發現絕緣電工板是當前最合適的材料，在絕緣前提下，其可塑極強，可車可銑，高溫可達到170℃，低溫也符合-30℃要求。

2.2? 測試線束與電芯極耳連接方式設計

根據上文，提出了以彈性壓力的方法實現連接，因此在面對如何實現彈性壓力的問題上，考慮到彈性壓力最簡單的實現方式就是彈簧，提出以彈簧彈力將測試線束與電芯極耳兩者粘連連接的方案。接下來，進一步分析彈性壓力實施點位置，因電芯的尺寸是在不斷變化的，同時這個力的施力點必須能根據電芯尺寸的變化而變化，因此得出施力點應該在電芯處。對這個彈性壓力的要求力矩是可變的，力的方向是不變的，為此我們進行分析，得出以導軌方式進行力的傳導，能保證力矩可變的前提下，力的方向不變。由于受力點在電芯處，為保證電芯受力均勻，同時受力面越大越好，因此，導軌的導塊接觸高度大于等于可測電芯的最大高度。

2.3? 連接工裝設計

在導塊移動機構的選擇上，選擇平面四連桿機構，其利用鉸鏈、滑道等方式將構件相互連接而成，用以實現運動方向的變換和傳遞動力，且構件數目最少，在機械設備等行業運用非常廣泛[6]。

綜上所述，結合平面四連桿機構的優點和實際情況，設計了能快速提高方殼電芯測試效率的工裝，即可以使得測試線束與電芯極耳之間穩固連接的工裝。

3? 實施效果分析

根據設計的三維模型（圖4）及工程圖紙，制作出實體并應用在電芯測試中，工裝實體如圖5所示。連桿機構固定位置可根據導軌上的固定螺栓移動，達到固定位置的移動，同時也可調節螺桿長度進行長度力矩調節，如圖6所示。

在實際應用于電芯測試中，完全達到了預計的目標。由于是連桿結構，自帶可拖拽的手柄，因此通過手柄可實現連接器快速拆裝。無論是線束接觸銅片還是使用的絕緣電工板都滿足高溫60℃、低溫-30℃的使用環境要求。其可調節的連桿機構，可根據電芯尺寸的變化，進行調節螺栓長度，滿足最大長寬高250mm×140mm×80mm的尺寸要求。彈簧彈性連接可解決剛性連接出現的熱脹冷縮問題。極耳整面接觸到導銅片塊上，接觸面達到最大化的要求。因此測試線束與電芯極耳之間連接工裝的應用，可大大提高電芯測試的效率。

4? 結語

本文通過試驗室在電芯測試過程中存在的測試效率低的問題，根據“電芯極耳無法與測試線束穩固連接而被迫暫停”的問題，分析出要因。根據影響要因，設計出測試線束與電芯極耳之間連接工裝，以便提高電芯極耳與測試線束連接的穩固性，進而提高電芯測試效率。對于提高電芯測試效率，還需進一步探索影響其效率的其他要因，這樣才能提出更優的解決辦法。

參考文獻：

[1] 劉回春. 新能源汽車市場大有作為電池技術成制約發展瓶頸[J]. 中國質量萬里行，2019（8）：21-23.

[2] GB/T 38031—2020，電動汽車用動力蓄電池安全要求[S].

[3] 李旸. 談螺紋緊固件連接的防松[J]. 東方企業文化，2014（13）：288.

[4] 艾德臻. 車用塑料卡扣巧拆裝[J]. 汽車維護與修理，2019（22）：71-72.

[5] 張正舉，李福貴，李林桂，等. 淺析樣車試制的車身焊接工藝設計[J]. 時代汽車，2022（14）：151-153.

[6] 呂曉芳，吳紅濤. 應用平面四連桿機構加工大球面工裝的設計[J]. 純堿工業，2015（5）：37-39.

（編輯? 凌? 波）

作者簡介

陸伸瑞（1991—），男，高級技師，研究方向為汽車新能源研發。