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電池使用壽命和穩(wěn)定性在下一代電動汽車的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。電動汽車正在蓬勃發(fā)展，如今已經(jīng)出現(xiàn)一些技術(shù)相對成熟的制造商。彭博社預(yù)計，到2040年電動汽車將占輕型汽車銷量的35%。
電動汽車的安全性和可靠性正在成為一個日益增長的焦點。這些車輛的可靠性取決于如何克服電池壽命方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。電池供應(yīng)商和制造商需要確保電池能夠與內(nèi)燃機車輛上的零部件的耐久性相匹配，通常要求壽命10年或15萬公里。所有車輛功能，包括安全功能和駕駛員輔助功能，也需要電池不間斷的供電。如果電動汽車電池不能保持一致的功率輸出和性能，則將無法實現(xiàn)很好的替代內(nèi)燃機車輛。
目前，有三種類型的電芯被廣泛使用：圓柱，軟包和方形鋁殼電芯。這里我們專門討論電動汽車的圓柱電芯的電池組，如圖2所示。

電芯互連的重要性

為了滿足全電動或混合動力汽車所需的功率輸出，電池必須是能量密集的，同時連接位置要能夠承受大載荷電流，要與傳統(tǒng)內(nèi)燃機系統(tǒng)一樣可靠。目前，大多數(shù)電池測試集中在電芯電化學性能，以及整個電池組的健壯性，例如：溫度循環(huán)測試、環(huán)境測試、充放電測試和振動測試。
然而，一個關(guān)鍵點被忽視了——電芯之間的連接性能。這些連接對電芯之間的電流流動管理，以及為動力系統(tǒng)提供足夠的能量至關(guān)重要。如果連接處是高電阻，會導致發(fā)熱。當一個電芯組中有幾個這樣的連接斷開，那么可用電芯總量減少，要輸出同樣的電流，會導致電芯過熱。最糟糕的情況甚至發(fā)生火災(zāi)。
目前正在使用的連接技術(shù)，包括超聲引線鍵合、激光帶式鍵合或者極片點焊（激光或者電阻焊接），如圖3所示。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點，見表1。其中，超聲引線鍵合是半導體行業(yè)的一項成熟的技術(shù)。該過程高速，適用多種金屬如金、銅或鋁，連接十分靈活。如果電芯組裝有錯位，允許“s”形連接。缺點是連接的強度取決于連接表面的清潔度。不管使用哪一種技術(shù)，電芯連接強度的測試對于理解是否已形成固鍵至關(guān)重要，從而減少后續(xù)電池產(chǎn)生故障的可能性。

圖3 超聲引線鍵合、帶式鍵合和極片點焊。

表1 引線鍵合、帶式鍵合和極片點焊三種技術(shù)對比

連接可靠性測試

為了長時間反復地對電池大電流進行充放電而不發(fā)生故障，必須仔細地控制電芯之間的連接過程，以確保高質(zhì)量。許多視覺檢測技術(shù)，這一種從上向下的視覺檢測方法，對電芯外觀缺陷有效但是有局限性。例如，連接表面有一層污染物，鍵合沒有形成牢固連接。也有可能是由于虛焊，只是形成較小的鍵合面積而沒有強度。在這種情況下，只有使用物理的機械測試，才能真正檢測出焊接強度。
要進行機械拉力測試，需要用到小的勾子或者剪切治具，以及配上高度靈敏的力傳感器（能夠測量0.01cN的力）。圖4是測試方法示意圖。

圖4 通過勾子或者剪切治具對鍵合的導線進行測試的示意圖
一個先進的測試系統(tǒng)，會使用CCD識別鍵合位置，使用微米精度的X，Y，Z軸將治具對準測試點。然后，根據(jù)設(shè)定的高度，速度，測試起點和終點進行測試動作。甚至可以記錄整個測試的圖像和視頻。如果測試設(shè)備足夠敏感，可以在極低的力下進行無損測試。

了解失效模式

為了了解鍵合是如何失效的，可以在測試后對粘合部位進行分析，以獲得關(guān)于連接強度可靠性的詳細信息。這意味著工藝工程師可以記錄并了解連接工藝中哪些元素可能需要更改，以提高鍵合附著力。
測試時應(yīng)注意要在多個方向上進行拉力或者剪力測試，以充分評估連接強度和可靠性。剪切和拉力測試模擬了不同的加載條件，如電池在顛簸的行駛中，或者來自多個方向的碰撞引起的振動情況。電芯在電池組中往往是“浮動的”，松散的固定在軟聚合物中，以滿足熱膨脹的尺寸變化。這些振動和熱膨脹會導致鍵合處產(chǎn)生剪切載荷和拉伸載荷。
測試可分為破壞性測試和非破壞性測試兩種。破壞性試驗用于新產(chǎn)品開發(fā)，用以評估鍵合工藝優(yōu)良或者抽檢測試。非破壞性試驗屬于在線質(zhì)量檢測，通過100%連接強度測試以確保鍵合工藝安全。

圖5 左圖是破壞性測試，右圖是非破壞性測試。

總結(jié)

新興的汽車技術(shù)，如電動傳動系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、駕駛員狀態(tài)監(jiān)控、遠程開啟和關(guān)閉車輛等，以及集成更多的電子產(chǎn)品，都需要高質(zhì)量的穩(wěn)定可靠的電池系統(tǒng)。此外，車輛是在惡劣的，不斷變化的振動環(huán)境中移動，因此任何松散的連接可能會移位或者斷開，導致電池故障，甚至可能起火。與半導體行業(yè)建立的鍵合質(zhì)量檢測方法類似，電池連接的強度測也應(yīng)該作為電池生產(chǎn)線中一部分，這樣才能確保電動汽車可以達到最高的安全標準。