CN102211247A - 用于焊接电池翼片的超声波焊垫 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于焊接电池翼片的超声波焊垫，具体描述一种用于焊接电池翼片的超声波焊接头的焊垫。所述焊垫包括具有至少一个尖锐边缘的多个内滚花；并且还包括环绕所述多个内滚花的多个外滚花，所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘。本发明还描述一种使用所述焊垫焊接电池翼片的方法。

Description

用于焊接电池翼片的超声波焊垫

技术领域

本发明总体上涉及超声波焊接，更具体地涉及一种用于以超声波方式焊接电池翼片的焊垫。

背景技术

在超声波焊接中，超声波焊接工具通常包括超声波焊接头和底模。超声波焊接头对待结合的材料施加压力并向其传递振动能量，所述待结合的材料由底模支撑。通常，底模在底部并且支撑槽型材料，该槽型材料焊接至例如互连棒／导条（bus bar）。一个或多个电池翼片放置于导条上，而且该叠层放置在焊接工具中。焊接前，将焊接头下移并且将导条和电池翼片夹紧至底模。在夹紧力作用下，将导条保持在合适位置的底模的滚花部分地刺入导条。焊接头将电池翼片接合，而且在导条的表面上提供运动。受压部分的运动产生大量的热量并且机械地撕开导条和电池翼片的表面上氧化膜。因此，发生了机械和冶金结合。当完成所述结合时，焊接头从电池翼片脱开并且底模从导条脱开。

焊接头和焊垫通常针对具体应用进行设计，尽管所述焊接工具能潜在地用于不同应用场合。对于塑料，由于塑料吸收了振动能量，超声波焊接使塑料局部熔融。对于金属，表面氧化物的高压力分散以及材料的局部运动导致金属结合－在此称为焊接。

图1A－B示出了设计为用于超声波焊接电池翼片的现有技术焊垫。通常，一个或多个电池翼片被焊接到一起和／或例如焊接至导条。焊接头10包括具有滚花15的焊垫12。所有滚花15的高度和形状（金字塔形状）相同。滚花具有平顶和尖角。当焊接电池的薄金属翼片20时，由于滚花上的尖角，金属薄片会在外边缘处的尖角过渡部位变形。在一些情况下，超声波焊接中的尖角过渡可导致穿孔、裂缝和／或过度变形。如果发生这些缺陷，它们可使焊接减弱并且使电池的长期性能退化。

因此，需要一种改进的焊垫，其设计为用于电池翼片的超声波焊接，该焊垫使焊接缺陷减少。

发明内容

本发明满足上述需要。在一个实施方式中，提供了一种用于焊接电池翼片的超声波焊接头的焊垫。该焊垫包括具有至少一个尖锐边缘的多个内滚花；而且包括环绕所述多个内滚花的多个外滚花，所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘。

在另一个实施方式中，提供了一种以超声波方式焊接电池翼片的方法。该方法包括将至少一个电池翼片放置于焊垫上，该焊垫包括：具有至少一个尖锐边缘的多个内滚花；环绕所述多个内滚花的多个外滚花，所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘；用超声波焊接工具施加超声波能量至电池翼片，所述内滚花支撑和保持所述电池翼片，而且所述外滚花的圆滑外边缘在焊垫的边缘处提供支撑电池翼片的平滑表面；以及以超声波方式焊接电池翼片。

方案1. 一种用于焊接电池翼片的超声波焊接头的焊垫，该焊垫包括：

具有至少一个尖锐边缘的多个内滚花；

环绕所述多个内滚花的多个外滚花，所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘。

方案2. 如方案1所述的焊垫，其中所述内滚花具有平顶。

方案3. 如方案1所述的焊垫，其中所述外滚花具有平顶。

方案4. 如方案1所述的焊垫，其中所述内滚花是金字塔形状的。

方案5. 如方案1所述的焊垫，其中所述外滚花是金字塔形状的。

方案6. 如方案1所述的焊垫，其中所述内滚花具有至少两个尖锐边缘。

方案7. 如方案1所述的焊垫，其中所述外滚花具有至少一个尖锐边缘。

方案8. 如方案1所述的焊垫，其中所述内滚花用钢制成。

方案9. 如方案1所述的焊垫，其中所述外滚花用钢制成。

方案10. 一种用于以超声波方式焊接电池翼片的方法，该方法包括：

将至少一个电池翼片放置于焊垫上，所述焊垫包括：具有至少一个尖锐边缘的多个内滚花；环绕所述多个内滚花的多个外滚花，所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘；

用超声波焊接工具施加超声波能量至电池翼片，所述内滚花支撑并保持电池翼片，而且所述外滚花的圆滑外边缘在焊垫的边缘处提供支撑电池翼片的平滑表面；以及

以超声波方式焊接电池翼片。

方案11. 如方案10所述的方法，其中所述内滚花具有平顶。

方案12. 如方案10所述的方法，其中所述外滚花具有平顶。

方案13. 如方案10所述的方法，其中所述内滚花是金字塔形状的。

方案14. 如方案10所述的方法，其中所述外滚花是金字塔形状的。

方案15. 如方案10所述的方法，其中所述内滚花具有至少两个尖锐边缘。

方案16. 如方案10所述的方法，其中所述外滚花具有至少一个尖锐边缘。

方案17. 如方案10所述的方法，其中所述内滚花用钢制成。

方案18. 如方案10所述的方法，其中所述外滚花用钢制成。

方案19. 如方案10所述的方法，其中所述焊接工具包括底模和具有位于其上的焊垫的焊接头，该方法还包括将底模和焊接头夹紧到电池翼片上。

方案20. 如方案19所述的方法，其中所述底模具有滚花表面。

附图说明

图1A－1B是现有技术焊垫及其使用的图示。

图2A－2B是根据本发明的焊垫设计的一个实施方式的图示。

图3A－3C是图2中的焊垫的使用的图示。

具体实施方式

用于电池翼片的焊垫设计为通过使翼片变形和裂缝的形成最小化以及通过提供更好的金属界面结合来改进电池翼片的焊接质量。它还改进了焊接头至翼片的夹紧并且有助于使联接界面中的滑动最小化。

焊垫具有优化的滚花样式。有多个主要的内滚花，其由多个支撑外滚花环绕。所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘。内滚花抓住薄金属翼片，而外滚花的圆滑外边缘为金属薄片提供平滑金属薄片过渡以使金属薄片在焊接期间绕过，从而防止它们被内滚花的尖锐边缘刺入。

如图2所示（以反转形式），焊接头110包括焊垫112。焊垫112具有由外滚花120环绕的内滚花115。内滚花115是金字塔形状的，而且具有尖角和平顶。外滚花120比内滚花115短。所述外滚花是金字塔形状的，而且外边缘是圆滑的。然而面对内滚花的外滚花或其他外滚花的边缘是尖锐边缘。其他形状也可用于内滚花和外滚花，如上所述，只要它们在合适位置具有尖锐边缘和圆滑边缘。内滚花和外滚花可由任何适当材料－包括但不限于工具钢来制成。如图3A－C所示，在焊接期间内滚花115和外滚花120的这些特征提供平滑的金属薄片过渡。如图3A所示，待焊接的电池翼片125放置于焊垫112上，所述焊垫112具有内滚花115和外滚花120。如图3B所示，底模130（图3C）施加压力于电池翼片和／或导条125以及内滚花115上，所述内滚花115受挤压。电池翼片125被焊接，而且外滚花的圆滑外边缘提供平滑的金属薄片过渡。

内滚花提供抓紧并保持薄金属翼片的表面，而外滚花的圆滑边缘支撑薄金属翼片并且为薄金属翼片绕过焊垫提供平滑过渡。外滚花的圆滑边缘防止薄金属翼片被尖锐的内滚花刺入。因此，使用优化的滚花样式所形成的焊接具有低变形、焊接区域中的应力水平更低以及焊接品质更优良，从而导致更持久的焊接和更好的电池性能。

应当指出，在此采用的术语如“优选地”、“常见地”以及“通常”并非用以限制本发明的范围或暗示某些特征是关键的、必不可少的，或者甚至对本发明的结构或功能是重要的。相反地，这些术语仅用于强调在本发明的特定实施方式中可能被采用或没有被采用的备选或附加特征。

为了描述和限定本发明，应当指出，在此采用的术语“装置”用以表示部件的组合或者单独的部件，而不管所述部件是否与其他部件组合。例如，根据本发明的“装置”可包括电化学转换组件或燃料电池、含有根据本发明的电化学转换组件的车辆，等等。

为了描述和限定本发明，应当指出，在此采用的术语“大体上”用以表示可归因于任何量化比较、数值、测量值或者其他符号的固有的不确定程度。在此还采用术语“大体上”来表示量化符号可不同于所述参考值的程度，而不会导致所讨论的主题的基本功能发生改变。

尽管已经通过参阅其具体实施方式详细描述了本发明，应当清楚的是，在不偏离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，做出多种改型和变型是可行的。更具体地说，尽管本发明的某些方面在此被标识为优选的或特别有利的，但是能构想到的是，本发明不必局限于本发明的这些优选方面。

Claims (10)

1.一种用于焊接电池翼片的超声波焊接头的焊垫，该焊垫包括：

具有至少一个尖锐边缘的多个内滚花；

环绕所述多个内滚花的多个外滚花，所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘。

2.如权利要求1所述的焊垫，其中所述内滚花具有平顶。

3.如权利要求1所述的焊垫，其中所述外滚花具有平顶。

4.如权利要求1所述的焊垫，其中所述内滚花是金字塔形状的。

5.如权利要求1所述的焊垫，其中所述外滚花是金字塔形状的。

6.如权利要求1所述的焊垫，其中所述内滚花具有至少两个尖锐边缘。

7.如权利要求1所述的焊垫，其中所述外滚花具有至少一个尖锐边缘。

8.如权利要求1所述的焊垫，其中所述内滚花用钢制成。

9.如权利要求1所述的焊垫，其中所述外滚花用钢制成。

10.一种用于以超声波方式焊接电池翼片的方法，该方法包括：

将至少一个电池翼片放置于焊垫上，所述焊垫包括：具有至少一个尖锐边缘的多个内滚花；环绕所述多个内滚花的多个外滚花，所述外滚花比所述内滚花短并且具有圆滑外边缘；

用超声波焊接工具施加超声波能量至电池翼片，所述内滚花支撑并保持电池翼片，而且所述外滚花的圆滑外边缘在焊垫的边缘处提供支撑电池翼片的平滑表面；以及

以超声波方式焊接电池翼片。

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