CN102712033B - 用于电池铸焊带的模具 - Google Patents

Abstract

双温模具组件（100），用于将用于铸焊带工序的模具型腔（12、102）保持在两个不同的温度下，有助于在熔融金属凝固之后移除凝固带（70、170）。模具组件（100）包括模具型腔（12），该模具型腔具有附接到不同模具组件区段（110、130、140、160）的壁（121、132、142、144、162），通过热能输入和冷却工序来加热或冷却这些不同的模具组件区段，这可以将模具型腔（12）保持在不同的温度下，以使得模具型腔区段（140）内的电池板凸耳（44、46）周围的熔融金属（98）凝固，同时模具型腔的侧壁（132、162）暴露于至少一个相邻的加热区段（130、160），以便将热能提供至所述加热区段中，从而减小了铸焊带（70、170）所需要的熔融金属（98）的量，并且减小了输入到用于制造带（70、170）的工序中的热能的量。

Description

用于电池铸焊带的模具

技术领域

本发明总体上涉及电池带和柱铸造机器（battery strap and post cast-onmachine）、电池以及制造电池的系统和方法，更具体地说涉及铸焊带（COS）配置，所述铸焊带配置用于在多单元电池内的板之间以及在所述板与电池柱之间产生电连接时提高效率并且减少能量。

背景技术

大型电池，比如汽车和卡车电池，需要特别的制造设备和方法。用于检验大型电池的壳体内的分离板之间以及板连接与在电池壳体外部提供连接的柱之间的电连接的工序尤其重要。由于板之间的不适当连接造成的电池故障、电池壳体内的短路、或者甚至严重故障，都可导致压力累积造成单元或壳体破裂，并产生环境和安全危害。

在提供有效的且具有成本效益的自动电池制造工序同时维持产品可靠性时，会产生其他考虑。理想的工序使生产过程中的材料要求和能量输入最小化，同时确保电池产品的故障风险减小。尽管这些属性为电池制造商提供使电池生产现代化的目标，然而先前的在效率与可靠性之间提供最佳平衡的多种方法仅仅提供了渐进性改进，而没有明显地增加本领域的专业知识。

浇铸操作通常对于电池的所有单元同时完成，该电池位于具有反转镜像的模具内，然而在所述单元将处于完成的电池单元结构内时所述反转镜像以其他方式定向。堆叠单元元件由向下延伸且彼此相邻的板凸耳夹紧在一起。可预加热多个模具型腔，这些型腔适当地定向成提供所需要的带形状。熔融金属（通常为铅（Pb）或主要包含铅的合金）可用在与模具型腔相邻的通道内，并且沿着该通道连续地循环。通道内的铅或熔融金属通常在贮存器（通常位于模具之下）内进行预加热，然后被泵送至通道内。

一旦达到所需要的条件，就将熔融金属泵送至与模具相邻的通道内，直到水平高度升高到溢出设置在通道与每个模具型腔之间的溢吝（weir，檐）为止。因此，熔融金属填充模具型腔，然后，收回已经泵送至模具内且达到高于溢吝的水平高度的熔融金属，从而使熔融金属减少到低于溢吝的顶部的水平高度。通常，通道内的熔融金属的水平高度保持在一组预定的参数之间。在熔融金属需要溢出溢吝时，将熔融金属升高到通道底部水平高度以上大约12mm处，并且在收回熔融金属时，该水平高度为通道底部以上大约6mm。一些系统需要熔融金属往返于贮存器连续循环。其他系统简单地升高该水平高度以便溢出到模具型腔内，然后将熔融金属从贮存器泵送补充到通道。

移除热能源，并且将相对于彼此在期望方向上被夹持的单元板组件定位成将每个板上的板连接凸耳的一部分浸入适当的连接器带模具型腔中的熔融物质内，以便在凸耳之间提供熔融金属连接。然后，通过使水流过模具本体的一个或多个部分来冷却型腔，冷却水与模具型腔壁的接触冷却熔铅，从而造成熔铅凝固。在大多数情况下，模具型腔通过水套维持在恒定温度下，所述水套在需要时、或者在由监控模具温度的热电偶指引时来选择性地冷却模具型腔。熔融金属的冷却会将金属凝固在凸耳周围。在模制的带和柱充分凝固之后，使用熔接或焊接到金属（铅）带的电池单元板的凸耳来从模具中取出所述模制的带和柱，从而在所述模制的带和柱之间产生必要的电气和机械连接。

对于大批量生产，通常重复循环地进行上述步骤，以便提供经济效益。循环时间（即移除先前完成的带的时间到下一个带完成的时间）理想地降低到最小值，以使得在可用的时间内实现最高产量。通过提供最佳制造参数所产生的效率来自于多个影响因素，包括减少了必要的劳动力、时间和材料。已发现很大一部分的循环时间涉及到模具本体的加热和冷却部分。将铅必须维持在熔融状态的时间降低到最小，这就减小了到系统中的总热能输入。同样，如果将必须加热至融化以及然后必须冷却的铅的量最小化，那么也减少了热能输入和冷却容量，伴随而来的是减少了循环时间、材料成本、处理成本等等。

最佳的生产参数规定，不应将通道壁部冷却到在带、突片（tab）和柱的焊接（即，凝固或冷固）期间阻碍熔融金属流动的程度。这就允许与模具组件相邻的流动通道内存在的熔铅从铅通道自由地流动到模具型腔内。模具组件的温度控制的最小精确程度需要将能量输入维持在期望的水平。然而，整个模具（包括溢吝）的冷却造成熔融金属在不需要的地方凝固，下面会进行解释。需要对模具组件内的局部温度进行更大程度地控制，以便所述柱（尤其是接线端柱）能够至少与较小的带部分一样快速地冷却，这是因为所述柱冷却较慢就会产生机械上弱化的接线端。

模具费用是所考虑类型的机器的重要因素。难以获得合适的铸件，其中可更大披量地生产模具形式，而无需牺牲进入生产工序和系统的其他因素中一个因素。这可能造成增加某些成本（比如劳动力、材料、能量或其他成本）以便能够改进该工序中的其他方面，比如，循环时间、热能输入量等等。大型铅酸电池所需要的多种单元和接线端装置也具有复杂的模具设计，从而不利于可通过修改一个或多个工艺参数来实现的效率。

现有技术中的用于提供电池带和柱铸造机器的方法和系统比如在分别于1973年2月27日和1974年4月9日公告的美国专利第3,718,174号和第3,802,488号中披露，以上两个专利的发明人为Donald R.Hull和Robert D.Simonton。上述文献内描述了这样的系统和机器，其中用于构成铅酸蓄电池的多个单元的堆叠电池板和分离器具有相应的连接凸耳（lug），所述连接凸耳用于通过铸焊带（cast on strap）互相连接的每个单元的正极和负极板中的每一个。此外，单元间的连接或者接线端柱铸件同时铸造成每个带的整体部分。上面描述了这种类型的常规设计。在模具型腔内的金属凝固时，该常规类型的模具要求整个模具（包括熔融金属在其中循环的通道）被加热和冷却。在不必要地增加循环时间的方面以及每个循环内所消耗的热能量的方面，加热整个模具组件的效率非常低，并且导致热能以在每个循环内加热和冷却相同元件的形式被浪费。

美国专利第4,108,417号描述和阐述了将熔融金属倾倒入模具型腔内的系统，其中包含模具型腔的模具部分与熔融金属的流动通道部分隔离。即，使用热隔离技术，其中模具型腔壁与通道壁隔离，以便提供更快的循环时间，并且允许就在进行浇铸之前立即快速地加热模具型腔，并且允许在将凸耳置于模具型腔内时冷却模具型腔。

如图1-图3中所所示，模具组件100（图3）包括与流动通道（30，图3）隔离的隔离部分10。模具组件的分离部分10包括模具型腔16，某些型腔可具有独立的流动斜槽34（图3），所述斜槽与用于接线端柱或其他连接的一个或多个模具型腔连通，所述接线端柱或其他连接比如为突片或墓石（tombstone），所述接线端柱或其他连接凝固后将所述带附接到电池的接线端柱。隔离构件（通常是某种类型的绝缘材料15）介于模具型腔部分10与模具组件100的剩余部分之间，以便防止热能从流动通道30流动到模具型腔部分10。

一个或多个模具型腔12与接线端柱型腔36之间的独立流动斜槽34用于同时铸造电池接线端柱，从而避免随后将接线端柱体分别焊接到铸焊带上。作为背景，以及为了更清晰地理解本发明，将更详细地解释各个专利中所教导的常规方法。

Tsuchida等人提交的题为“Lead acid storage battery and method formaking same”的美国专利第5,776,207号描述和阐述了使用包括感应线圈的加热机构来即时精确地为模具提供热能。该专利描述了一个问题，即，熔铅在板的法兰或凸耳周围冷却时，熔铅的表面不会以均匀的状态凝固，并且在从模具移除凸耳时，可能导致带“波动”。披露的感应线圈加热改进了温度控制，从而避免了带配置中的结构问题。描述了通过喷洒冷却剂（比如水）来冷却模具的底面。

如图4和图5的横截面视图中所示，模具部分10提供每个模具型腔12，以便容纳多个板凸耳44、46，这些板凸耳从分离的板42向下延伸。图5显示了板44各自均通过合适的半渗透性电绝缘材料48与相邻的板46隔离，每个相邻的板对44、46均包括电池单元。板42包括绝缘材料48，所有的板通过合适的夹具夹持在一起，所述夹具环绕电池单元组件并且维持在期望的方向和位置中的凸耳的相对位置。用于阴离子板的凸耳44与板42的一个边缘相邻，而在电池的正常操作期间为正极以便吸引离子的一个相邻的板位于上述相邻板的另一个边缘处。适当地定位和定向模具型腔，以使得负极板凸耳44全都能够装配至负极凸耳模具18的型腔12中，正极板凸耳44全都能够装配至正极凸耳模具19的型腔12中（图4）。示意性地示出了模具通过绝缘材料15与环绕的模具组件隔离。

这些是众所周知的用于隔离模具组件的模具型腔部分的方法，参考教授该方法的美国专利第4,108,417号和第5,776,207号。为了理解熔融金属倾注方法的背景，以及将熔融金属提高到高于闸门水平（gate level）的水平以便将熔融金属引入模具型腔12内，参考上述美国专利第4,108,417号，其阐述和描述了铸焊带模具系统的众所周知的方法以及支撑元件，比如用于熔融金属的贮存器、冷却剂的供应以及在进行浇铸操作之前将热能引入模具的装置。

题为“Method and apparatus for casting straps onto storage batteryplates”的美国专利第6,708,753号总体上阐述和描述了将铅倾注至模具内时需要很高精确度的热条件。该专利描述了将一组板的凸耳插入多个模具型腔内以及将铅注入所述型腔中的自动工序。该专利描述了需要充分冷却模具型腔以便在取出电池单元之前凝固铅带金属。

于1984年公布并转让给GNB Batteries Inc.的题为“Electricallyheatable mold and method of casting metal straps”的美国专利第4,573,514号，描述和阐述了精确地控制模具的温度以及连续地倾注铅的模具和自动方法。其他特征包括在模具的具有居间绝缘材料的部分与将模制带和柱结构从模具型腔内推出的活塞杆之间的舌槽连接（tongue-in-grooveconnection）。一种强制空气冷却方法在板突片浸入熔铅内之后就冷却所述带，以便在金属元件之间形成连接，所描述的冷却时间大致为30秒左右。一种改进方法为将对模具本体的冷却限制于模具本体的仅仅一部分，以便减小在每个循环期间需要冷却以及重新加热的模具的部分。该特征为所披露的工序提供了比要的温度控制，并且也包括回转装置，用于在模制过程中在不同的点处提供连续的阶段，以使得若干个工序可连续地进行。

于1998年公布并转让给GNB Batteries Inc.的题为“Method andapparatus for attaching terminal post straps to a battery”的美国专利第5,836,371号描述和阐述了这样的模具和方法，在将凸耳彼此电连接并使用塑料插件机械连接连接之后，将电池接线端的柱焊接到所述带上，所述塑料插件在铸造所述柱之前移除。

Hopwood的题为“Method and apparatus for casting straps onto storagebattery plates”的美国专利第7,082,985号阐述和描述了将铅倾注入模具内时应用热条件需要很高的精确度，并且进一步描述了用于将铅插入模具型腔内的已知自动工序。

需要一种模具型腔以及这样一种工序，该工序可快速有效地应用于模具型腔内，并且在一组夹持的电池单元板的凸耳周围凝固所述模具型腔内的熔融金属以便在带上进行铸造，该工序提高了可靠性并且减小了循环时间，以及明显减小了每个铸件所使用的铅量以及输入到系统中以便将金属维持在熔融状态的热能的量。

发明内容

本发明所提供的重要特征和显著优势包括用于铸造电池带的改进的模具组件以及工序，所述模具组件和工序高效并且循环时间快，并且可显著减小每个铸件所用的、提供给倾注入模具内的铅的热能输入，所述工序用于柱铸造机器和提供这些特征的系统。此外，提供由模具内的铅或铅合金制成的铸焊带的工序是自动的，并且减小了循环时间以及每个带内使用的铅的量。这就在制造铸焊带中带来意想不到的益处，并且显著节省了在下文将阐述和描述的装置中使用该创造性工序所制造的每个铸焊带的时间、材料和劳动力成本。提供了一种模具组件，其包括顶部表面，用于将铸焊带铸造至蓄电池板上，具有沿着所述顶部表面的一个边缘的凸耳，所述模具组件包括用于接收熔融金属的至少一个模具型腔，所述至少一个模具型腔由以下部件限定：第一操作温度控制区段，在第一较高温度下并且包括第一模具型腔侧壁；第二温度控制区段，基本上限定底部模具型腔表面和每个模具型腔的相对端壁；以及第三温度控制区段，在第二较高操作温度下并且包括第二模具型腔侧壁，所述第二模具型腔侧壁基本上从底壁的底部表面竖直地延伸到模具组件的顶部表面，所述第二温度控制区段的温度通过冷却水套维持在较低温度下，所述冷却水套与包括第二温度控制区段的材料接触并且对第二区段底部的下面进行冷却，从而冷却所述底部模具型腔表面和相对端壁，以便使在模具型腔内以及在插入模具型腔内的电池板的凸耳之间和周围流动的熔融金属凝固，所述模具组件还具有用于为第一和第三温度控制节段提供热能的热能输入装置，所述热能输入装置包括第一和第二模具型腔侧壁，以便通过将模具型腔内的熔融金属至少暴露于第一区段的第一侧壁来将至少预定最少量的热能输入到模具型腔内，所述第一区段的预定温度比第二区段的温度的高。

本发明在广泛的范围内包括分隔的铅铸焊带（“CoS”）模具，该模具至少在模具组件的至少两个（优选地三个）部件内具有温差，两个侧部分（此处称为歧管部分以及中央部分）相对于中央区段处于升高的温度下。歧管（以及可选地中央区段）具有包括热能输入的温度控制，以便将这些区段维持在较高的温度水平处，从而将金属保持在熔融状态，因此金属可流动到若干个电池板的凸耳，并且模具型腔部分具有冷却剂套，以便冷却模具的温度并处在模具内的熔融金属维持在较低水平处的温度之间，以便凝固模具型腔内的熔融金属，从而形成铸焊带。理想地，这两个区段中的每个区段（即第一歧管区段和第三中央区段）限定模具型腔的至少一个壁，以便将热能输入从至少一个壁提供到模具型腔内，所述至少一个壁具有比在整个铸焊带周期中维持的模具部分更高的温度。在广泛的范围内，本发明的装置和方法包括相邻的且限定模具型腔的壁的高温分隔部中的至少一个。其他特征包括能够提供具有较小铅容量的闸门或溢吝结构的模具型腔，所述闸门或溢吝结构由于位于第一或歧管区段中而维持在较高温度下，从而允许溢出容量更有效更干净，以及能够提供暴露于高温中的型腔相对于低温分隔部的比。

附图说明

下面将参照附图更详细地讨论本发明，附图中：

图1为包括分离区段的常规模具组件结构的顶部平面图，所述分离区段用于包含模具型腔；

图2为图1的常规模具组件结构的侧视图；

图3为包括分离区段的常规模具组件结构的顶部平面图，所述分离区段用于包含模具型腔以及包含熔融金属通道；

图4为电池单元配置的横截面前视图，其中一组电池板的凸耳示出为插入本领域中已知的模具中；

图5A为大致沿着图4中的剖面线5a-5a截取的电池单元配置的横截面侧视图；

图5B为图5A中所示的电池单元配置的横截面侧视图的细部；

图6为包括包含模具型腔的中央区域的模具组件的立体剖视图；

图7为图6中所示的本发明的模具组件的平面图；

图8为图6中所示的本发明的模具组件的一部分的细部剖面图，以便更简单更清晰地示出本发明的操作和若干个特征；

图9示出了根据常规方法制成的铸焊带，其中示意性显示了该铸焊带的形状和尺寸；

图10示出了根据本发明制成的铸焊带；

图11为常规模具型腔和根据本发明的铸焊带的横截面视图，其中显示了紧接着焊接步骤之后的形状；

图12为大致沿着图7中的线12-12截取的根据本发明的模具型腔的横截面视图，显示了用于提供图10的铸焊带的模具的形状和尺寸；

图13为大致沿着图7中的线13-13截取的根据本发明的模具型腔的横截面视图，显示了用于提供图10的铸焊带的模具的形状和尺寸；以及

图14为根据本发明的模具型腔的替换实施方式的细部横截面图，显示了溢吝的形状。

具体实施方式

上面参照图1-图5所描述的常规方法和配置为下面更具体描述的本发明提供了背景。在本发明的模具组件和上述参考资料的模具组件之间可具有共同的主题，其中有重复的描述或阐述，了解电池浇铸焊带设备和工序的人员会理解，在适当情况下，这些参考资料的部分教导可结合在本文中。比如，将熔融金属泵送入向上露出的模具型腔内的常规熔融金属方法（比如美国专利第4,108,417号中所描述的那些方法）、以及与本发明可具有相似之处的流动通道结构，视为已经通过引证的方式包含在本文中。

在该申请中以及通过图6-图8中所示的模具配置来描述重要的特征和显著的优点。结合参看图6和图7，图6示出了模具组件100的中央区域的透视图，图7显示了图6的配置的顶部平面图，其中示出了一些额外的零件以使结构完整。将模具组件100划分成若干个区段，这些区段纵向延伸以限定中央部分，所述中央部分在图6中显示为局部横截面，以便于更容易辨别地示出该组件。图6中未显示在完整的模具组件100内会存在的某些区段，比如图7中所示的歧管区段110'。

图8为图6和图7中所示的更完整的模具组件100的局部剖视图，但是图6中所示的模具组件为若干个模具型腔112、112'的透视图，图8的细部剖视图显示了模具型腔112中的仅仅两个型腔以及相邻模具型腔112'的局部侧壁部分。图8中的细部剖视图的描述简化了下面对模具型腔结构的性质和主要发明特征的论述。然而，由于该剖视图为更大更完整的模具组件中央截面110的简单示意图，所以此处的讨论也适用于图6和图7中所示的模具型腔，并且事实上适用于包括使用本发明的概念的模具型腔的任何其他电池配置。

本发明的显著特征在于：作为用以限定模具型腔112的一个侧壁的歧管区段110的一部分的侧壁的开口，以及与另一个区段相对的侧壁的可选而优选的对应开口，在模具组件的操作期间允许热能流入模具型腔以提供铸焊带的中央区段160。如图6和图7中所示，多个模具型腔（总共12个）设置在模具组件100的上表面中。模具型腔112、112'提供电池单元的各个格栅或板的凸耳的连接点，如上述图4和图5内的现有技术的铸焊带所示的。凸耳利用铅或其他已知的熔融金属焊接在一起。出了这12个型腔之外，模具组件100还提供了专用的模具型腔118来用作成行的模具型腔中的最后一个型腔，该专用的模具型腔包括模具延伸部136，以便提供正极和负极电池柱。正极和负极格栅或板中的每一个的凸耳均焊接在其相应的型腔112内，这些相应的型腔比如排列成用于正极板，模具型腔112'则用于负极板。

图6和图7中的模具组件100的特征在于使用本发明的模具型腔结构的用于单个车辆电池的布置。然而，优选地并且更有效地，模具组件包括足够的模具型腔112、112'，以用于一个以上的电池。比如，可以同时铸造用于两个电池的带，这些带使用具有24个模具型腔（未显示）的结构，其中四个模具型腔包括在模具组件内的电池柱模具延伸部，比如美国专利第5,520,238号的图1中所示的。在该配置中，每个模具会产生两个独立的板结构，以便完成两个电池，但是在某些情况下，制造商可以选择使用仅生产一个电池的模具。为了简化描述，本说明涉及用于仅一个电池的结构，但是众所周知，优选的方法是使用双电池模具。类似地，可使用本领域中已知的回转式装置，比如上述美国专利第6,708,753号中描述的，但是本发明的模具型腔结构可用于包括下面描述的发明特征，以便提供更有效的操作和更快速的循环时间。

图6显示了歧管区段110，所述歧管区段在上表面包括敞开的顶部，该顶部包括熔融金属流动通道102，以便将熔融金属提供给第一行模具型腔112。图6没有示出在模具组件100后侧的具有相似结构的对应歧管，所述对应歧管用于给第二行模具型腔112'提供相同的功能，第二行模具型腔设置在第一行模具型腔112的相对侧上并且通过中央区段160分离。然而，在图7的平面图内显示了该第二熔融金属流动输送通道110'，这是因为与中央区段160相邻的模具配置在此处视为本发明的重要和显著部分。然而，要理解的是，这种歧管区段（图6中未显示）存在于模具组件100的后侧上（在图7中示出），以便为第二行正极电极模具型腔112'提供的功能与流动通道102提供给第一行负极电极模具型腔112的功能相同。

对于本发明的目的，歧管区段110'（图7）包括其结构和操作可视为与下面所述的歧管区段110基本上相同。当然，依然使用本文所述的概念，可对模具结构进行可能的修改或改变，以便适应特定类型的电池配置。一种这样的修改可以包括在流动通道102的相同纵向端部的熔融金属流体入口104，而非在图7中所示的相对端处，以便具有到达熔融金属贮存器（未显示）的共用歧管通路。第二歧管区段可以与模具组件区段110的镜像相似，但是不需要是上述模具组件区段的完整镜像，如图7中所示。可设想需要不同的模具组件和流动通道结构的其他可能的电池配置，并且可设想本发明包括这些电池配置，即使实际的模具组件结构可能与所设想的用于现有模具组件结构的结构不同。

现在参看图6和图7，熔融金属（比如本领域中已知的铅或铅合金）通常通过熔融金属流体入口104引入流动通道102内，并且沿着流动通道102流动。水槽由外壁105、以及由从壁105沿着歧管区段110的相对边缘设置的岛状物107限定的一系列壁来限定，并且存在于纵端处的其他外壁部分105'进一步限定流动通道102。在岛状物107之间具有多个流动斜槽106，每个流动斜槽均在闸门或溢吝108处终止，从而将流动斜槽106与模具型腔112分开。溢吝108通向歧管区段110内的每个模块化模具型腔112，对于歧管区段110'内的模具型腔112'也是一样的。由于这两个分离的模具区段110和110'的结构和操作在竖直向上是相同的，所以仅仅讨论图6和图7中所示的区段110的结构和操作，要理解的是，该讨论也适用于模具区段110'。流动通道102也包括相应的熔融金属流出端口109，该流出端口设置在流动通道102内与流体入口104相对的纵向相对端处。

外壁105和105'以及岛状物（island）107均向上延伸到模具组件的上表面111，如图所示，所述外壁和岛状物可位于穿过整个模具组件的共用平面内。在正常的操作过程中，流动通道102限定槽，形成所述槽以便熔融金属从流体入口104朝着流出端口109流动。因此，流动通道102内所包含的任何熔融金属将会流过由直立壁105和105'以及岛状物107所限定的所述槽，并且继续流到流出端口109，熔融金属在该流出端口处离开通道102。该配置是理想的，因为需要控制流动通道102和流动斜槽106内熔融金属的水平。此外，该配置为理想的是因为熔融金属的连续循环减少了不规则性，并且将熔融金属维持在流体状态，这是由于流出端口109连接到内部的熔融金属的温度保持在预定温度下的贮存器（未显示）。

通道102的熔融金属流体入口104由能够选择性地增加或减少了流动通道102内熔融金属的竖直水平高度的泵或其他倾注机构来控制。控制机构可为泵或本领域中已知的其他这种装置，比如上述美国专利第4,108,417号中描述的。需要控制流动机构，以便将熔融金属的水平高度适当地维持在由外壁105和105'以及岛状物107所限定的模具组件顶部表面111的水平高度以下。如果泵送入流动通道102内的熔融金属的液位足以达到一定的水平高度以上，那么熔融金属将继续从流动通道102并沿着相应的流动斜槽106横向流动，直到到达溢吝108。

通常，在将凸耳浸入熔融金属内时，在焊接的步骤期间，将熔融金属的水平高度维持在较低水平高度处。即，在开始进行焊接循环时，熔融金属的水平高度可维持在流动通道102的底部表面101以上大约6mm的高度处，同时也维持在流动斜槽106的顶部表面103之上。该水平高度低于溢吝108的顶部高度。在焊接循环的第二阶段，通过经过流体入口104的泵送动作可以将熔融金属的水平高度提高到通常12mm的水平高度，该水平高度在溢吝108的最高高度以上，但是在模具组件100的上表面111的高度以下。

流动斜槽106中的每一个斜槽从流动通道102到模具型腔112内的流体连通，并且提高熔融金属的水平高度会造成熔融金属溢出溢吝108。随着将流动通道102内的熔融金属的液流提高到更高的水平高度，每个流动斜槽106的侧壁引导熔融金属沿着流动斜槽106流动，直到液流到达溢吝108。溢吝108阻碍沿着斜槽的进一步流动，并且避免熔融金属进一步沿着通道106继续流动，以便将熔融金属保持在斜槽106内，而不会进入模具型腔112。然而，随着熔融金属的水平高度继续提高，直到该水平高度位于溢吝108顶部边缘的水平高度之上，熔融金属将会溢出溢吝108，并且将会倾注入模具型腔112内。当然，通过泵送控制来防止熔融金属的水平高度升高得过高，比如升高到足以接近或溢出模具组件100的上表面111的水平高度。然而，由于溢吝108的顶部水平高度刚好位于顶部表面111之下，熔融金属可继续溢出溢吝108的边缘，而不允许熔融金属水平高度达到溢出模具组件的上表面111的地步，这会损伤模具组件100和/或给站在附近的人造成伤害。

参看图6中所示的模具组件100，以及图8中模具组件的一部分的示意性详图，歧管部分110直接与模块化模具型腔112邻接，溢吝108通向所述模块化模具型腔。为了更容易显示，下面讨论图8的详细示意图，然后讨论示意性示出的部分200，因为该部分与图6和图7中所示的模具组件100的更完整的中央部分相关并且在该中央部分的范围内。应理解的是，虽然图8中所示的示意性模型如图所示可为单个双模具型腔局部结构提供实际的构造，但是该图主要用于说明性的目的以便显示本发明的模具型腔的操作和结构及所述模具型腔的加热和冷却方法。图6-图8中所示的元件具有充分的相似性时，将使用相同的标识标号。比如，虽然壁结构105和岛状物107在形状和定向上可以有一些不同，但是在整个图中所述壁结构和岛状物由相同的标号表示。

图8中的模具组件的示意图总体上以200表示，该模具组件包括由第一侧壁132限定的模具型腔112，其中溢吝108通过两个相对的端壁142、144以及通过第二侧壁162设置，所述两个相对的端壁位于总体上六面形的模具型腔112的相对侧上，所述端壁主要为中央区段140的一部分，所述第二侧壁为中央区段160的一部分。模具型腔112进一步由底部表面143限定，该底部表面在端壁142和144之间延伸，并且所述底部表面主要设置在模具型腔区段140内。在图8中显示了突片孔或凹陷部（well）121的剖面，所述突片孔或凹陷部在相邻的模具型腔112的表面143的下面延伸。在典型的布置中，其中一个端壁（142或144）在底部表面143处终止，而相对的一个端壁包括突片凹陷部121。在该配置中，相邻的模具型腔112包括要与端壁142邻接的突片凹陷部121以及要与相对的端壁142邻接的相邻模具型腔112。因此，具有突片凹陷部121的端壁为142，相对的壁确定为壁144。相对于模具型腔112'仅仅可见端壁142'和144'的一部分，但是示出了连接突片172的总体轮廓，下面参照图7和图13来说明所述连接突片。模具型腔112朝着顶部打开，位于模具组件100的上表面111之上。

由于已知流动通道102和流动斜槽106的容积，因此通过调节流体入口（一个或多个）104和出口端口（一个或多个）109的相对泵送容量，可控制流动通道102内熔融金属的水平高度。如果流动通道102和传输斜槽106内的水平高度需要位于更高的点处，比如在高于溢吝108的顶部边缘的高度处，那么指引流体入口104将更多的熔融金属泵送至流动通道102内和/或出口端口109停止泵送或较少地泵送。熔融金属恒定地流过该系统是理想的，以便协助避免熔融金属在角落或其他区域内凝固或形成毛刺。为了更快速地控制和改变流动通道102内熔融金属的内部水平高度，若干个附加流体入口104（图7中用虚线表示）可沿着流动通道102设置在底部表面101内的适当位置处，以及设置与所述附加流体入口相邻的若干个出口端口109（图7中用虚线表示）。入口104和出口端口109理想地以歧管配置连接在一起并且与熔融金属贮存器（未显示）流体连通，以便经过其中的泵送动作同时协同操作。

现在参考图6-图8，模具型腔区段140直接与中间区段130相邻，该中间区段自身与歧管区段110相邻。中间区段130示出为置于歧管部分110与模具型腔区段140之间。然而，图6显示了中间部分130仅仅部分向下延伸到模具组件100的本体内，这是由于所述中间区段的热能输入加热功率的功能，下面会进行描述。类似地，中央区段160也仅仅部分向下延伸到模具组件100的本体内。两个区段130、160也用于将两个相应侧壁132、162的热输入和温度水平维持在所需要的预定水平处，下面更具体地进行描述。

作为本发明的一部分，设想在不同的区段110、130、140和160之间具有明显的温差。因此，需要在任两个相邻区段110、130、140和160的每个相邻表面之间置入包括合适的绝缘材料的平面膜或垫115。可使用任何合适的隔热材料（比如与上述美国专利第4,425,959号中所述的隔热材料相似的材料），或者能够承受高温（通常为400℃以上）的任何其他合适的绝缘材料。重要的是，绝缘材料的导热率低，以使得在所述区段之间提供充分的绝缘性的同时垫115的厚度尽可能小。这也允许每个区段的壁（比如132、162，所述壁在操作期间根据需要直接向熔融金属提供热传递能力）与模具型腔112内的邻接熔融金属具有最大可能的直接接触。也就是说，将垫115的厚度保持尽可能小，这会将所述区段之间的暴露于熔融金属并且与熔融金属接触的表面区域最小化，但是由于所述表面热导率低，所以该表面不提供任何传热能力。通常，垫115的厚度范围从大约.005"（.13mm）到大约0.100"（2.54mm），优选的厚度接近该范围的下限。当然，根据所使用的电池配置，垫115可能具有不同的厚度。

要注意的是，底部表面143和端壁142、144主要设置在模具型腔区段140内，该模具型腔区段在表面143之上的壁142和144之间包含每个模具型腔112的容积的大部分。模具型腔区段140与挨着关联的歧管部分110的中间区段130直接相邻。

本发明的COS模具组件100使用熔融金属，或者主要为铅的合金，以连接电池的正极或负极格栅或板的凸耳，每对凸耳共同包括一单元，与图4、图5A和图5B中所示的已知工序和结构相似。比如，在图8的示意图中，与凸耳44（图4）相似的负极凸耳放置在一组模具型腔112内，正极凸耳46放置到已经倾注入另一组模具型腔112'内的熔融金属浆液内（图6）。该工序要求预定量的热能，以便在凸耳44和46之间形成合适的焊接，还形成到一个或多个电池柱（图8中未显示）的焊接。减少输入到系统内以保持铅足够热从而提供良好焊接的热能输入，同时不需要过多的热能输入，是业内的既定目标，这通过本模具组件配置，并且使温度上升到上述水平来满足。

本发明的COS模具基本具有三部分，其中一些部分包括一个以上的上述区段。比如，中间部分130和歧管区段110可以为整体区段，但是优选地，所述中间部分和歧管区段是分离的，以便可以为模具型腔112的侧面提供更高的温度。这些部分中的两个部分（一个部分包括歧管区段110和中间区段130的组合）未显示为单个区段部分，但是可以该方式使用。使用两个分离的区段时，这两个区段110和130的温度可保持在不同的水平，比如歧管区段110的温度维持在足以将熔融金属保持在熔融和流体状态下，然而，中间区段的温度可保持在更高的温度处，以便就在熔融金属注入模具型腔112内之前，将熔融金属加热到更高的水平。进入模具型腔112时熔融金属的温度越高，熔融金属就能够更好地在熔融金属溢出溢吝的顶部边缘以及熔融金属倾注入模具型腔112内时将插入模具型腔内的凸耳44、46之间提供良好的焊接。另一个部分包括模具型腔区段140和中央区段160。这两个区段保持的温度基本上高于第三模具型腔区段140的温度，这两个区段内部主要包含模具型腔112、112'的容积。

模具型腔112包括的侧壁为温度更高的区段的部件，所述模具型腔的概念为本发明的组成部分。模具型腔的容积以及随后倾注入模具型腔内的熔融金属暴露于壁132和162，从而将额外的热能输入提供到型腔内并且提供给倾注入所述型腔中的熔融金属。在倾注和焊接的步骤中，输入到模具型腔内的通过两个侧壁提供的热能增强了进入模具型腔内的熔融金属的加热能力，从而在凸耳之间提供良好的焊接，而在模具型腔112、112'内无需大批量或过多质量的金属。

而且，如果认为需要额外的热能输入，则型腔侧壁132、162不需要为模具型腔112的仅仅一部分，所述型腔侧壁包括两个热量提高区段130、160的一部分。如图6-图8中所示，侧壁132、162不直接邻接在模具型腔112的端部上，但是底部的小部分以及端壁各自被区段130、160的附加部分占据。所述附加部分采取若干个薄片（slice）或凸缘（ledge）146、166的形式，例如，所述若干个薄片或凸缘的每一个均提供端壁142、144和底部表面143的一部分，并且与壁132、162直接邻接。这就造成薄片146、166的形状大致为三角形并且为热量提高区段的一部分，从而能够根据需要将额外的热能输入到模具型腔112内。类似地，模具型腔112的底部143内的薄片或凸缘147也为中间区段的部分，并且能够将额外的热量引入型腔内。

这种薄片或凸缘146、166、147和167的宽度或者甚至对这种薄片或凸缘的需要取决于型腔112内所需要的热能量的初始计划考虑，以便在凸耳插入步骤中保持金属的熔融状态。图12中最清晰地可见的是在型腔的与凸缘147相对的侧部上的相似凸缘167，凸缘167与中央区段160为一体。了解本发明的人员会理解的是，根据所需要的条件、所述带可能需要的熔融金属的量、以及其他考虑，凸缘或薄片的宽度可变化。通过侧壁132、162以及底部表面143和端壁142、144的部分来提供热能的能力使所述配置具有灵活性，从而可以允许本领域技术人员设计根据需要设计适应特定铸焊带的配置，并且优化参数，从而降低所需要的热能输入以及制造电池时所使用的铅量。

如图6-图8中最明显地显示出的，两个区段130、160位于第三中间区段140的侧面。分离这些部分并且将模具区段140隔热（比如通过在所述模具区段与邻接的区段130、160之间包括绝缘垫115），这允许模具组件控制所述区段之间的温度。歧管区段110的温度保持在从大约420℃到大约460℃的范围内，但是更通常地维持在450℃，以使得熔融金属将维持流体并且能够穿过流动通道102形成的水槽。熔融金属被泵送通过熔融金属流体入口104并且沿着流动通道102流动，并且朝着熔融金属流体流出口109流动。通常，通过泵送或其他方式从贮存器（未显示）中抽取熔融金属（主要是铅），在操作的过程中，通过连续施加热量，该贮存器将金属保持在熔融状态。在上述美国专利第4,108,417号中描述了类似的布置，在适当的情况下，通过引证的方式结合于该专利的教导内容中，以便理解该工序。

将其他区段130、110、140'等的温度也维持在特定温度的预定范围内。中间区段130维持在更高的温度，该更高的温度在从大约300℃到大约500℃的范围内，更优选地为大约430℃到大约450℃，中央区段160的温度由合适的加热机构维持在大约200℃到大约400℃，优选地为大约250℃，所述加热机构比如为插入通孔119内的加热线圈（未显示）。包括水流入端口150（图6）的冷却套将模具型腔区段140的温度维持在恒定温度，该恒定温度范围为110℃到150℃，优选地为大约120℃。就在焊接步骤之前，通过倾注入直接来自更高温度中间区段130的熔融金属，模具型腔区段140的壁142、144和底部表面143的表面温度增大，这是因为熔融金属必须保持足够地热，以便在每个凸耳之间形成良好的焊接。一旦通过从上方降低凸耳44、46从而将所述凸耳浸入熔融金属内（如图12中所示），那么熔融金属开始由穿过孔口150的水套冷却，从而使得金属凝固，以便在该铸造步骤中形成良好的焊接。在铸造步骤期间，再次将模具型腔部分的温度降低到大约120℃，其中使得熔融金属在凸耳44、46周围凝固。

如上所述，歧管区段110将熔融金属（比如铅）传输至模具型腔112、112'内，如图6-图7中所示，这基本上利用通过斜槽106倾注熔融金属以及所述系统将熔融金属的水平高度提高到足以溢出溢吝108来实现。尽管露出的侧壁132、162确实将一些热能添加给金属，然而，尽管从区段130、160连续输入热能，熔融金属也会在凸耳44、46周围在模具型腔112内完全凝固（图4）。发明人惊喜地发现，尽管在整个模具型腔容积内不会发生冷却，但是加热的侧壁不会明显地影响所述铸造工序在现有技术装置内实施，比如如图1至图4-图5B中所示的装置。即，在现有技术中，冷却整个模具（即，模具型腔的底部以及全部四个壁）要求获得完整的铸焊带。然而，通过仅仅对底部表面143和端壁142、144或所述底部表面和端壁的主要部分施加冷却操作，本发明的模具型腔配置提供固化的带。沿着根据本发明的模具组件100的三个表面的仅仅部分进行冷却操作，该冷却操作提供了充分的热冷却，以便在铸造过程期间完全凝固所述带。在需要额外的加热或冷却能力的情况下，可以提供额外的端口（比如端口180），以用于插入加热线圈（未显示）或冷却水，如图8中所示。可远程控制并且可通过传感器监控提供给所述系统和模具组件100的热能输入和冷却能力，所述传感器比如为热电偶，并且布置成与需要维持预定温度的分离表面相接触。

然而，出人意料地，在本发明的模具结构中，仅仅冷却模具型腔表面的其中三个（即，端壁142、144和底部表面143）的冷却套使得熔融金属在模具型腔112内完全凝固，因为冷却套所提供的冷却能力足以冷却模具型腔112内的熔融金属的整个质量。在将凸耳44、46插入熔融金属的步骤期间凸耳44、46之间已经建立焊接后，由于冷却水被连续泵送通过冷却套以便将型腔区段冷却到大约120℃，因而模具型腔区段140恢复到冷却套的温度。据考虑，在将金属倾注入型腔112内之后的初始片刻内，熔融金属开始在与表面142、144和底部表面143的接触点处凝固，所以重要的是，在熔融金属处于模具型腔112内之后，立即将凸耳浸入金属内。该工序所需要的定时进一步加快了所述循环并且减小了循环时间。

由于熔融金属几乎立即开始冷却，初始凝固之后的金属的热能传输性能通过散热工序冷却横向侧表面处的金属，所述横向侧表面与侧壁132、162相邻。铸焊带的与侧壁132、162（与加热的表面接触）接触的带表面经历了较缓慢的相转变，这使得所述带表面略微更具延展性，即使是所述带表面具有固态形式的情况下，从而允许更容易从型腔112、112'中的每一个移除铸焊带。

通过侧壁接触来将热能提供或引入到模具型腔112、112'内的另外一个额外益处为，明显降低形成“适当的”焊接所需要的熔融金属的量。现有技术模具设计需要将整个模具型腔维持在降低温度阶段中，以使得当有熔融金属流入型腔内时，仅仅为了维持高热能含量，需要大量的熔融金属以将模具型腔内的熔融金属的温度保持充分流畅，以足以达到每个凸耳44、46之间。在熔融金属已经到达所有必需的凸耳位置以便产生合适的焊接之前，减小倾注入模具型腔内的熔融金属的量会造成金属凝固的风险。为了避免这种后果，引入的铅或熔融金属量必须在一定临界水平高度之上，从而避免在凸耳之间没提供必需的接触的可能性。

由于多个原因，本发明的模具组件明显改善了现有技术的组件。通过与邻接的中间部分130、160的热度升高的（450℃）侧壁相接触的侧壁来将热能引入模具型腔112、112'内以便提供充足的热能，从而形成完整的焊接。而且，由于现有技术在焊接的步骤中依靠过多质量的熔融金属以保持流体性能，所以从侧壁142、144输入的热能提供相同的功能，然而模具型腔内所需要的铅或熔融金属的量少得多。区段130、160加热的侧壁132、162保持熔融金属的高度流动性，以允许熔融金属更容易在凸耳44、46之间流动，并且形成每个凸耳的到达充分深度的焊接，以便避免不适当接触的风险。减小完成凸耳之间的焊接所需要的铅量的有利之处在于，每个铸焊带需要使用的熔融金属较少，并且需要在倾注步骤之前将熔融金属保持在流体状态的热能更少。

具体而言，所需要的熔融金属的量可显著减小，以便显著节省所使用的铅或熔融金属合金，以及每个循环所需要的热能的量。因此，模具型腔112、112'可明显小于现有技术中已知的标准带。比如，已发现，常规带的宽度可从标准的22mm（大约7/8"）减小到仅仅大约15mm（大约5/8"）。带的厚度也可从大约7mm（大约1/4"）显著减小到从大约4mm（大约0.150"）至6mm（大约0.270"）的范围，优选地在大约4.0至4.5mm（大约0.177"）之间。减小带的厚度允许模具型腔112的深度也从常规深度减小，从图11和图13的横截图的对比显而易见。

现在参照图9和图11，显示了具有标准尺寸的常规铸焊带170。带本体包括嵌入其中的凸耳44、46、以及用于将相邻的带彼此连接并且连接到所述柱的突片172。如图11中所示，熔融金属浆液首先倾注入标准模具型腔12内（如上所述地），包括板42和凸耳44、46以及绝缘材料48的板配置（如图5A中所示）朝着模具型腔12内的熔融金属98的表面99降低，以便将凸耳44、46的端部浸入表面99下面的熔融金属浆液内。热熔融金属98与冷凸耳44、46之间的温差造成熔融金属内的温度立即降低，这是因为凸耳也用作散热器，从熔融金属中朝着凸耳44、46上面的板收回热能。利用当前的模具设计，一旦从熔融状态转变成固态，熔融金属的温度大幅降低。为了让现有技术的装置向熔融金属98提供充分的流动性，必须将比连接最终所需的质量更多的熔融金属98倾注入模具型腔12内，以便金属保持足够热以在凸耳44、46之间流动，从而在铸焊带170内提供良好的焊接以及接触凸耳。如上所述，标准尺寸为宽度大约22mm，厚度大约7mm。

本发明的模具型腔配置使得铸焊带具有不同的形状，如图10、图12和图13中所示。这些尺寸能够减小成宽度为大约15mm（大约5/8"），带的厚度可减小到大约4.5mm（大约0.177"），并且依然在用于正极和负极连接的两侧上的凸耳之间提供充足的并且一致的机械和电气连接。本发明中不需要被常规模具用来提供连接的大体积的熔融金属，这是因为不需要这么多的熔融金属来维持驱动熔融金属以在凸耳44、46之间扩散的温度。这个结果的直接原因是，能够在比模具型腔区段140的高得多的温度下，通过与侧壁132、162的直接接触将热能引入本发明的模具型腔112的熔融金属内。补偿因素在于，热能不再必需包含在大量熔融金属之内。不再需要多余的铅来提供充足量的热能，这是因为通过与侧壁132、162直接接触的熔融金属来输入热能。这种提供精确且受控温度管理的能力允许调整型腔的宽度以及减小带的最终厚度。

为了进一步有助于从模具型腔移除所述带，每个侧壁132、162以及模具型腔112、112'的端壁142、144相对于竖直线倾斜，并且在从底部143朝着模具组件表面111的方向上偏离。这是所述带凝固后具有的常规带配置，如图9和图11中所示。然而，由于两个侧壁132、162内的热能给予模制带有利的表面质量，所以也可减小倾斜度以便为所述带提供更紧凑的形状。比如，倾斜度可从正常的15°减小到仅仅10°，或者甚至从正常减小到7°，而不影响从模具型腔快速有效地移除所述带的能力。在容积方面，通过减少每个带内使用的熔融金属而实现的节省量可以为容积的一半。

为了进一步协助有效地移除所述带，两个相对的端部模具型腔118（图7）具有连接器柱，示出了该连接器柱的孔口136，所诉两个相对的端部模具型腔可使用一个或者优先地两个偏移的推顶杆（ejector pin），以便在所述柱已经在孔口136内铸造成后推出所述柱。推顶杆为从模具组件移除铸焊带的已知方法，甚至在该配置中也是，并且这些推顶杆可用来从模具型腔112移除带170。温度更高的加热侧壁132、162的发明特征在于，为所述带提供更具延展性的滑动表面以便更容易取出，并且为推顶杆提供更具延展性的滑动表面以便无需费力就可执行这些推顶杆的功能。

本发明的模具组件100的另一个优点和显著特征是使用温度更高的壁部132、162，从而进一步允许更清洁地移除完整的凝固带，这是因为溢吝也处于更高的温度。如图12中所示，模具型腔具有三个分离的部件，每个部件均由三个区段限定，这三个区段为模具型腔112提供表面。随着熔融金属溢出替换实施方式的溢吝208，然后冷却熔融金属以便进行凝固，中间区段130内的热能为溢吝208提供热源，该热源随之允许熔融金属直接从溢吝208的顶部边缘209回退，以便流回到流动斜槽206。这就中断了流动斜槽206内凝固的任何熔融金属，溢吝208的形状进一步有利于此中断。

如图所示，溢吝208包括更锋锐的边缘209，以使得在凸耳降低并且浸入模具型腔内的熔融金属内时，熔融金属从溢吝208流开。由于凸耳的体积使熔融金属转移，因此熔融金属流回流动斜槽206。然后，由于泵送机构（未显示）从流动斜槽206收回熔融金属，所以在熔融金属在模具型腔内凝固时溢流依然流动，但是所述溢流在型腔的为高温中间区段130的一部分的部件内保持熔融，从而不产生突出的残余物（比如现有技术装置的图11中所示的残余物97）。这就形成更均匀的带170（图13），并且进一步避免浪费过多的熔融金属。

还要注意的是，凸耳44、46的典型或标准宽度为12.8mm。尽管现有技术和本发明均适应标准尺寸的凸耳，不过现有技术为现有技术的带70（图11）提供22mm宽的宽度尺寸，仅仅因为在熔融金属内必须具有充足的热能，以便确保熔融金属流入凸耳之间的空间，从而提供所需要的连接。然而，如图12中所示，相同尺寸的凸耳44、46可容纳在宽度仅仅为15mm的模具型腔内，这是因为通过自壁132、162或凸缘147、167输入的热能来提供保持熔融金属流动从而足以扩散到凸耳之间密封空间内所需的热能。

参看图14的细部图，示出了溢吝的又一个实施方式308。已经进一步确定，溢吝308顶部处的更尖锐的边缘309可进一步减小可能在模具型腔112的外部凝固的熔融金属的量，所述边缘进一步由后壁311限定，该后壁为笔直的竖直壁311。在图14的实施方式的细部图中，模具型腔区段340通过绝缘垫315与中间区段330分离，图12和图14实施方式之间唯一的主要差别在于后壁311的形状。据考虑，图14的实施方式优选地可以为溢吝的其他实施方式（即溢吝的实施方式108和208），这是因为更薄的壁可更容易地将热能从中间区段330传输到上边缘309，并且还可从流动斜槽306内的熔融金属提供额外的热能。

相反，由于在常规模具组件内进行凝固的过程中，溢吝也冷却，所以在熔融金属从模具型腔12中退出时，突出的残余物97（图11）保持在后面。突出物97通常为传统铸焊带的一部分，该突出物是不合需要的，因为该突出物使用甚至更多的过量熔融金属。

显示出溢吝208具有专门的形状，以便于可能作为突出物的部分而残留的任何炉渣或额外的熔融金属脱落，如图11中所示。然而，源自具有在模具型腔上的侧壁开口的温度受控区段的益处在于，所述温度受控区段也适用于具有更常规形状的溢吝，比如溢吝108（图6-图8），只要溢吝和侧壁为第一或中间区段130的一部分。甚至在铸焊带凝固之后，侧壁132内以及溢吝108内固有的热量在正常条件下会将熔融金属保持在流动状态，并且熔融金属会朝着流动通道102流回，而不在溢吝108的边缘上留下突出物。

现在参看图6和图7，图8的示意图并入了在图6的透视图和图7的平面图中的更大视图中。特别地，在图6和图7中显示了示出仅仅两个模具型腔112以及两个另外的型腔112'的部分的细部图，其中具有根据本发明的模具组件100的其他元件。两个侧部（即模具组件100的模具型腔112的负极侧部以及型腔模具112'的正极侧部）示出为相对于将所述两个侧部分离的中央区段160基本成镜像。为了便于进行识别，负极侧部元件用相同的标号表示，正极侧部元件用相同的标号表示，但是具有基本符号，如图所示。

图6中所示的两个型腔模具部分140和140'具有整体结构，中央区段160为这两个型腔模具部分共用的并且包括细长型带，所述细长型带具有独立的加热元件，比如插入通孔119内的镍铬合金丝。该构造允许两个模具型腔部分140和140'具有单个水套，并且通过穿过孔口150的通孔可操作地控制，从而使得能够通过冷却套更精确地监控和控制模具型腔区段140和140'的温度。每个区段110、130、160均包括用于插入加热元件（未显示）的一个或多个孔口119，以便独立控制每个区段的温度。

通过使得集合在一起的凸耳44、46能够插入模具型腔112、112'的每一个内，并且包括柱型腔118、118'，图6和图7中模具组件100的配置允许有效地进行操作。随着熔融金属的水平高度升高到使得熔融金属溢出溢吝108，统一夹持组件（未显示）将板142降低，所述统一夹持组件同时将所有的夹具50一次性连接在所有的型腔112和112'内（图4和5A）。在通过泵送机构（未显示）升高所述水平高度时，熔融金属已经刚好倾注入模具型腔112和112'内。由于只要熔融金属倾注入型腔112和112'（图12）内，凸耳44、46就浸入熔融金属98内，因此过多的熔融金属现在溢出溢吝208并向后流向流动斜槽206，并且将过多的熔融金属返回到斜槽206内的剩余熔融金属205内，利用泵送机构（未显示）通过出口端口109将熔融金属水平高度降低，从而从所述斜槽收回过多的熔融金属。

如上所述，只要熔融金属到达模具型腔区段140的冷却表面142、143和144，熔融金属就开始凝固过程，因此定时是至关重要的，因为系统必须在熔融金属变成固态之前将凸耳插入熔融金属内。由于从侧壁132、162连续输入热能，具有充足的时间来连续输入热能以便在凸耳之间依然形成良好的焊接。然后，根据模具型腔的尺寸以及其他因素（比如凸耳尺寸等），该系统在设定量的时间内保持静态。通常，凝固熔融金属所需要的时间量为大约10秒到大约40秒，可选地为大约10秒到15秒。这个循环时间将允许型腔112和112'内的剩余熔融金属凝固并且产生带170，然后，通过夹持机构（未显示）从模具组件100中同时移除所述带，以用于进一步处理。一旦夹持机构移除电池组件（所述电池组件通过带170成为一体），模具组件100就准备好制造下一个电池组件，包括夹持具有凸耳144、146的一组新的板142，所述凸耳将放置到模具组件100内以用于处理。该工序是连续的，但是循环时间大大减小，因为消除了必须凝固的过多熔融金属的量。

该工序连续进行，并且步骤一个接一个地快速连续地完成，从而通过所述工序中的独立步骤来设置循环时间。该发明工序明显减少了模具型腔内的每个带的熔融金属，因此明显减少了熔融金属凝固所需要的较长滞后时间。熔融金属（包括铅）量的减少，也将材料成本降低到最小。此外，由于熔融金属的一小部分必须通过冷却套从熔化状态凝固为固态，所以不需要浪费这么多的热能将在常规工序中使用的所有过量金属加热到熔点。

也能够具有其他替换的实施方式。比如，尽管本发明已经显示为用于制造具有用于单个大型电池的六个正极和六个负极模具型腔112、112'的单个电池，但是可以提供包括若干个这种电池的模具结构，以使得所有的独立电池模具都进行该工序，该工序包括倾注熔融金属以及同时浸入凸耳，在图7中大致显示了这些独立电池模具中的一个模具100。可校准具有图7中所示的彼此邻接的两个模具的双电池结构，以便具有相同水平高度的溢吝上边缘209，以使得升高一个模具内的熔融金属的水平高度也同样在邻接的模具中发生。这种结构可具有12个正极模具型腔112'以及12个负极模具型腔112，这些型腔要求将凸耳降入其内。其他实施方式可为回转式结构，比如在一些上述专利中所显示的那些实施方式，并且这些实施方式中的任何一个实施方式可使用本文中的发明概念，其在上面进行了详细描述。

在本文中已经参照图6-图8、图10、图12-图14的实施方式描述和阐述了本发明，但是应理解的是，在不明显背离本发明的精神的情况下，所描述的本发明的特征和操作容易进行修改或变更。比如，可改变各种元件的尺寸、大小以及形状，以便适合特定的电池结构和应用。因此，此处所阐述和描述的具体实施方式仅仅是说明性的，并且本发明仅仅受到下面的权利要求书的限制。

Claims (13)

1.一种模具组件，包括顶部表面，所述模具组件用于将铸焊带铸造至蓄电池板上，所述铸焊带沿着一个边缘具有凸耳，所述模具组件包括：

至少一个模具型腔，用于接收熔融金属，所述至少一个模具型腔由以下部分限定：第一操作温度受控区段，处于第一较高温度下并且包括第一模具型腔侧壁；第二温度受控区段，基本上限定底部模具型腔表面以及每个模具型腔的相对端壁；以及第三温度受控区段，处于第二较高操作温度下并且包括第二模具型腔侧壁，所述第二模具型腔侧壁从底壁的底部表面基本上竖直地延伸到模具组件顶部表面，以及

所述第二温度受控区段的温度通过冷却套保持在较低温度，所述冷却套与包括所述第二温度受控区段的材料接触并且用于冷却第二区段底部的下面，从而冷却所述底部模具型腔表面和所述相对端壁，以便凝固在所述模具型腔内以及在插入所述模具型腔内的电池板的凸耳之间和周围流动的熔融金属，

热能输入装置，用于为所述第一和第三温度受控区段提供热能，包括所述第一和第二模具型腔侧壁，以便通过将模具型腔内的熔融金属至少暴露于所述第一区段的第一侧壁来将至少预定最少量的热能输入至所述模具型腔内，所述第一区段具有的预定温度比所述第二区段的所述较低温度的预定温度高。

2.根据权利要求1所述的模具组件，其中，由于所述第三区段的预定温度比所述第二区段的温度高，因此所述第三温度受控区段的第二壁进一步将预定最小量的热能输入到所述模具型腔内，从而允许所述模具型腔在焊接阶段对所述模具型腔内的熔融金属的热能传递能力增大。

3.根据权利要求1所述的模具组件，其中，所述第一区段和所述第三区段的预定操作温度都比所述第二区段的预定操作温度大。

4.根据权利要求2所述的模具组件，其中，所述第一区段和所述第三区段的预定操作温度都比所述第二区段的预定操作温度大。

5.根据权利要求4所述的模具组件，其中，所述第一区段的预定操作温度在从300℃至500℃的范围内，所述第三区段的预定操作温度在从200℃至400℃的范围内，以及所述第二区段的预定操作温度在从110℃至150℃的范围内。

6.根据权利要求4所述的模具组件，其中，所述第一区段的预定操作温度为大约420℃，所述第三区段的预定操作温度为大约250℃，以及所述第二区段的预定操作温度为大约120℃。

7.根据权利要求4所述的模具组件，其中，在所述熔融金属凝固并且将所述凸耳相互连接时，所述第二区段的预定操作温度为大约120℃，由此，在为至少第一侧壁提供最小量的热能输入的同时通过与所述第二区段的端壁和所述底部表面接触来冷却所述熔融金属，这就允许更有效地移除凸耳以及在所述凸耳周围凝固的带，并且进一步允许所述模具型腔在焊接阶段对所述模具型腔具有更有效的热传输能力。

8.根据权利要求1所述的模具组件，其中，每个模具型腔的底部和端壁进一步包括至少一个端壁薄片，所述薄片为所述第一温度受控区段的整体部分。

9.根据权利要求1所述的模具组件，其中，在所述模具组件的所述第一和第二温度受控区段之间置入绝缘材料。

10.根据权利要求9所述的模具组件，其中，在所述模具组件的所述第二和第三温度受控区段之间置入第二绝缘材料。

11.根据权利要求1所述的模具组件，其中，所述第一侧壁包括用于将所述熔融金属倾注入所述模具型腔内的溢吝，最靠近所述溢吝的模具型腔底部表面具有第一凸缘，所述第一凸缘为所述第一区段的部分，进一步，最靠近所述溢吝的两个端壁部分各自包括薄片，以使得通过与处于所述第一区段的较高温度下的端壁薄片和凸缘相接触，能将额外的热能输入至所述模具型腔内。

12.根据权利要求11所述的模具组件，其中，离所述溢吝最远的模具型腔底部表面具有第二凸缘，所述凸缘为所述第三区段的部分，进一步，离所述溢吝最远的两个端壁部分各自包括薄片，以使得通过与处于所述第三区段的较高温度下的薄片和凸缘相接触，能将额外的热能输入至所述模具型腔内。

13.一种在电池板组件的凸耳上形成铸焊带的方法，包括：

提供模具组件，所述模具组件具有延伸至第一高度的熔融金属流动通道以及连接至模具型腔的流动斜槽，所述熔融金属流动通道以及所述流动斜槽通过具有比所述第一高度低的第二高度的溢吝分离，并且所述模具组件进一步包括限定多个模具型腔的第一、第二和第三区段，每个区段均包括每个模具型腔的至少一个壁，所述第一区段维持在预定歧管温度处，第二温度受控区段在熔融金属倾注步骤期间维持在模具型腔温度处，第三中间区段维持在预定的第三温度处，所述模具组件进一步提供用于控制所述流动通道和流动狭槽内的熔融金属的水平高度的泵，

启动所述泵，以便将所述模具组件内熔融金属的水平高度升高至所述第二高度之上而在所述第一高度之下，以使得所述熔融金属在每个流动斜槽的端部处溢出所述溢吝的顶部表面，结果使得熔融金属被倾注至所述模具型腔内；

朝着所述模具组件降低电池组件的板，所述板具有成组布置在一起的凸耳，每组凸耳均包括比所述模具型腔的容积小的六角形体积，凸耳组的形状和定向设计为用于插入所述模具型腔内，

当所述凸耳的至少一个端部浸入所述模具型腔内的熔融金属内时，停止降低所述板，

通过凝固在每组凸耳中相邻板的凸耳周围的熔融金属来焊接相邻板的凸耳，以便提供电气和机械连接；

将热能从所述第一和第三区段中的每个区段引入所述模具型腔内，以便在所述焊接步骤期间将热能输入至所述熔融金属内，以使得所述熔融金属流动至相邻凸耳之间限定的空间内，从而在每个凸耳组内的凸耳之间提供电气连接；

通过与所述模具型腔底部表面以及所述第二温度受控区段的端壁接触来冷却所述模具型腔内的熔融金属，其中所述熔融金属的温度降低到大约模具型腔的温度，从而使得所述熔融金属在每个凸耳组中的凸耳周围凝固，以便在每个凸耳组中的凸耳之间形成机械连接；以及

从所述模具型腔取出所述板和凸耳。