CN110087825B - 激光焊接夹具和包含该激光焊接夹具的激光焊接设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施方式的一种激光焊接夹具包括：夹具主体，该夹具主体用于在焊接期间覆盖汇流条单元；多个焊缝，该多个焊缝形成在所述夹具主体处，并且使电池单元的电极引线和至少一个引线汇流条暴露于所述夹具主体的外部，以进行焊接；多个螺栓插入部分，该多个螺栓插入部分设置在所述多个焊缝之间，并且具有至少一个螺栓插孔，至少一个冲压螺栓被插入所述至少一个螺栓插孔中；以及成对的引线粘附块，该成对的引线粘附块设置在每个螺栓插入部分的后表面上，并且根据所述冲压螺栓的插入而彼此间隔开，以便所述电极引线粘附到每个引线汇流条。

Description

激光焊接夹具和包含该激光焊接夹具的激光焊接设备
技术领域
本公开涉及激光焊接夹具和包含该激光焊接夹具的激光焊接设备。
本申请要求于2017年9月11日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0116064的优先权，该韩国专利申请的公开内容以引用方式并入本文中。
背景技术
目前作为电池单元市售的二次电池包括镍-镉电池、镍氢电池、镍-锌电池、锂二次电池等。在这些电池当中，锂二次电池因其与镍类电池单元相比几乎没有存储效应从而允许自由充放电、并且还具有极低的自放电率和高能量密度而备受关注。
锂二次电池通常分别使用锂类氧化物和含碳材料作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括电极组件和外部构件，在所述电极组件中，设置分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板，且在正极板和负极板之间插置有隔膜，所述外部构件是电池壳体，在所述电池壳体中，将所述电池组件和电解液一起容纳和密封。
通常，根据外部构件的形状，锂二次电池可以被分为电极组件被包括在金属罐中的罐型电池单元和电极组件被包括在由铝层压片材制成的袋中的袋型电池单元。
近年来，二次电池不仅被广泛用于诸如便携式电子装置这样的小型装置中，而且还被广泛用于诸如车辆和储电装置这样的中型装置和大型装置中。当用于中型装置和大型装置中时，大量二次电池被电连接，以增大容量和电力。特别地，袋型二次电池因其容易被堆叠而被广泛用于中型装置和大型装置。
为了将二次电池电连接在电池模块内部，可以将电极引线彼此连接，并且可以焊接连接部分以保持连接。另外，在电池模块中，可以并联和/或串联地连接二次电池。为此，电极引线的一端可以被焊接到汇流条，以便二次电池之间进行电连接。
通常通过将电极引线结合到汇流条来连接二次电池。此时，为了将二次电池并联电连接，将相同极性的电极引线彼此连接并结合。另外，为了将二次电池串联电连接，将不同极性的电极引线彼此连接并结合。
在结合工艺中，如果使不应彼此连接的电极引线彼此接触，则可能发生内部短路从而使电池组受损，并且在最坏的情况下，可能发生起火或爆炸。此外，如果使应彼此连接的电极引线彼此分离，则可能没有从电池模块适当地供电，由此造成功率不敏感现象或者减少电池模块的容量或输出。如果如上地发生功率不敏感现象，则装配有电池模块的诸如车辆的装置会停止操作，这可能造成严重事故。
因此，电极引线的接触状态需要如原始预期保持稳定，并且不应发生电极引线的无意接触或分离。另外，用于车辆等的电池模块经常承受振动或冲击，因此一直需要开发一种即使在振动或冲击的情况下也能够稳定地保持电极引线的连接状态的电池模块。
另外，在电池模块中，必须确保电极引线之间的可焊接性以及连接的稳定性。例如，如果电极引线之间的连接稳定但焊接非常困难，则电池模块的生产率会降低并且故障的可能性会增加。
特别地，在电池模块中，可以提供引线汇流条以电连接二次电池，并且引线汇流条需要与电极引线接触，以被焊接到电极引线。因此，在电池模块的制造工艺期间，需要提供有助于对电极引线和引线汇流条之间的结合部分进行焊接工作使得电极引线和引线汇流条能被容易地连接的结构。另外，可以通过激光焊接等将多条电极引线联接到引线汇流条，以便稳定地保持连接状态。在这种情况下，期望提供具有优异可焊接性的模块结构。
然而，在传统的电池模块中，为了允许二次电池的电极引线稳定地结合到引线汇流条，不可避免地要弯曲电极引线的一端，使得电极引线的面积相对大的一个侧表面接触引线汇流条，然后将电极引线的弯曲的一个侧表面结合至引线汇流条的前表面。
在结合工艺中，需要附加地弯曲电极引线以与引线汇流条接触，并且此操作需要附加的弯曲夹具。因此，电极引线和引线汇流条之间的焊接结合工艺变得复杂并且操作时间和成本增加。
另外，当执行激光焊接以将引线汇流条和电极引线结合时，由于堆叠的二次电池的电极引线之间的空间非常窄，因此在焊接操作期间电极引线容易彼此接触。因此，在不使二次电池受损的情况下执行焊接是非常困难的工作。
此外，如以上提到的电极引线的弯曲部分造成在焊接工艺中需要更多的工作空间。例如，当执行焊接工艺以进行结合时，需要在电极引线的弯曲部分和引线汇流条之间的焊点、焊点的间隙限值、焊接夹具将电极引线以完全弯曲的形式粘附到引线汇流条的配置空间等。因此，焊接工作空间变窄，从而使焊接效率下降。
特别地，随着二次电池的厚度根据最近的轻量化设计趋势而逐渐减小，用于将电极引线和引线汇流条结合的空间变得越来越窄。也就是说，如果电极引线一端的弯曲方向与二次电池的堆叠方向相符，则由于二次电池在堆叠方向上的厚度小，因此容易造成邻近的二次电池之间的干扰或损坏，由此使焊接工作非常困难并且增加了工艺时间。
发明内容
技术问题
本公开被设计用于解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种激光焊接夹具以及包括该激光焊接夹具的激光焊接设备，所述激光焊接夹具能确保提高焊接效率，同时确保电极引线与引线汇流条之间的可靠电连接。
本公开的这些和其它目的及优点可以从如下详细描述来理解，并且从本公开的示例性实施方式更完全地显现出来。此外，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中所示的装置来实现。
技术方案
在本公开的一方面，提供了一种用于焊接至少两个电池单元的电极引线和覆盖所述电池单元的一个侧表面的汇流条单元的至少一个引线汇流条的激光焊接夹具，该激光焊接夹具包括：夹具主体，该夹具主体被配置为在所述焊接期间覆盖所述汇流条单元；多个焊缝，该多个焊缝形成在所述夹具主体处，使得所述电极引线和所述至少一个引线汇流条暴露在所述夹具主体的外部，以进行焊接；多个螺栓插入部分，该多个螺栓插入部分设置在所述多个焊缝之间，并且具有至少一个螺栓插孔，至少一个冲压螺栓被插入到所述至少一个螺栓插孔中；以及成对的引线粘附块，该成对的引线粘附块设置在每个所述螺栓插入部分中的后表面处，并且被配置为随着所述冲压螺栓被插入而彼此间隔开，使得所述电极引线被粘附到所述引线汇流条。
所述成对的引线粘附块可以被安装到所述夹具主体，以能沿着所述夹具主体的纵向方向滑动。
所述成对的引线粘附块可以随着所述至少一个冲压螺栓被插入而逐渐彼此间隔开。
所述至少一个冲压螺栓可以包括：螺栓头，该螺栓头的直径与所述螺栓插孔的内径对应；螺栓腿，该螺栓腿的直径小于所述螺栓头的直径；以及螺栓锥体，该螺栓锥体被配置为连接所述螺栓腿和所述螺栓头，并且具有从所述螺栓头朝向所述螺栓腿逐渐减小的直径。
所述成对的引线粘附块可以分别具有至少一个插入引导槽，所述至少一个插入引导槽被设置成彼此面对，使得在所述至少一个插入引导槽之间形成具有供所述螺栓腿能够从中穿过的尺寸的空间，并且所述成对的引线粘附块的所述至少一个插入引导槽可以随着所述至少一个冲压螺栓被插入而彼此间隔开。
所述汇流条单元可以具有至少一个栓接槽，所述至少一个螺接槽在所述夹具主体覆盖所述汇流条单元时位于所述至少一个螺栓插孔的后部处，使得所述至少一个冲压螺栓被插入到所述栓接槽中。
所述焊接可以是在所述多个焊缝内执行的激光焊接。
在本公开的另一方面，可以提供一种激光焊接设备，该激光焊接设备包括：根据先前实施方式所述的激光焊接夹具；所述至少一个冲压螺栓；以及焊接激光器，该焊接激光器被配置为照射激光进行焊接。
有益效果
根据本公开的各种实施方式，电极引线和引线汇流条可以被结合，以在电池单元的电极引线处没有形成弯曲结构的情况下确保可靠的电连接。
因此，在用于制造本公开的电池模块的结合工艺中，可以省略弯曲电极引线以接触引线汇流条的工作，并且电极引线弯曲工作和弯曲夹具不是必需的，由此降低了制造成本并且缩短了工作时间。
另外，根据本公开的该实施方式，能够解决以下的传统技术问题：由于电极引线的结合至引线汇流条的弯曲部分，导致在进行焊接工艺时需要大的工作空间，使制造效率降低。
附图说明
附图例示了本公开的优选实施方式，并且与以上公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是用于例示根据本公开的实施方式的电池模块的焊接工艺的图。
图2是示出图1中描绘的激光焊接设备的激光焊接夹具的前视立体图。
图3是示出图2的激光焊接夹具的后视立体图。
图4是示出图3的激光焊接夹具的后视图。
图5和图6是用于例示图4中描绘的激光焊接夹具的一对引线粘附块的滑动的图。
图7是示出图1中描绘的激光焊接设备的冲压螺栓的截面图。
图8至图11是用于例示使用图1的激光焊接设备进行电池模块的焊接工艺的图。
具体实施方式
下文中，将参照附图来详细描述本公开的优选实施方式。在进行描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被理解为限于通用含义和字典含义，而是以使得发明人能够定义适于最佳说明的术语的原理为基础基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。
因此，本文中提出的描述仅仅是用于只出于例示目的的优选示例，而不旨在限制本公开的范围，所以应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以得到其它等同形式和修改形式。
图1是用于例示根据本公开的实施方式的电池模块的焊接工艺的图，图2是示出图1中描绘的激光焊接设备的激光焊接夹具的前视立体图，图3是示出图2的激光焊接夹具的后视立体图，图4是示出图3的激光焊接夹具的后视图，图5和图6是用于例示图4中描绘的激光焊接夹具的一对引线粘附块的滑动的图，并且图7是示出图1中描绘的激光焊接设备的冲压螺栓的截面图。
参照图1至图7，电池模块1可以包括至少两个电池单元10(例如，多个电池单元10)和汇流条单元30。
多个电池单元10可以是袋型二次电池。多个电池单元10可以被彼此堆叠，以便彼此电连接。另外，多个电池单元10可以分别具有在其上突出的电极引线15。
汇流条单元30覆盖多个电池单元10的一个侧表面，并且可以电连接到多个电池单元10的电极引线15，以进行电压感测等。
汇流条单元30可以包括单元主体32、引线汇流条34、引线槽36和栓接槽38。
单元主体32可以被安装到多个电池单元10的一个侧表面，以覆盖多个电池单元10的一个侧表面。
引线汇流条34设置在单元主体32的前表面处，并且可以设置多个引线汇流条34。多个引线汇流条34中的每个可以与两个电池单元10的电极引线15电互连。可以使用稍后说明的激光焊接设备50通过激光焊接来执行电连接。
引线槽36形成在单元主体32处，并且可以设置多个引线槽36。多个引线槽36可以设置在引线汇流条34之间。每个电池单元10的电极引线15可以在穿过每个引线槽36之后在单元主体32的向前方向上突出预定长度。
栓接槽38形成在单元主体32处并且可以设置多个栓接槽38。当稍后说明的激光焊接夹具100的夹具主体120覆盖汇流条单元30时，多个栓接槽38可以位于稍后说明的多个螺栓插孔165的后部处。稍后说明的激光焊接设备50的多个冲压螺栓300可以被插入到多个栓接槽38中。
下文中，将详细描述用于焊接电池单元10的电极引线15与汇流条单元30的引线汇流条34的激光焊接设备50。
激光焊接设备50可以包括激光焊接夹具100、冲压螺栓300和焊接激光器500(参见图11)。
激光焊接夹具100用于焊接电池单元10当中的至少两个电池单元10的电极引线15与汇流条单元30的覆盖电池单元10的一个侧表面的至少一个引线汇流条34，并且激光焊接夹具100可以在焊接期间被安装到汇流条单元30的前部。
激光焊接夹具100可以包括夹具主体120、焊缝140、螺栓插入部分160和引线粘附块180。
夹具主体120可以在焊接期间覆盖汇流条单元30。具体地，夹具主体120可以在焊接期间覆盖汇流条单元30的单元主体32的前表面。
焊缝140形成在夹具主体120处并且可以设置多个焊缝140。焊缝140中的每个可以将电池单元10的两条电极引线15和汇流条单元30的引线汇流条34当中的一个引线汇流条34向外暴露于夹具主体120的前部部分处。
螺栓插入部分160形成在夹具主体120处，并且可以设置多个螺栓插入部分160。多个螺栓插入部分160设置在多个焊缝140之间，并且可以分别具有至少一个螺栓插孔165，稍后说明的至少一个冲压螺栓300被插入到至少一个螺栓插孔165中。
可以设置多个螺栓插孔165，并且多个螺栓插孔165可以被设置为沿着每个螺栓插入部分160的垂直方向彼此间隔开预定距离。
可以设置多个引线粘附块180，并且多个引线粘附块180可以成对地设置在夹具主体120的后侧，特别是在每个螺栓插入部分160的后表面处。当稍后说明的至少一个冲压螺栓300被插入时，成对的引线粘附块180可以彼此间隔开，使得分别处于焊缝140中的电极引线15被粘附到引线汇流条34。
为此，成对的引线粘附块180可以被安装到夹具主体120，以沿着夹具主体120的纵向方向能滑动。具体地，当至少一个冲压螺栓300被插入时，成对的引线粘附块180能滑动，以逐渐地彼此间隔开。随着分别设置在螺栓插入部分165中的成对的引线粘附块180滑动，焊缝140内的两条电极引线15可以粘附到引线汇流条34。
成对的引线粘附块180可以分别具有用于引导稍后说明的冲压螺栓300从中穿过的一对插入引导槽185。
成对的插入引导槽185被设置成彼此面对，并且形成具有一定尺寸的空间，稍后说明的冲压螺栓300的螺栓腿340可以在冲压螺栓300穿过之前穿过该空间。另外，成对的插入引导槽185在稍后说明的冲压螺栓300被插入其中时可以彼此间隔开。
可以设置多个冲压螺栓300，并且多个冲压螺栓300可以被插入到螺栓插孔165和栓接槽38中，以将电极引线15粘附到引线汇流条34。
多个冲压螺栓300可以分别包括螺栓头320、螺栓腿340和螺栓锥体360。
螺栓头320可以具有与螺栓插孔165的内径对应的直径B1。螺栓腿340的直径B2可以小于螺栓头320的直径B1。螺栓锥体360连接螺栓腿340和螺栓头320，并且可以被形成为具有从螺栓头320朝向螺栓腿340逐渐减小的直径。
焊接激光器500(参见图11)可以焊接和连接多个焊缝140内的电池单元10的电极引线15和汇流条单元30的引线汇流条34。为了进行焊接，焊接激光器500可以照射激光。
下文中，将更详细地描述使用激光焊接设备50针对电池模块1的焊接工艺。
图8至图11是用于例示使用图1的激光焊接设备进行电池模块的焊接工艺的图。
参照图8，当焊接电池模块1时，工人等将激光焊接设备50的激光焊接夹具100安装到汇流条单元30的前表面。此时，电极引线15和引线汇流条34可以向前暴露于激光焊接夹具100的焊缝140。此后，工人等将冲压螺栓300插入到螺栓插入部分160的螺栓插孔165中。
参照图9，随着冲压螺栓300被插入到汇流条单元30，引线粘附块180可以在引线汇流条34附近滑动的同时，靠近引线汇流条34两侧的电极引线15。
参照图10，工人等可以进一步插入冲压螺栓300，使得冲压螺栓300穿过汇流条单元30的栓接槽38。因此，引线粘附块180可以在朝向引线汇流条34进一步移动的同时，将引线汇流条34两侧的电极引线15粘附到引线汇流条34。
参照图11，在引线汇流条34由于引线粘附块180而粘附到电极引线15的状态下，工人等可以通过使用焊接激光器500焊接并连接焊缝140内的电极引线15和引线汇流条34。
如上所述，在根据该实施方式的激光焊接设备50中，由于激光焊接夹具100的引线粘附块180随着冲压螺栓300的插入而滑动，因此电极引线15与引线汇流条34的接触状态变得稳定，由此进一步提高焊接工艺中的激光焊接效率。
此外，在根据该实施方式的激光焊接设备50中，由于在焊接电极引线15和引线汇流条34时不需要电极引线15的弯曲工艺，因此能简化焊接工艺。因此，在该实施方式中，能进一步减少焊接工艺的时间和成本。
另外，由于省略了弯曲工艺，因此能够减少在传统的先前弯曲工艺中不可避免产生的无效空间(dead space)，并且还能够根据最近的纤薄趋势来制作更纤薄的电池模块1。
如上所述，根据本公开的各种实施方式，电极引线15和引线汇流条34可以被结合，以在电池单元10的电极引线15处没有形成弯曲结构的情况下确保可靠的电连接。
因此，在用于制造本公开的电池模块1的结合工艺中，可以省略弯曲电极引线15以接触引线汇流条34的工作，并且不必执行弯曲电极引线15和使用弯曲夹具的工作，由此降低了制造成本并且缩短了工作时间。
另外，根据本公开的该实施方式，能够解决以下的传统技术问题：由于电极引线15的结合至引线汇流条34的弯曲部分，导致在进行焊接工艺时需要大的工作空间，使制造效率降低。
此外，即使在本说明书中使用了指示诸如“上”、“下”、“右”、“左”、“前”和“后”这样的方向的术语，对于本领域的技术人员来说也显而易见的是，这些术语仅仅是为了方便说明，并且可以根据要观察的目标的位置或观察者的位置而变化。
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解，详细说明和具体示例尽管指示了本公开的优选实施方式但是仅是以例示的方式给出，这是因为本领域技术人员通过该详细说明将清楚在本公开的范围内的各种改变和修改。

Claims (4)

1.一种激光焊接设备，该激光焊接设备包括：
至少一个冲压螺栓；
焊接激光器，该焊接激光器被配置为照射激光进行焊接；以及
激光焊接夹具，该激光焊接夹具用于焊接至少两个电池单元的电极引线和覆盖所述电池单元的一个侧表面的汇流条单元的至少一个引线汇流条，该激光焊接夹具包括：
夹具主体，所述夹具主体被配置为在所述焊接期间覆盖所述汇流条单元；
多个焊缝，所述多个焊缝形成在所述夹具主体处，使得所述电极引线和所述至少一个引线汇流条被暴露在所述夹具主体的外部，以进行焊接；
多个螺栓插入部分，所述多个螺栓插入部分设置在所述多个焊缝之间，并且所述多个螺栓插入部分中的每一个具有至少一个螺栓插孔，至少一个冲压螺栓被插入到所述至少一个螺栓插孔中；以及
成对的引线粘附块，所述成对的引线粘附块被安装到所述夹具主体，以能沿着与所述电池单元堆叠的方向相同或相反的方向滑动，
其中，所述成对的引线粘附块设置在每个所述螺栓插入部分的后表面处，并且被配置为随着所述至少一个冲压螺栓被逐渐插入，而在与所述电池单元堆叠的方向相同或相反的方向上彼此反向滑动，以使所述成对的引线粘附块之间的间距逐渐增大，使得所述电极引线被粘附到所述引线汇流条，
其中，所述至少一个冲压螺栓包括：
螺栓头，该螺栓头的直径与所述螺栓插孔的内径对应；
螺栓腿，该螺栓腿的直径小于所述螺栓头的直径；以及
螺栓锥体，该螺栓锥体被配置为连接所述螺栓腿和所述螺栓头，并且具有从所述螺栓头朝向所述螺栓腿逐渐减小的直径。
2.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其中，所述成对的引线粘附块分别具有至少一个插入引导槽，所述至少一个插入引导槽被设置成彼此面对，使得在所述至少一个插入引导槽之间形成具有供所述螺栓腿能够从中穿过的尺寸的空间，并且所述成对的引线粘附块的所述至少一个插入引导槽随着所述至少一个冲压螺栓被插入而彼此间隔开。
3.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其中，所述汇流条单元具有至少一个栓接槽，所述至少一个栓接槽在所述夹具主体覆盖所述汇流条单元时位于所述至少一个螺栓插孔的后部处，使得所述至少一个冲压螺栓被插入到所述栓接槽中。
4.根据权利要求1所述的激光焊接设备，其中，所述焊接是在所述多个焊缝内执行的激光焊接。
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