CN113474940B - 焊接电芯互连器的方法及用于所述方法的焊接电极装置 - Google Patents

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Abstract

用于在各自情况下焊接可充电电池的两个相邻电化学电芯的一个互连器的焊接电极装置和方法，其中，两个电化学电芯被设置成藉由壳体隔板而彼此分开，其中，互连器被设置成在壳体隔板的相反两侧上彼此面对，其中，在壳体隔板的互连器彼此相对的区域中设置开口，并且其中该方法包括以下步骤：使互连器与焊接电极装置接触，其中，焊接电极装置具有至少一对焊接电极，其中，至少一对焊接电极中的一个焊接电极在各自情况下藉由插入部件(100)而接触互连器中的一个；以及焊接互连器，通过借助于由焊接电极的插入部件(100)施加的压力和施加到焊接电极装置的电流，互连器的材料至少局部熔化，并且通过壳体隔板中的开口以材料结合方式连接，具体地使得所产生的焊接区域在焊接区域中具有至多8％的塑料夹杂物的面积比例。

Description

焊接电芯互连器的方法及用于所述方法的焊接电极装置
技术领域
本专利申请涉及一种用于焊接铅酸可充电电池的互连器的方法、一种铅酸可充电电池以及用于该方法的焊接电极装置。
背景技术
用于交通工具的铅酸电池或铅酸可充电电池通常具有包括多个腔室的壳体。这些腔室藉由壳体隔板而彼此分开。电化学电芯被接纳或设置在腔室中的每一个中(在铅酸可充电电池的安装好的状态下)，其中电化学电芯在各自情况下具有多个正电极板和负电极板以及电解质，其中正电极板和负电极板通过隔膜而彼此分开、特别是彼此电隔离。正电极板和负电极板可以用正极或负极糊状活性材料覆盖，并且在活性材料上可以任选地设置将活性材料保持在相应电极板上并防止活性材料从电极板上脱离的糊状非织造材料。为了藉由铅酸可充电电池的端子分接或供应电流，各电化学电芯彼此电连接，从而可以形成多个电化学电芯的串联和/或并联连接。为此，两个相邻电化学电芯的互连器通过将相邻电化学电芯分开的壳体隔板而彼此焊接。互连器被设计成与多个正电极板或多个负电极板电连接。
由于铅酸可充电电池的壳体主要由塑料材料制成以便减轻重量，并且由铅或铅合金制成的互连器的熔点高于塑料材料的熔点，所以当两个相邻电化学电芯的互连器在焊接区域中焊接在一起时，会产生塑料夹杂物。这些塑料夹杂物代表焊接区域的质量缺陷，并由此使焊接区域的强度降低。在传统的铅酸可充电电池中，焊接区域中塑料夹杂物的比例约为焊接区域的50％。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于焊接互连器的方法，该方法减少了焊接区域中封闭的塑料夹杂物的比例，同时可以简单且廉价地实施。
本发明涉及一种用于焊接铅酸可充电电池的两个电化学电芯的互连器的方法，这些互连器藉由壳体隔板而彼此间隔开。
两个电化学电芯在此被设置为藉由壳体隔板而彼此分开，其中，互连器被设置为在壳体隔板的相反两侧上彼此面对。换句话说，两个互连器以使它们至少基本上彼此一致相对的方式被设置在壳体隔板的相反两侧上。在壳体隔板的互连器彼此相对的区域中设置开口。该方法包括以下步骤：将互连器与焊接电极装置接触并焊接互连器。
焊接电极装置具有至少一对焊接电极，其中，至少一对焊接电极中的一个焊接电极在各自情况下藉由插入部件而接触互连器中的一个。互连器的焊接以这样的方式进行，即藉由焊接电极的插入部件施加的压力和施加到焊接电极装置的电流，互连器的材料至少局部熔化并且通过壳体隔板中的开口以材料结合的方式连接，具体地使得产生的焊接区域在焊接区域中具有至多8％的塑料夹杂物的面积比例。
本发明的优点明显。特别地，通过将根据本发明的插入部件用于焊接电极，可以提高焊缝的质量。特别地，连接强度和导电性得到改善。
此外，仅需要更换或改变插入部件，而传统焊接电极装置的其余元件可以继续使用。
这意味着，即使是已经投入操作的焊接电极装置也可以容易、廉价和快速地进行改造，从而降低制造、生产和组装成本。此外，停机时间可以被限制为小于5分钟，由此，焊接电极装置的操作中断可以被限制为最小，这进一步有助于降低还包括必要停机时间的成本的组装成本。
以此方式，可充电电池的质量也可以得到提高和改善。
根据本发明的另一方面，焊接区域中塑料夹杂物的面积比例小于8％、特别是小于4％。
因此，焊缝的质量可以进一步改善(特别是由该焊缝引起的导电性以及连接强度)，从而可以确保具有更好电性能的更强健的连接。
根据本发明的另一方面，插入部件已经使用有限元法进行计算和模拟。
这意味着可以容易且廉价地发现并防止传统插入部件中的弱点。这样使得焊接区域改善，从而使得焊缝质量更高。
根据本发明的另一方面，每个焊接电极的插入部件具有焊接突起，该焊接突起的形状经计算和模拟，使得焊接区域中塑料夹杂物的面积比例为焊接区域的至多8％、优选地小于8％、特别优选地小于4％。
这样保证产生更少的废品，从而进一步降低制造成本。
根据本发明的另一方面，焊接突起具有凹部，使得焊接突起的横截面至少基本上为U形或C形。
以这种方式，避免了由传统插入部件或传统焊接突起引起的弱点，从而使质量提高。
根据本发明的另一方面，焊接突起具有接触面，该接触面具有至少基本上为U形或C形的横截面，其中焊接突起被配置为朝向接触面逐渐变窄。
以这种方式，避免了由传统插入部件或传统焊接突起引起的弱点，从而使质量提高。
根据本发明的另一方面，互连器藉由穿过壁(through-the-partition，TTP)焊接法而被焊接。
这是一种易于实施的方法，通过此法可以进一步降低生产成本。
根据本发明的另一方面，互连器在300℃至380℃、特别是300℃至360℃、优选是300℃至340℃、特别优选是300℃至320℃的焊接温度下被焊接。
特别地，焊接温度在互连器的熔点范围内(±5℃)或仅比互连器的熔点稍高(即，约5℃至15℃)，这样可以有利地减少对具有比互连器材料低的熔点的壳体隔板的材料的负面影响。这样保证了在焊接期间壳体隔板中的应力较小，并且因此焊接区域中的塑料夹杂物较少。
根据本发明的另一方面，壳体隔板由熔点为200℃至250℃、特别是220℃的塑料材料制成。
根据本发明的另一方面，壳体隔板由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲醛或它们的共聚物制成。
这以简单且廉价的方式保证了可充电电池的电绝缘，同时还可以减轻可充电电池的重量。
根据本发明的另一方面，经焊接的互连器承受至少12牛米(Nm)、特别是至少16Nm的扭矩。
因此，所产生的焊缝的质量可以进一步提高。
根据本发明的另一方面指明了一种铅酸可充电电池，该铅酸可充电电池具有带有多个腔室的壳体，该多个腔室藉由多个壳体隔板而彼此分开；并且该铅酸可充电电池具有多个电化学电芯，其中，一个电化学电芯在各自情况下被设置在相应腔室中，并且其中，每个电化学电芯具有用于配置电连接的两个互连器。
第一电化学电芯的一个互连器和相邻的第二电化学电芯的一个互连器在各自情况下彼此相对地设置在壳体隔板的相反两侧上，该壳体隔板在空间上将第一电化学电芯和第二电化学电芯彼此分开。此外，在互连器彼此相对定位的区域中壳体隔板具有开口，互连器借助于该开口、优选藉由上述方法而彼此连接、或者特别地彼此焊接，其中，连接面、或者特别是焊接区域具有的塑料夹杂物的面积比例为焊接区域的至多8％。
这有利地具有这样的结果，即，可以提供具有改善的电特性和力学特性的铅酸可充电电池，而且该铅酸可充电电池能够以简单且有成本效益的方式生产。
根据本发明的另一方面，经焊接的互连器承受至少12Nm、特别是至少16Nm的扭矩。
此外，本发明涉及一种焊接电极装置，该焊接电极装置用于在各自情况下焊接可充电电池、特别是铅酸可充电电池的两个相邻电化学电芯的一个互连器。
互连器藉由壳体隔板而彼此分开并且彼此相对地设置在壳体隔板的相反两侧上，其中壳体隔板在互连器彼此相对的区域中具有开口。
为此，焊接电极装置具有至少一对焊接电极，其中，该至少一对焊接电极中的每一个焊接电极具有插入部件，该插入部件被设想为接触相应的互连器，并且通过壳体隔板中的开口焊接互连器，其方式使得焊接区域中的塑料夹杂物的面积比例为焊接区域的至多8％。
通过将根据本发明的插入部件用于焊接电极装置，可以特别地提高焊缝的质量。连接强度和导电性尤其得到改善。
此外，仅需要更换或改变插入部件，传统焊接电极装置的其他元件就可以继续使用。
已经投入使用的焊接电极装置也可以以简单、有成本效益和快速的方式进行改造，这潜在地降低制造、生产和组装方面的成本。此外，停机时间可以被限制为小于5分钟，因此焊接电极装置的操作中断可以被限制为最小，这进一步有助于降低还包括必要停机时间成本的组装成本。
以此方式，可充电电池的质量也可以得到提高和改善。
根据本发明的另一方面，插入部件已经使用有限元法进行计算和模拟。
这意味着可以容易且廉价地发现并防止传统插入部件中的弱点。这样使得焊接区域改善，从而使得焊缝质量更高。
根据本发明的另一方面，插入部件具有焊接板，在焊接板的前侧上形成从焊接板延伸的焊接突起。
根据本发明的另一方面，焊接突起具有凹部。
借助于该凹部而规避了检测到的传统焊接突起的弱点，因此可以产生具有增强的或更好的力学特性以及增强的或更好的电特性的焊缝。
根据本发明的另一方面，焊接突起具有以前向圆化矩形为基区(footprint)的至少大致上的棱柱形状，并且凹部具有以梯形为基区的至少大致上的棱柱形状。
根据本发明的另一方面，焊接突起具有用于接触互连器的接触面，其中焊接突起被配置为朝向接触面逐渐变窄。
根据本发明的另一方面，接触面具有至少基本上为U形或C形的横截面。
根据本发明的另一方面，在焊接板的后侧上具有用于将插入部件引入凹槽中的凸部，该凹槽在焊接电极中配置为与凸部互补，其中插入部件藉由设置在焊接板的后侧上的紧固孔而能够紧固到、或被紧固到焊接电极。
因此，可以以简单的(特别是可释放的)方式改变或更换插入部件，这潜在地降低了用于组装的成本和组装所需的时间。此外，简化了插入部件的定心。
根据本发明的另一方面，焊接突起和/或凸部被配置为与焊接板成一体。
由此可以有利地降低插入部件的制造成本，因为该插入部件可以以有成本效益的方式制造，例如，藉由具有可选的后续的后机加工的铸造工艺。
本发明还将在进一步的特征和优点方面，通过参考附图的实施例的描述在下文中更详细地进行解释。
附图说明
在附图中：
图1示出了交通工具的示意图；
图2示出了根据本发明的用于焊接电极的插入部件的示意图；
图3示出了根据本发明的用于焊接电极的插入部件的正视图的示意图；
图4示出了根据本发明的焊接突起的详细视图；
图5示出了根据本发明的用于焊接电极的插入部件的侧视图的示意图；
图6示出了根据本发明的用于焊接电极的插入部件的后视图的示意图；以及
图7示出了用于焊接电极的传统插入部件的正视图的示意图。
具体实施方式
根据本发明的方法以及根据本发明的焊接电极装置将在下文参照图1至图7中的图示进行更详细地描述。相同或等效的元件和功能被提供有相同或相似的附图标记。
随着动力消耗器、特别是电消耗器的数量持续增加(具体是在基于内燃发动机的交通工具以及电动交通工具和混合动力交通工具中)，交通工具的动力供应、特别是电力变得越来越重要。由交通工具的起动机电池提供的高电流尤其是在起动内燃发动机时出现。
交通工具可以是飞行器或水运工具、轨道引导的交通工具、越野交通工具或者优选地是公路交通工具，其中公路交通工具可以被理解为客用机动车辆、商用机动车辆、公共汽车或休闲娱乐车辆。混合动力交通工具还可以被理解为具有内燃发动机以及作为动力源的电动机的任何交通工具。混合动力交通工具可以再分为微混合动力交通工具、轻度混合动力交通工具、全混合动力交通工具和插电式混合动力交通工具。
铅酸电池或铅酸可充电电池被特别地用作起动机电池。这些电池旨在用于提供启动发动机所需的电流。铅酸可充电电池的构造形式例如是吸收性玻璃毡型(AGM)可充电电池，其中，电解质结合在由玻璃纤维制成的非织造材料中。与电解质以液体形式存在的湿式可充电电池相比，AGM可充电电池具有即使当可充电电池倾斜时也不会有电解质泄漏的优点。此外，AGM可充电电池的特点为低内阻。
铅酸可充电电池和焊接电极装置在下文中以相关术语与铅酸可充电电池的安装好的状态相关的方式进行描述。例如，“在上部区域”因此意味着当在铅酸可充电电池的安装好的状态下观察时位于上部区域中，“在侧向区域中”意味着在安装好的状态下并且当在行进方向上观察时位于前、后、左或右区域的区域中，以及“在下部区域中”意味着当在安装好的状态下观察时位于下部区域中。
图1示出了交通工具V的示意图。当从行驶方向观察时，铅酸可充电电池10可以位于交通工具V的前区域中、交通工具V的后区域中、和/或座椅下方(特别是驾驶员座椅下方)的区域中。
根据图1中的图示，铅酸可充电电池10被设置在交通工具的前区域中、特别是在前发动机罩下方的前发动机舱中。
铅酸可充电电池10具有壳体，该壳体被配置为用于接纳多个电化学电芯。为此，壳体具有限定内部空间的壳体下部以及盖，该壳体下部的上侧或上侧面在安装好的状态下是敞开的，该盖被配置为用于封闭在安装好的状态下敞开的壳体下部的上侧。
壳体下部进一步具有多个壳体隔板，这些壳体隔板被设置为使得壳体下部的内部空间被再分成多个腔室，这些腔室中的每一个被配置为用于接纳一个电化学电芯。
壳体下部和盖可彼此连接或被连接、特别是可焊接或被焊接，其方式使得可以建立相对于液体和气体或气体混合物密封的连接。为此，盖可以特别是以材料结合和/或力配合的方式而连接到壳体下部。例如，盖可以借助于螺纹连接而连接到壳体下部。
盖可以具有正端子和负端子，正端子和负端子可以被电连接和机械连接到电消耗器或负载。然而，代替正端子和负端子，盖同样可以具有至少基本上平面的正电接触面和负电接触面。因此，铅酸可充电电池10的尺寸、特别是高度可以被有利地减小。
壳体(也就是说，包括壳体隔板和盖的壳体下部)可以至少局部地、特别是完全地由塑料材料制成，以便能够将铅酸可充电电池10设计得尽可能轻。例如，聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲醛或它们的共聚物可以被选择作为在此的材料。铅酸可充电电池10的壳体特别地可以由聚酰胺、聚丙烯或聚乙烯、或它们的共聚物制成。
壳体的材料具有的熔点为120℃至260℃、特别是150℃至250℃、优选是200℃至250℃、特别优选是220℃至240℃、特别是大约220℃。在本申请中，大约220℃意味着220℃±5℃。
然而，同样可以设想到的是，仅壳体隔板由上述的塑料材料制成。壳体下部和/或盖可以由金属或金属合金制成。然而，必须额外提供或设置并保证壳体的电隔离。
每个电化学电芯具有多个正电极板和多个负电极板，其中，多个正电极板和多个负电极板以交替的方式设置，并且以便在各自情况下彼此间隔开并且藉由隔膜而电分开。
正电极板可以用正极糊状活性化合物覆盖，该正极糊状活性化合物可以任选地用糊状非织造材料覆盖，该糊状非织造材料将正极糊状活性化合物保持在正电极板上并且防止正极糊状活性化合物脱离。以类似的方式，负电极板可以用负极糊状活性化合物覆盖，该负极糊状活性化合物进而可以用糊状非织造材料覆盖，该糊状非织造材料将负极糊状活性化合物保持在负电极板上并且防止负极糊状活性化合物从负电极板脱离。
电化学电芯还具有电解质。电解质可以以液体的形式存在。同样也可以使用结合在玻璃纤维非织造材料中的电解质。当使用结合在玻璃纤维非织造材料中的电解质时，还参考了吸收性玻璃毡型(AGM)可充电电池。
此外，每个电化学电芯具有一对互连器。特别地，每个电化学电芯具有与多个正电极板电连接或者被电连接到多个正电极板的正极互连器，和与多个负电极板电连接或者被电连接到多个负电极板的负极互连器。借助于正极互连器和负极互连器，电流分别从相应的电化学电芯放电或被供应到相应的电化学电芯。
藉由壳体隔板而彼此分开的两个相邻电化学电芯的互连器借助于隔板、特别是通过隔板中的开口而彼此电连接，使得多个电化学电芯彼此串联和/或并联连接。藉由这种连接来确定可以由铅酸可充电电池10放电的总电流或总电压。铅酸可充电电池10的额定电压特别是大约12V。为此，多个电化学电芯彼此电连接、特别是彼此串联电连接。
为了串联连接多个电化学电芯，第一电芯的正极互连器被电连接到相邻的第二电化学电芯的负极互连器。以类似的方式，第二电化学电芯的正极互连器被电连接到邻近第二电化学电芯的第三电化学电芯的负极互连器，等等。第一电芯的负极互连器被电连接到铅酸可充电电池10的负端子。最后一个电化学电芯的正极互连器以类似的方式被电连接到铅酸可充电电池10的正端子，使得各电化学电芯的累积电压可以借助于铅酸可充电电池10的负端子和正端子而被分接。
为了使两个相邻电化学电芯的互连器彼此电连接，在壳体隔板中提供或设置了开口，相邻电化学电芯的互连器通过该开口而彼此电连接。在相邻电化学电芯的互连器之间特别地配置了焊接的连接。
为此，第一电化学电芯的互连器通过使用穿壁(TTP)焊接法而焊接到第二电化学电芯的互连器，第二电化学电芯藉由壳体隔板而与第一电化学电芯间隔开，该焊接通过壳体隔板中的开口进行。
藉由壳体隔板而彼此分开的两个相邻电化学电芯的两个互连器的电接触特别地以下述方式进行，即在壳体隔板中、具体是在相应电芯的两个互连器彼此相对的地方设置开口。
换句话说，对要被连接或焊接的互连器分别设置，以便在壳体隔板的焊接区域中、在壳体隔板的相反两侧上至少基本上一致。在本申请中，“基本上一致”意味着在壳体隔板的相反两侧上的互连器的轮廓重叠该轮廓所包围的区域的至少90％，或者互连器的轮廓被设置成在壳体隔板的相反两侧上(完全)一致。
此外，开口被设置在焊接区域中。开口具有带有圆化拐角的矩形的轮廓或前向圆化矩形的轮廓。前向圆化矩形被理解为端边或较短边分别至少基本上是半圆形或被圆化的矩形。开口特别地具有这样一种形状，即，该开口的较长边小于互连器的宽度，使得该开口被互连器完全覆盖并且被互连器封闭。
例如，开口可以具有的面积为80mm2至120mm2、特别是90mm2至100mm2。
多个电化学电芯的互连器由铅或铅合金制成。铅的熔点或铅合金的熔点在大约300℃到350℃的范围内。
为了实施被称为TTP焊接法的方法，使用了根据本发明的焊接装置。该焊接装置具有至少一对根据本发明的焊接电极。一对焊接电极在各自情况下被设想用于建立焊接的连接；也就是说，使用具有六对焊接电极的一个焊接电极装置，可以进行、特别是同时进行六个焊接的连接。每对焊接电极被指配了用于监控和控制焊接过程的一个控制单元。同样也可设想提供或设置(中央)控制单元，该(中央)控制单元对所有焊接电极对进行监控和控制。
在下文中将通过具有一对焊接电极的示例来更详细地解释根据本发明的方法和根据本发明的焊接电极装置。该实施例当然纯粹是示例性的，并且以类似的方式也适用于根据本发明的具有至少一对或多对根据本发明的焊接电极的焊接电极装置。
在一个示例性实施例中，焊接电极装置具有一对焊接电极。远端上的每个焊接电极具有特定构造的插入部件100。焊接电极装置特别地被设置，其方式使得具有特定构造的插入部件100的一个焊接电极在各自情况下接合在一个相应的互连器上，具体地其方式使得焊接电极的插入部件100接触互连器并且压缩这些互连器。
该对焊接电极特别地可以被体现为一类夹具，这些夹具能够向互连器施加预定的力。例如，可以使用4千牛(kN)至10kN的力、特别是5kN至6kN的力，将互连器相互压靠。
然后，电流被供应至焊接电极，其使得达到大约300℃至380℃、特别是300℃至360℃、特别优选地300℃至320℃的焊接温度。这可以藉由控制单元、借助于合适的传感器组件、以简单的方式进行检查，并且藉由相应的控制来维持，该控制单元被连接到该焊接电极对并与该焊接电极对通信。
当达到焊接温度时，互连器至少局部地在插入部件100抵靠在互连器上的位置处被熔化。由于藉由焊接电极施加的压力，互连器的熔化的材料的至少一部分被压入壳体隔板的开口中，使得设置在壳体隔板两侧上的互连器彼此熔合。
在预定的熔化时间之后，未被供应电流但是同时施加预定的接触压力的情况下，焊接电极仍然被保持在互连器上一段限定的保持时间，使得可以保证开口中的互连器的熔合或材料结合连接。这样在互连器的熔化材料固化后产生互连器的焊缝。在本申请中，焊接被理解为在执行焊接程序之后互连器的材料结合连接，其中该连接由互连器之间产生的焊接区域来限定或区分。
所产生的焊接区域至少基本上对应于壳体隔板中的开口的区域，并且优选地与该开口位于一个平面内。此外，焊接区域具有至少基本上对应于开口的圆周的轮廓。
因为壳体的熔化温度、且特别是壳体隔板的熔化温度分别显著低于焊接温度或焊接温度范围，所以壳体隔板在焊接期间至少局部地在开口周围的区域中熔化。在本申请中，术语“显著低于”被理解为互连器的材料与壳体隔板的材料之间的温度差至少为100℃、特别是大约100℃至150℃。
由于焊接电极施加的压力以及由此产生的应力，可能会出现壳体隔板的熔化材料的一部分进入开口的情况。
因此可能会在焊接区域产生降低焊缝质量的塑料夹杂物。
因此，一方面，大的塑料夹杂物降低了焊缝的强度，另一方面，还使导电性降低。
在本申请中，图7示出了用于焊接电极的传统插入部件100`。为此目的，传统插入部件100`具有焊接板140`，在该焊接板上设置传统焊接突起110`。传统焊接突起110`借助于接触面120`而接触要被焊接的元件、具体是互连器。
传统接触面120`至少基本上具有带有圆化拐角的矩形形状、或者具有前向圆化矩形的形状。这意味着矩形的端边、也就是说短边，特别地为半圆形。
换句话说，传统接触面120`至少基本上具有对应于开口轮廓的形状。
在焊接过程期间，壳体隔板的材料在开口周围逐渐熔化。使用传统插入部件100`实施TTP焊接方法，将特别地导致焊接区域中塑料夹杂物的增加。
当使用传统插入部件100`时，在焊接过程之后，塑料夹杂物的面积比例特别是焊接区域的50％或更多。
这代表了相当大的质量问题，因为焊缝(也就是说，经焊接的元件)的强度以及焊缝或经焊接的互连器的导电性受到负面影响、特别是降低。
为了减小塑料夹杂物的面积比例，图2至图6中示出了根据本发明的插入部件100。
TTP焊接过程特别地藉由有限元法(FEM)进行模拟，并且传统插入部件100`的弱点已被优化，其方式使得较低的应力在焊接过程期间被施加到壳体隔板中的开口周围的区域，或者较低的应力分别出现在壳体隔板中的开口周围的区域，这样使得焊接区域中产生的塑料夹杂物减少。
特别地，从传统接触面120`着手，根据本发明的接触面120藉由有限元法进行优化，其方式使得焊接区域中所产生的塑料夹杂物的面积比例为整个焊接区域的至多8％、特别地小于8％、优选地小于或等于4％。焊接区域中产生的塑料夹杂物的面积比例特别优选至少基本上为0％，也就是说在产生的焊接区域中不存在塑料夹杂物。
这具有的优点是分别改善了焊缝或经焊接的互连器的导电性，同时还提高了焊缝的强度。在焊缝失效前，焊缝特别地能够承受至少12Nm的(扭转)扭矩。
为此，根据本发明的焊接突起110在焊接板140上的接触面120可以具有至少基本上带短腿的“U”形，或者至少基本上为香蕉或回旋镖的形状。
换句话说，与传统的至少基本上前向圆化的矩形接触面120`相比，根据本发明的接触面120具有凹部130，使得在焊接过程期间产生的焊接温度至少在区域中较低，因此在焊接期间壳体隔板中的开口与互连器之间的应力减小。
凹部130优选地设置在分别藉由FEM法在模拟中检测和确定的在使用传统焊接电极或使用传统插入部件100`的焊接过程中的最高电压和温度的位置处。换句话说，凹部130被设置在大部分塑料夹杂物在焊接区域中产生的位置处。以这种方式优化的插入部件100特别地可以减少或降低互连器的熔化材料与开口周围区域中的壳体隔板的材料之间的接触，这样使得壳体隔板中的应力较低、壳体隔板的熔化较少。
因此，可以减少所产生的焊接区域中塑料夹杂物的比例，同时不会对焊缝的强度或经焊接的互连器的强度产生不利影响。特别地，藉由根据本发明的插入部件焊接的互连器能够承受互连器之间的大于11Nm规格值的(扭转)扭矩。特别地，互连器之间的焊接区域仅在大约16Nm时失效。
特别地，接触面120的轮廓被配置为是连续的，也就是说至少基本上没有拐角和角度。为此，所有(尖锐的)拐角和角度被设计为圆化的，使得接触面120的轮廓和焊接突起110的包络表面具有温和的轮廓。温和的轮廓被理解为在表面或轮廓或圆周中没有出现拐角、锐边和/或角度。这样可以防止应力被施加到壳体隔板，或者至少在焊接过程期间减小应力。
图2示出了根据本发明的插入部件100的示意图，该插入部件具有焊接板140。根据本发明的焊接突起110基本上具有根据本发明的接触面120的轮廓，并且被设置在焊接板140的面向待焊接的元件(在此情况下为互连器)的前侧。根据本发明的焊接突起110从焊接板140的前侧朝向接触面延伸，并且特别地被配置为朝向接触面逐渐变窄。在图2的下侧上，焊接突起110在此具有凹部130，因此接触面120被赋予根据本发明的上述特定形状。
如图2所示，凹部130具有以对称梯形为基区的大致上的棱柱形形状。焊接突起110具有以前向圆化矩形为基区的至少大致上的棱柱形形状，该基区的一部分在凹部130的设计中缺失，使得焊接突起110具有横截面为(倒置的)短腿“U”形的接触面120。接触面120同样可以基本上为C形或U形。
然而，同样可设想接触面120具有不同的成形。在本申请中，唯一重要的是可以实现互连器的焊接，其中塑料夹杂物的面积比例小于总焊接区域的8％、特别是小于(或等于)4％，并且其中焊缝承受至少12Nm的(扭转)扭矩。换句话说，焊接区域可以具有至多8％、优选小于4％的面积比例的塑料夹杂物，并且在焊缝失效之前必须承受至少12Nm的扭转扭矩。
这特别是通过藉由FEM法模拟使用传统插入部件100`的焊接过程来进行，在该方法中，检测和评估传统焊接突起110`和传统接触面120`的弱点。这特别是为了确定在焊接过程期间出现的应力和温度与产生的焊接区域中出现的塑料夹杂物(以及所述塑料夹杂物在焊接区域中的位置)之间的相关性。基于这些结果，然后确定根据本发明的接触面120的替代成形，其中可以防止或至少减少这些弱点。在本申请中，弱点被理解为是指在焊接过程期间在壳体隔板中的开口周围的区域中出现高应力和/或高温度的区域，以及在焊接过程已经被实施之后在焊接区域中产生的塑料夹杂物越来越多的区域。
图3示出了根据本发明的用于焊接电极的插入部件100的正视图。该焊接板140基本上具有“T”形。根据本发明的插入部件100在焊接电极上的对准特别地可以通过这种成形来提供或配置。
此外，图3中通过圆圈指示的区域在图4中以详细视图IV被更详细地示出。
图4示出了图3中所指示的根据本发明的焊接突起110的详细视图IV，该焊接突起具有根据本发明的凹部130和接触面120。
图5示出了根据本发明的插入部件100的侧视图。在此可以看到，凸部160被配置在焊接板140的后侧上、具体是与焊接突起110相反的一侧上，该凸部160基本上具有滑键的形状、在一侧形成有圆端。
此外，具有螺纹的紧固孔150被设置在插入部件100中，插入部件100可以借助于该螺纹而被紧固到焊接电极、具体地借助于螺钉被紧固到焊接电极，该紧固孔150穿过凸部160并且终止于焊接板140中。
因此，插入部件100可以容易且快速地改变或更换，由于不必调换整个焊接电极装置或整个焊接电极，这样一方面降低了工具成本；另一方面减少了调换或改变插入部件100所需的时间，这可以降低生产成本，并且例如防止或至少缩短生产停顿。
紧固孔150特别地被设置成基本上处于焊接突起110的高度处。
图6示出了插入部件100的后视图，在该后视图上可以看到焊接板140的后侧。在图6中，还可以更详细地看到凸部160的形状，所述凸部160在上端处是半圆形的、在下端处具有斜面。
凸部160可以被引入到焊接电极中的凹槽中，该凹槽被配置为相应地互补，因此插入部件100可以在焊接电极上居中。随后，螺钉可以穿过焊接电极旋入插入部件100的紧固孔150中，以便将插入部件100紧固到焊接电极。
因此，根据本发明的插入部件100可以容易地在焊接电极上组装和拆卸，这使得处理得到改善或处理更简单，并且因此降低组装成本和组装期间出错的可能性。此外，已经投入操作的焊接电极可以使用根据本发明的插入部件100而简单、廉价和快速地改装。特别地，不需要更换所有焊接电极；而是，仅使用根据本发明的插入部件100更换传统插入部件100`就足够了。特别地，这可以在小于5分钟的更换时间内进行。
借助于根据本发明的插入部件100，铅酸可充电电池10的电化学电芯的互连器因此可以被焊接，其方式使得互连器之间的焊接区域中的塑料夹杂物的面积比例为整个焊接区域的至多8％、特别是小于8％、特别优选至多4％或更少，其中互连器之间的焊缝的强度同时被配置，其方式使得焊缝可以承受至少12Nm、特别是至少16Nm的扭转扭矩(而不会失效)。
例如，通过使用根据本发明的具有面积为90mm2至100mm2左右的开口的插入部件100，焊接区域中的塑料夹杂物的面积比例可以从36mm2至51mm2减小到0mm2至15mm2、优选地减小到0mm2至5mm2。
在这一点上，应该指出的是，上述所有部件和/或特征、特别是附图中所展示的细节，单独地或者相应的组合都被认为是本发明的必要组成部分。对其的修改对于本领域技术人员来说是已知的并且旨在处于本申请所基于的概念中。
附图标记清单
V 交通工具
10 可充电电池
100 用于焊接电极的插入部件
110 焊接突起
120 接触面
130 凹部
140 焊接板
150 紧固孔
160 凸部
100` 用于焊接电极的传统插入部件
110` 传统焊接突起
120` 传统接触面
140` 传统焊接板

Claims (32)

1.一种用于在各自情况下焊接可充电电池的相邻两个电化学电芯的一个互连器的方法，
其中，所述两个电化学电芯被设置为藉由壳体隔板而彼此分开，其中，所述互连器被设置为在所述壳体隔板的相反两侧上彼此面对，其中，在所述壳体隔板的所述互连器彼此相对的区域中设置开口，并且
其中，所述方法包括以下步骤：
-使所述互连器与焊接电极装置接触，其中所述焊接电极装置具有至少一对焊接电极，其中所述至少一对焊接电极中的一个焊接电极在各自情况下藉由插入部件(100)而接触所述互连器中的一个；
-焊接所述互连器，通过借助于由所述焊接电极的插入部件(100)施加的压力和施加到所述焊接电极装置的电流，所述互连器的材料至少局部熔化并且通过所述壳体隔板中的所述开口以材料结合方式连接，使得所产生的焊接区域在所述焊接区域中具有至多8％的塑料夹杂物的面积比例，其中，所述插入部件(100)具有焊接板(140)，在所述焊接板的前侧上形成从所述焊接板(140)延伸的焊接突起(110)；并且
其中，所述焊接突起(110)具有凹部(130)。
2.如权利要求1所述的方法，
其中，所述可充电电池是铅酸可充电电池。
3.如权利要求1所述的方法，
其中，所述焊接区域中塑料夹杂物的所述面积比例小于8％。
4.如权利要求3所述的方法，
其中，所述焊接区域中塑料夹杂物的所述面积比例小于4％。
5.如权利要求1所述的方法，
其中，所述插入部件(100)已经使用有限元法进行计算和模拟。
6.如权利要求1所述的方法，
其中，所述焊接突起(110)的形状经计算和模拟使得所述焊接区域中塑料夹杂物的所述面积比例为所述焊接区域的至多8％。
7.如权利要求6所述的方法，
其中，所述焊接突起(110)的形状经计算和模拟使得所述焊接区域中塑料夹杂物的所述面积比例为小于所述焊接区域的8％。
8.如权利要求7所述的方法，
其中，所述焊接突起(110)的形状经计算和模拟使得所述焊接区域中塑料夹杂物的所述面积比例为小于所述焊接区域的4％。
9.如权利要求1所述的方法，
其中，所述焊接突起(110)的所述凹部(130)使得所述焊接突起(110)的横截面至少基本上为U形或C形。
10.如权利要求1所述的方法，
其中，所述焊接突起(110)具有接触面(120)，所述接触面具有至少基本上为U形或C形的横截面，其中所述焊接突起(110)被配置为朝向所述接触面(120)逐渐变窄。
11.如权利要求1所述的方法，
其中，所述互连器通过穿壁(TTP)焊接法而被焊接。
12.如权利要求1所述的方法，
其中，所述互连器在300℃至380℃的焊接温度下被焊接。
13.如权利要求12所述的方法，
其中，所述互连器在300℃至360℃的焊接温度下被焊接。
14.如权利要求13所述的方法，
其中，所述互连器在300℃至340℃的焊接温度下被焊接。
15.如权利要求14所述的方法，
其中，所述互连器在300℃至320℃的焊接温度下被焊接。
16.如权利要求1所述的方法，
其中，所述壳体隔板由熔点为200℃至250℃的塑料材料制成。
17.如权利要求16所述的方法，
其中，所述壳体隔板由熔点为220℃的塑料材料制成。
18.如权利要求16或17所述的方法，
其中，所述壳体隔板由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲醛或它们的共聚物制成。
19.如权利要求1所述的方法，
其中，经焊接的互连器承受至少12Nm的扭矩。
20.如权利要求19所述的方法，
其中，经焊接的互连器承受至少16Nm的扭矩。
21.一种铅酸可充电电池(10)，所述铅酸可充电电池具有以下项：
-壳体，所述壳体具有多个腔室，所述多个腔室藉由多个壳体隔板而彼此分开；
-多个电化学电芯，其中，一个电化学电芯在各自情况下设置在相应腔室中，并且其中，每个电化学电芯具有用于配置电连接的两个互连器；
其中，第一电化学电芯的一个互连器和相邻的第二电化学电芯的一个互连器在各自情况下彼此相对地设置在壳体隔板的相反两侧上，所述壳体隔板在空间上将所述第一电化学电芯和所述第二电化学电芯彼此分开，其中，在所述互连器彼此相对定位的区域中的所述壳体隔板具有开口，所述互连器借助于所述开口、藉由权利要求1至11中任一项所述的方法而彼此焊接，其中，所述焊接区域具有所述焊接区域的至多8％的塑料夹杂物的面积比例。
22.如权利要求21所述的铅酸可充电电池(10)，
其中，经焊接的互连器承受至少12Nm的扭矩。
23.如权利要求22所述的铅酸可充电电池(10)，
其中，经焊接的互连器承受至少16Nm的扭矩。
24.一种焊接电极装置，所述焊接电极装置用于在各自情况下焊接可充电电池的两个相邻电化学电芯的一个互连器；
其中，所述互连器藉由壳体隔板而彼此分开并且彼此相对地设置在所述壳体隔板的相反两侧上，其中所述壳体隔板在所述互连器彼此相对的区域中具有开口；
其中，所述焊接电极装置具有至少一对焊接电极；
其中，所述至少一对焊接电极中的至少一个焊接电极具有插入部件(100)，所述插入部件被设想为接触相应的互连器，并且通过所述壳体隔板中的所述开口焊接所述互连器，其方式使得焊接区域中的塑料夹杂物的面积比例为所述焊接区域的至多8％；
其中，所述插入部件(100)具有焊接板(140)，在所述焊接板的前侧上形成从所述焊接板(140)延伸的焊接突起(110)；并且
其中，所述焊接突起(110)具有凹部(130)。
25.如权利要求24所述的焊接电极装置，
其中，所述可充电电池是铅酸可充电电池。
26.如权利要求24所述的焊接电极装置，
其中，所述至少一对焊接电极中的每一个焊接电极具有所述插入部件。
27.如权利要求24所述的焊接电极装置，
其中，所述插入部件(100)已经藉由有限元法进行计算和模拟。
28.如权利要求24所述的焊接电极装置，
其中，所述焊接突起(110)具有以前向圆化矩形为基区的至少大致上的棱柱形状，并且所述凹部(130)具有以梯形为基区的至少大致上的棱柱形状。
29.如权利要求24所述的焊接电极装置，
其中，所述焊接突起(110)具有用于接触所述互连器的接触面(120)，其中所述焊接突起(110)被配置为朝向所述接触面(120)逐渐变窄。
30.如权利要求29所述的焊接电极装置，
其中，所述接触面(120)具有至少基本上为U形或C形的横截面。
31.如权利要求24所述的焊接电极装置，
其中，在所述焊接板(140)的后侧上提供有用于将所述插入部件(100)引入凹槽中的凸部(160)，所述凹槽在所述焊接电极中被配置为与所述凸部(160)互补，其中所述插入部件(100)藉由设置在所述焊接板的后侧上的紧固孔(150)而能够紧固到、或被紧固到所述焊接电极。
32.如权利要求31所述的焊接电极装置，
其中，所述焊接突起(110)和/或所述凸部(160)被配置为与所述焊接板(140)成一体。
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