CN113840679B - 用于电阻焊接的金属板及使用该金属板的电阻焊接方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于电阻焊接的金属板和使用所述金属板的电阻焊接方法，更特定地，公开一种用于电阻焊接的金属板，所述金属板(200)被配置为电阻焊接到圆柱形电池(100)的电极端子(110)，其中所述金属板(200)在其主体(210)的一个侧表面处设置有一对突出单元(215)，所述一对突出单元(215)被定位成彼此间隔预定距离，并且在所述一对突出单元(215)之间形成有狭缝(216)。

Description

用于电阻焊接的金属板及使用该金属板的电阻焊接方法
技术领域
本申请要求享有于2019年11月6日提交的韩国专利申请第2019-0140885号的权益，在此通过引用将该申请的公开内容整体并入本申请。
本发明涉及一种用于电阻焊接的金属板及使用该金属板的电阻焊接方法，更特定而言，涉及一种被配置为将移动电子装置、车辆等中使用的圆柱形电池电互连的用于电阻焊接的金属板及使用该金属板的电阻焊接方法。
背景技术
随着诸如移动电话、膝上型计算机、摄像机及数码相机等移动装置的技术发展以及对移动装置的需求的增加，已对能够充放电的二次电池进行了积极的研究。此外，二次电池是替代引起空气污染的化石燃料的能源，已被应用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(P-HEV)，因此二次电池的发展的必要性不断增大。
当前市售的二次电池有镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。在这些电池当中，锂二次电池受到关注，因为与基于镍的二次电池相比，锂二次电池几乎没有记忆效应，由此锂二次电池能够自由地充放电、具有非常低的自放电率并且具有高能量密度。
当使用于需要大容量和高电压的装置(诸如电动车辆)中时，上述二次电池以电池单元组件或电池组的形式使用，所述电池单元组件或电池组具有其中布置多个电池单元的结构。
同时，基于电池壳体的形状，二次电池被大致分类为袋形电池、圆柱形电池或棱形电池。在这些电池中，由于形成了金属壳体而具有圆柱形结构，因此圆柱形电池表现出比其他电池类型更高的安全性。另外，由于被装设在壳体中的电极组件以卷绕成圆形的状态制造，因此圆柱形电池的单位体积能量密度较高，并且多个电池可串联或并联地彼此连接，以便制造大容量电力储存设备。
圆柱形电池具有其中正极端子和负极端子分别设置在圆柱形电池的上表面和下表面以便串联或并联地连接到另一电池的负极端子和正极端子的结构。通常，正极端子具有从电池凸出的结构，负极端子具有近乎平坦的结构。因此，为了将正极端子和负极端子稳定地彼此连接，将诸如铅的导电金属，即金属板，电阻焊接到正极端子或负极端子。
也就是说，参照示出了用于电阻焊接的常规金属板被焊接到电极端子的概念图的图1，在使用焊条(未示出)按压圆柱形电池100的电极端子110的上部和金属板200的凸出部215的同时，供应电功率以执行电阻焊接。
然而，如图2所示，由于各种原因而出现焊接缺陷，诸如欠焊接、未焊接或过焊接。在这种焊接缺陷的情况下，重新焊接是不可能的。结果，圆柱形电池可能被丢弃，从而导致制造成本增大。
韩国专利申请公开案第2017-0135062号公开了一种电池模块，该电池模块包括多个电池单元及由不同种金属制成的第一汇流条和第二汇流条，每一个电池单元包括电极端子，其中第一汇流条和第二汇流条被堆叠，并且第一汇流条和第二汇流条连接至电极端子以便将相邻的电池单元彼此电连接，并且第一汇流条和第二汇流条的每一个与相应一个电极端子导电接触。
在上述现有技术文件中，汇流条的热性质和电性质得到改进，同时改进了汇流条的可焊接性以用于将不同的电池单元彼此电连接。然而，该文件没有公开在出现焊接缺陷时的解决方案。
(现有技术文件)
(专利文件1)韩国专利申请公开案第2017-0135062号
发明内容
技术问题
已鉴于上述问题做出本发明，本发明的目的是提供一种用于电阻焊接的金属板及使用所述金属板的电阻焊接方法，所述金属板被配置为即使在出现焊接缺陷的情况下也能够使用单个金属板在同一位置执行重新焊接。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种用于电阻焊接的金属板，所述金属板(200)被配置为电阻焊接到圆柱形电池(100)的电极端子(110)，其中所述金属板(200)在其主体(210)的一个侧表面处设置有一对突出单元(215)，所述一对突出单元(215)被定位成彼此间隔预定距离，并且在所述一对突出单元(215)之间形成有狭缝(216)。
此外，在根据本发明的用于电阻焊接的金属板中，每一个突出单元(215)可包括具有预定直径的第一突出部(215’)和具有比第一突出部(215’)大的直径的第二突出部(215”)，并且第一突出部(215’)和第二突出部(215”)的中心点可位于同一假想轴上。
此外，在根据本发明的用于电阻焊接的金属板中，主体(210)可为四边形的，并且狭缝(216)位于假想中心线(B)上，假想中心线(B)被配置为将主体的宽度均等分。
此外，在根据本发明的用于电阻焊接的金属板中，狭缝(216)可形成为具有单一闭合曲线形状。
此外，在根据本发明的用于电阻焊接的金属板中，可在主体的一侧的边缘设置从狭缝(216)延伸的开口(217)。
此外，在根据本发明的用于电阻焊接的金属板中，所述一对突出单元(215)可沿着假想中心线(A)定位，假想中心线(A)被配置为将主体的长度均等分。
另外，本发明提供一种使用用于电阻焊接的金属板焊接圆柱形电池的方法，所述方法包括：将金属板(200)的主体(210)定位在圆柱形电池(100)的电极端子(110)上的第一步骤，所述主体(210)具有第一突出部(215')和第二突出部(215”)；以及在按压焊条(310)以使得主体(210)的第一突出部(215')与电极端子(110)紧密接触的同时供应电功率的第二步骤。
此外，根据本发明的使用用于电阻焊接的金属板焊接圆柱形电池的方法可进一步包括：在按压焊条(310)以使得主体(210)的第二突出部(215”)与电极端子(110)紧密接触的同时供应电功率的第三步骤。
另外，本发明提供一种圆柱形电池，用于电阻焊接的金属板被焊接到所述圆柱形电池。
有益效果
在根据本发明的用于电阻焊接的金属板以及使用所述金属板的电阻焊接方法中，具有不同直径的两个突出部接连地形成在金属板上以便位于同一轴上。因此，即使在出现初次焊接缺陷的情况下，也可在同一位置执行重新焊接。
此外，在根据本发明的用于电阻焊接的金属板以及使用所述金属板的电阻焊接方法中，可以使用单个金属板执行两次焊接，因此可以减少被丢弃的部件数量。
再者，在根据本发明的用于电阻焊接的金属板以及使用所述金属板的电阻焊接方法中，即使在出现初次焊接缺陷时，也可进行重新焊接，因此可减少被丢弃的圆柱形电池的数量，由此可降低生产成本。
附图说明
图1示出用于电阻焊接的常规金属板，其中图1(a)是常规金属板的平面图，图1(b)是示出在焊接时金属板置于电极端子上的状态的概略图。
图2示出在使用用于电阻焊接的常规金属板执行焊接的情况下的焊接缺陷的示例，其中图2(a)是示出欠焊接或未焊接状态的照片，图2(b)是示出过焊接状态的照片。
图3是根据本发明的优选实施方式的焊接设备的概略图。
图4(a)是根据本发明的第一优选实施方式的用于电阻焊接的金属板的平面图，图4(b)是突出单元的放大截面图。
图5是示出将根据本发明的第一优选实施方式的用于电阻焊接的金属板焊接到电极端子的方法的概略图。
图6(a)是根据本发明的第二优选实施方式的用于电阻焊接的金属板的平面图，图6(b)是突出单元的放大截面图。
具体实施方式
在本申请中，应理解的是，术语“包括”、“具有”、“包含”等说明存在所记载的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合。
此外，在所有附图中将使用相同附图标记来表示执行相似功能或操作的部件。在说明书中将一个部件描述为连接至另一部件的情况下，该一个部件不仅可直接连接到该另一部件，而且该一个部件可经由其它部件间接连接到该另一部件。此外，除非另有说明，包括某一元件并非意指排除其他元件，而是意指可另外包括这些元件。
下面将描述根据本发明的用于电阻焊接的金属板和使用该金属板的电阻焊接方法。
图3是根据本发明的优选实施方式的焊接设备的概略图。参照图3，根据本发明的圆柱形电池的电阻焊接设备被配置为在按压金属板200的同时执行电阻焊接，以便将暴露在圆柱形电池100外部的电极端子110电连接至另一电池的电极端子或电连接至电池电路。
具有突出结构的突出单元215形成在金属板200上。通过焊接将突出单元215固定到圆柱形电池100的电极端子110。下面将详细描述金属板200的构造。
圆柱形电池的电阻焊接设备可包括电阻焊接单元300、按压力测量装置400、指示器500、位移测量装置600和监控装置700。
被配置用于将金属板200焊接到圆柱形电池100的电极端子110的电阻焊接单元300可包括焊条310、按压从动件320、焊接控制器(未示出)和焊接夹具(未示出)，焊条310被配置为与金属板200接触，按压从动件320被配置为控制焊条310，例如按压焊条310以使得金属板200的突出单元215与电极端子110紧密接触，焊接控制器被配置为控制提供到焊条310的电力和按压从动件320的按压力，焊接夹具被配置为将圆柱形电池100和金属板200固定在可焊接状态。
由于在根据本发明的金属板200上形成将于后文描述的两个突出单元215，因此图3示出两个焊条310和两个按压从动件320。然而，可根据突出单元215的数量改变所要安装的焊条310和按压从动件320的数量。
可使用已知的电阻焊机来配置焊条310和按压从动件320，因此将省略其详细描述。然而，优选将按压从动件320配置为使用弹簧向焊条310施加按压力。
同时，焊接夹具(未示出)可被不同地设计和配置，只要焊接夹具被配置为执行X轴、Y轴和Z轴方向上的位置控制，并且具有能够在圆柱形电池和金属板彼此接触的状态下，在稳定地支撑圆柱形电池100和金属板200的同时执行焊接的结构。
然而，优选将焊接夹具(未示出)配置为在圆柱形电池100和金属板200垂直设置的状态下执行焊接。这样做的原因是，与圆柱形电池100和金属板200被水平固定的状态下执行焊接相比，可提高焊接品质。
将描述被配置为在焊接时测量电阻焊接单元300的按压力的按压力测量装置400。按压力测量装置400被设置在电阻焊接单元300的一侧，并且被配置为测量电阻焊接单元300将金属板200按压向电极端子110的按压力。
按压力测量装置400可由负荷传感器构成，负荷传感器连接至电阻焊接单元300的每个按压从动件320以测量按压力。使用负荷传感器测量的结果可被直接输入到监控装置700，或者可通过额外设置的指示器500指示按压状态。当然，优选的是，即使在设置指示器500的情况下，也可将使用负荷传感器测量的结果输入到监控装置700。
位移测量装置600被配置为测量焊接时突出单元215的高度改变，位移测量装置600设置在圆柱形电池100和金属板200进行焊接的一侧或设置在焊条310侧，并测量焊接时金属板200的突起单元215的高度改变或焊条310的移动距离。
在该实施方式中，在一个金属板200上形成两个突出单元215，由此提供两个焊接部分。因而，优选设置两个位移测量装置600并将两个位移测量装置600安装在焊接夹具侧或按压从动件320侧。
也就是说，在电阻焊接工艺期间，突出单元215熔融并被焊接到电极端子110。使用位移测量装置600检测突出单元215的熔融焊接深度，由此实时验证焊接的有效性。优选的是，位移测量装置600可由线性标尺传感器或线性编码器构成，位移测量装置600的分辨率是约0.001mm，并且经由PLC 800将测量结果实时输入到监控装置700。
被配置为示出焊接状态的监控装置700通知或示出按压力测量装置400和位移测量装置600所测量的结果以及电阻焊接单元300的操作状态。
监控装置700可由包括监控器的PC构成。优选将监控装置700配置为显示电阻焊接单元300中使用的电流、电压、电阻、电功率和能量以及由按压力测量装置400和位移测量装置600测量的值，使得工作人员能够在焊接时确认上述各者。此外，优选将监控装置700配置为储存通过电阻焊接单元300进行焊接所使用的电流、电压、电阻、电功率和能量以及由按压力测量装置400和位移测量装置600测量的值，并统计地使用或显示所储存的数据。
除了上述部件外，可进一步设置可编程逻辑控制器(PLC)800和示波器，PLC 800被配置为控制焊接部分并与监控装置700通信，示波器被配置为示出各种测量结果。
图4(a)是根据本发明的第一优选实施方式的用于电阻焊接的金属板的平面图，图4(b)是突出单元的放大截面图。
根据本发明的金属板200被配置为电阻焊接到圆柱形电池100的电极端子110，该金属板200包括主体210和桥220，桥220被配置为将主体210连接到主金属板。
主体210包括与桥220连接的第一边缘211、与第一边缘211相对且平行定位的第二边缘212、以及被配置为将第一边缘211和第二边缘212的相对侧彼此连接的第三边缘213和第四边缘214。因而，主体210的外观近似为四边形。狭缝216和一对突出单元215形成在主体210的一个表面。
一对突出单元215位于假想中心线A上并且彼此间隔预定距离，假想中心线A被配置为在Y轴方向上将主体210的长度均等分。
这里，优选的是，每个突出单元215具有其中直径不同的两个突出部彼此接连连接的形状。也就是说，每个突出单元215包括具有预定直径的第一突出部215'和具有比第一突出部215'大的直径的第二突出部215”。此时，第一突出部215'和第二突出部215”的中心点位于同一假想轴(Z轴)上。
在常规的用于焊接的金属板上仅设有单个突出部。因此，在出现诸如欠焊接、未焊接或过焊接等焊接缺陷的情况下，必须丢弃相应的圆柱形电池。然而，在根据本发明的金属板中，在同一轴上接连地形成具有不同直径的两个突出部。因此，在使用第一突出部215'进行的焊接出现缺陷的情况下，可使用第二突出部215”在同一位置执行重新焊接或附加焊接。因而，可显著减少被丢弃的圆柱形电池的数量。
狭缝216位于一对突出单元215之间。特定地，狭缝216位于假想中心线B上并且形成为具有预定宽度和长度的单一闭合曲线形状，假想中心线B被配置为将主体210的宽度均等分。
狭缝216减小所谓的无效电流分布，无效电流是泄露的一些焊接电流，因此可减小焊接时必须的能量。
同时，优选的是，具有1.5mm至3.0mm的厚度的主体210的长度D2和宽度D1分别是7mm至9mm和7mm至9mm，并且狭缝216的长度D4和宽度D3分别是5.5mm至6.5mm和0.5mm至0.7mm。
另外，第一突出部215'的直径R1和第二突出部215”的直径R2分别是0.8mm至1.2mm和1.3mm至1.7mm。
此外，优选的是，从主体210的表面到第一突出部215'的高度H1和从主体210的表面到第二突出部215”的高度H2分别是0.2mm和0.2mm。
具有上述构造的金属板200可由Cu(例如C1100)或Cu合金(例如具有90％以上Cu含量的合金，诸如C18145、C19025或C19170)制成。
图5是示出将根据本发明的第一优选实施方式的用于电阻焊接的金属板焊接到电极端子的方法的概略图。
将另外参照图3和图4描述焊接方法，图3是焊接设备的概略图，图4示出根据本发明的用于电阻焊接的金属板。根据本发明的焊接方法可包括：将金属板200的主体210定位于圆柱形电池100的电极端子110上的第一步骤，所述主体210具有第一突出部215'和第二突出部215”；在按压焊条310以使主体210的第一突出部215'与电极端子110紧密接触的同时供应电功率的第二步骤；以及根据需要，在按压焊条310以使主体210的第二突出部215”与电极端子110紧密接触的同时供应电功率的第三步骤。
具体地，在第一步骤中，使用焊接夹具支撑及固定圆柱形电池100和金属板200。此时，优选使圆柱形电池100的电极端子110和金属板200的主体210的第一突出部215'彼此接触。电阻焊接单元300的焊条310位于主体210上(图5(a))。
在第二步骤中，在将电力施加至电极端子110与第一突出部215'之间的接触部分的同时，使用电阻焊接单元300执行电阻焊接。此时，为了执行正常焊接，必须在提供适当的按压力和能量的同时基于设定的位移执行焊接(图5(b))。
作为示例，焊接时的电压范围可为2.5V至5.0V，焊接时间范围可为3ms至5ms，按压力范围可为2.5kgf至3.5kgf。
同时，例如在焊接条件偏离设定值的情况下，或者在主体210与电极端子110之间或主体210与焊条310之间存在无意的异物的情况下，焊接区域可能因各种原因而有缺陷。
在这种情况下，在将电力施加至电极端子110与第二突出部215”之间的接触部分的同时，执行二次电阻焊接(图5(c))。
图6(a)是根据本发明的第二优选实施方式的用于电阻焊接的金属板的平面图，图6(b)是突出单元的放大截面图。
除了狭缝216的形状外，本发明的第二实施方式与上文描述的第一实施方式相同，因此，将省略重复的描述，而将仅描述狭缝216。
主体210中形成的狭缝216具有开口217，开口217形成在与桥220相反的方向上，即形成在第二边缘212。因而，可进一步减小无效电流分布。
尽管已详细描述了本发明的特定细节，但本领域技术人员将理解，本发明的详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，因此并不限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的类别和技术思想的情况下，各种改变和修改是可行的，并且将显而易见的是，这些改变和修改落在所附权利要求书的范围内。
(附图标记描述)
100：圆柱形电池
110：电极端子
200：金属板
210：主体
211：第一边缘212：第二边缘
213：第三边缘214：第四边缘
215：突出单元
215'：第一突出部215”：第二突出部
216：狭缝217：开口
220：桥
300：电阻焊接单元
310：焊条
320：按压从动件
400：按压力测量装置
500：指示器
600：位移测量装置
700：监控装置
800：PLCA：被配置为将主体的长度均等分的假想中心线 B：被配置为将主体的宽度均等分的假想中心线 D1：主体的宽度 D2：主体的长度
D3：狭缝的宽度 D4：狭缝的长度
R1：第一突出部的直径 R2：第二突出部的直径 H1：第一突出部的高度 H2：第二突出部的高度

Claims (8)

1.一种用于电阻焊接的金属板，所述金属板被配置为电阻焊接到圆柱形电池的电极端子，其中
所述金属板在其主体的一个侧表面处设置有一对突出单元，所述一对突出单元被定位成彼此间隔预定距离，
在所述一对突出单元之间形成有狭缝，
每一个所述突出单元包括具有预定直径的第一突出部和具有比所述第一突出部大的直径的第二突出部，
所述第一突出部和所述第二突出部的中心点位于同一假想轴上，
所述第一突出部具有被配置为与所述电极端子接触的弧形前端，并且
所述第二突出部具有与所述第一突出部的弧形前端连接的弧形表面。
2.根据权利要求1所述的金属板，其中
所述主体是四边形的，并且
所述狭缝位于假想中心线(B)上，所述假想中心线(B)被配置为将所述主体的宽度均等分。
3.根据权利要求2所述的金属板，其中所述狭缝形成为具有单一闭合曲线形状。
4.根据权利要求2所示的金属板，其中在所述主体的一侧的边缘设置有从所述狭缝延伸的开口。
5.根据权利要求1所述的金属板，其中所述一对突出单元沿着假想中心线(A)定位，所述假想中心线(A)被配置为将所述主体的长度均等分。
6.一种使用根据权利要求1至5中任一项所述的金属板焊接圆柱形电池的方法，所述方法包括：
将金属板的主体定位在圆柱形电池的电极端子上的第一步骤，所述主体具有第一突出部和第二突出部；和
在按压焊条以使所述主体的所述第一突出部与所述电极端子紧密接触的同时供应电功率的第二步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：在按压所述焊条以使所述主体的所述第二突出部与所述电极端子紧密接触的同时供应电功率的第三步骤。
8.一种圆柱形电池，根据权利要求1至5中任一项所述的金属板被焊接到所述圆柱形电池。
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