CN114512628A - 用于电池单元金属板的电阻接合系统和方法 - Google Patents

用于电池单元金属板的电阻接合系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种用于电池单元金属板的电阻接合方法。该方法包括提供包括第一组第一金属板和第二组第二金属板的不对称叠层。第一金属板相对于第二金属板按顺序排列，从而限定不对称叠层。第一和第二金属板中的每一者由涂层分开。第一金属板包括第一熔点的第一材料，而第二金属板包括第二熔点的第二材料。涂层包括第三熔点的第三材料。第一熔点大于第二熔点。第三熔点大于第二熔点且小于第一熔点。该方法还包括将第一金属板加热到第一温度，以允许第一金属板的固态结合并允许第一组固态结合到第二组。该方法还包括将第二金属板加热到第二温度，以允许第二金属板的熔融结合。

Description

用于电池单元金属板的电阻接合系统和方法
技术领域
本公开涉及接合电池单元的金属板，并且更具体地说，涉及用于电池单元金属板的电阻接合系统和方法。
背景技术
电池组组件用于混合动力和电动发动机车辆。在制造电池期间，熔化温度的差异可能会在界面处产生不连续的结合。此类差异使得不对称叠层的电阻接合具有挑战性。
发明内容
因此，尽管当前的制造工艺和系统实现了其预期目的，但是仍然需要一种新的且改进的用于接合电池单元的金属板的系统和方法。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于电池单元的金属板的电阻接合方法。该方法包括提供包括第一组第一金属板和第二组第二金属板的不对称叠层。第一金属板相对于第二金属板按顺序排列，从而限定不对称叠层。第一和第二金属板中的每一者由涂层分开。第一金属板包括第一熔点的第一材料，并且第二金属板包括第二熔点的第二材料。涂层包括第三熔点的第三材料。第一熔点大于第二熔点。第三熔点大于第二熔点且小于第一熔点。
在该示例中，该方法还包括将第一金属板加热到第一温度，以允许第一金属板的固态结合并允许第一组金属板固态结合到第二组金属板。此外，该方法还包括将第二金属板加热到第二温度，以允许第二金属板熔融结合。
在该方面的另一个示例中，第一材料包括铜，并且第一熔点为约1084摄氏度。
在另一个示例中，第二材料包括铝，并且第二熔点为约660摄氏度。
在该方面的又一个示例中，第三材料包括镍磷，并且第三熔点为约1000摄氏度。
在再一个示例中，第一温度为约1000摄氏度，并且第二温度为约800摄氏度。
在该方面的又一个示例中，第一温度在约660℃与约1000℃之间，并且其中第二温度在约660℃与约800℃之间。
在另一个示例中，第一温度在约800℃与约1000℃之间，并且其中第二温度在约660℃与约1000℃之间。
在本公开的另一方面，提供了一种用于电池单元的金属板的电阻接合方法。该方法包括提供包括第一组第一金属板和第二组第二金属板的不对称叠层。第一金属板相对于第二金属板按顺序排列，从而限定不对称叠层。第一和第二金属板中的每一者由涂层分开。第一金属板包括第一熔点的第一材料，并且第二金属板包括第二熔点的第二材料。涂层包括第三熔点的第三材料。第一熔点大于第二熔点。第三熔点大于第二熔点且小于第一熔点。
在该方面，该方法包括通过在第一温度下加热第一金属板来固态结合第一金属板。该方法还包括通过在第二温度下加热第二金属板来熔融结合第二金属板。该方法还包括当在第一温度下加热第一金属板时将第一组金属板固态结合到第二组金属板。
在该方面的另一个示例中，第一材料包括铜，并且第一熔点为约1084摄氏度。
在另一个示例中，第二材料包括铝，并且第二熔点为约660摄氏度。
在该方面的又一个示例中，第三材料包括镍磷，并且第三熔点为约1000摄氏度。
在又一个示例中，第一温度为约1000摄氏度，并且第二温度为约800摄氏度。
在另一个示例中，第一温度在约660℃与约1000℃之间，并且其中第二温度在约660℃与约800℃之间。
在再一个示例中，第一温度在约800℃与约1000℃之间，并且其中第二温度在约660℃与约1000℃之间。
在本公开的再一个方面，公开了一种用于电池单元的金属板的电阻接合系统。该系统包括不对称叠层，该叠层包括第一组第一金属板和第二组第二金属板。第一金属板相对于第二金属板按顺序排列，从而限定不对称叠层。不对称叠层具有第一侧和第二侧。第一侧包括按顺序排列的第一金属板中的一者，并且第二侧包括按顺序排列的第二金属板中的一者。第一和第二金属板中的每一者由涂层分开。第一金属板包括第一熔点的第一材料，并且第二金属板包括第二熔点的第二材料。涂层包括第三熔点的第三材料。第一熔点大于第二熔点。第三熔点大于第二熔点且小于第一熔点。
在本公开的该实施例中，该系统还包括具有第一电阻率和第一热导率的第一电极。第一电极配置为接触不对称叠层的第一侧，以在第一温度下加热第一组金属板，用于固态结合第一金属板并且用于将第一组金属板固态结合到第二组金属板。
在本公开的该方面的该实施例中，第二电极具有第二电阻率和第二热导率。第二电极配置为接触不对称叠层的第二侧，以在第二温度下加热第二组，用于在第二温度下熔融结合第二金属板。第一电阻率大于第二电阻率。
在该实施例中，该系统还包括配置为向第一和第二电极供电的电源。该系统还包括控制器，该控制器配置为控制对第一和第二电极的供电以加热不对称叠层。
在该方面的一个实施例中，第一热导率小于第二热导率。
在另一个实施例中，第一电极是纯钼和纯钨中的一者，并且在该或又一个实施例中，第二电极是铜钨合金、铜锆合金和铜铬合金中的一者。
在再一个实施例中，第一材料包括铜且第一熔点为约1084摄氏度，并且第二材料包括铝且第二熔点为约660摄氏度。
在另一个实施例中，第一温度在约800℃与约1000℃之间，并且第二温度在约660℃与约1000℃之间。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解的是，所述描述和具体示例仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开的一个实施例的用于电池单元的金属板的电阻接合系统的示意图。
图2是根据本公开的一个示例的由图1的系统实现的一种用于电池单元的金属板的电阻接合方法的流程图。
图3是根据另一个示例的由图1的系统实现的另一种用于电池单元的金属板的电阻接合方法的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。
本公开提供一种用于在接合电池单元的金属板的过程期间不均匀地分配能量的系统和方法。本文公开的系统和方法向不对称叠层的一组金属板提供较多热量而向另一组金属板提供较少热量。所述系统和方法提供较连续的固体焊接。
根据本公开的一个实施例，图1示出了用于电池单元的金属板的电阻接合系统10。如图所示，系统10包括不对称叠层12，该叠层包括第一组14第一金属板16和第二组18第二金属板20。也就是说，第一金属板16相对于第二金属板20按顺序排列并且第二金属板20相对于第一金属板16按顺序排列以限定不对称叠层12。
在该实施例中，第一金属板16包括第一材料，并且第二金属板20包括第二材料。第一材料优选为铜并且具有第一熔点。此外，第二材料优选为铝并且具有第二熔点。第一熔点优选为1084摄氏度，并且第二熔点优选为660摄氏度。
如图1所示，不对称叠层12具有第一侧22和第二侧24。第一侧22包括按顺序排列的第一金属板16中的一者，并且第二侧24包括按顺序排列的第二金属板20中的一者。第一金属板16和第二金属板20中的每一者由涂层26分开。涂层26包括具有第三熔点的第三材料。在该实施例中，第三材料包括镍磷，并且第三熔点为约1000摄氏度。
另外，第一熔点大于第二熔点。此外，第三熔点大于第二熔点且小于第一熔点。在该示例中，铜(第一材料)的熔点为1084摄氏度，高于铝(第二材料)的熔点660摄氏度。此外，镍磷(第三材料)的熔点为1000摄氏度，高于铝的熔点660摄氏度并且低于铜的熔点1084摄氏度。
参考图1，系统10还包括具有第一尖端32的第一电极30，第一尖端32具有第一电阻率和第一热导率。第一电极30的第一尖端32配置为接触不对称叠层12的第一侧22，以在第一温度下加热第一组14，用于固态结合第一金属板16以及用于将第一组14金属板固态结合到第二组18金属板。
此外，系统10还包括具有第二尖端36的第二电极34，第二尖端36具有第二电阻率和第二热导率。第二电极34的第二尖端36配置为接触不对称叠层12的第二侧24，以在第二温度下加热第二组18金属板，用于在第二温度下熔融结合第二金属板20。在该实施例中，第一电阻率大于第二电阻率，并且第一热导率小于第二热导率。
在该实施例中，第一温度优选在约660℃与约1000℃之间，更优选在约800℃与约1000℃之间，并且甚至更优选为约1000摄氏度。此外，第二温度优选在约660℃与约1000℃之间，更优选在约660℃与约800℃之间，并且甚至更优选为约800摄氏度。
在本公开的该实施例中，系统10还包括连接到第一和第二电极30、34的电源38。电源38配置为向第一和第二电极30、34供电。在不脱离本公开的范围或精神的情况下，电源38可以是任何电源单元，诸如换能器。如图所示，系统10还包括与电源38连通的控制器40。控制器40配置为控制对第一和第二电极30、34的供电以加热不对称叠层12。
在该实施例中，第一电极30的第一尖端32是纯钼和纯钨中的一者。此外，第二电极34的第二尖端36是铜钨合金、铜锆合金和铜铬合金中的一者。应当理解，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，第一尖端32和第二尖端36可以是任何其他合适材料，只要第一尖端32相对于第二尖端36具有更大的电阻率和更低的热导率便可。
图2示出了根据图1的系统10的用于电池单元的金属板的电阻接合方法110。如图所示，方法110包括在框112中提供不对称叠层12，叠层12包括第一组14第一金属板16和第二组18第二金属板20。如上所述，第一金属板16相对于第二金属板20按顺序排列，并且第二金属板20相对于第一金属板16按顺序排列，以限定不对称叠层12。
如在图1的系统10中，图2的方法110包括包含第一材料的第一金属板16和包含第二材料的第二金属板20。如在该示例中，第一材料优选为铜并且具有第一熔点。此外，第二材料优选为铝并且具有第二熔点。第一熔点优选为1084摄氏度，并且第二熔点优选为660摄氏度。
同样在该示例中，不对称叠层12具有第一侧22和第二侧24。第一侧22包括按顺序排列的第一金属板16中的一者，并且第二侧24包括按顺序排列的第二金属板20中的一者。第一金属板16和第二金属板20中的每一者由涂层26分开。在该示例中，涂层26包括具有第三熔点的第三材料。在该实施例中，第三材料包括镍磷，并且第三熔点为约1000摄氏度。
另外，第一熔点大于第二熔点。此外，第三熔点大于第二熔点且小于第一熔点。如在上面论述的示例中，铜(第一材料)的熔点为1084摄氏度，高于铝(第二材料)的熔点660摄氏度。此外，镍磷(第三材料)的熔点为1000摄氏度，高于铝的熔点660摄氏度并且低于铜的熔点1084摄氏度。
在该示例中，方法110还包括在框114中将第一金属板16加热到第一温度，以允许第一金属板16的固态结合并允许第一组14金属板固态结合到第二组18金属板。此外，该方法还包括在框116中将第二金属板20加热到第二温度，以允许第二金属板20的熔融结合。
步骤114和116可以用图1所描绘的系统10来完成。也就是说，第一电极30可以实施为在第一组14第一金属板16上生成热量，并且第二电极34可以实施为在第二组18第二金属板20上生成热量。这样，第一电极30的第一尖端32接触不对称叠层12的第一侧22，并且第二电极34的第二尖端36接触不对称叠层12的第二侧24。当经由控制器40和电源38输送电力时，第一尖端32将第一组14第一金属板16加热到第一温度，并且第二尖端36将第二组18第二金属板20加热到第二温度。由于第一和第二尖端32、36的电阻率/热导率存在差异，会分别对第一和第二组14、18生成热量，其中对第一金属板16生成较高温度(第一温度)而对第二金属板20生成较低温度(第二温度)。在该示例中，第一金属板16包括铜，并且第二金属板20包括铝。
如在该示例中，第一温度优选在约660℃与约1000℃之间，更优选在约800℃与约1000℃之间，并且甚至更优选为约1000摄氏度。此外，第二温度优选在约660℃与约1000℃之间，更优选在约660℃与约800℃之间，并且甚至更优选为约800摄氏度。
第一组14金属板处的第一温度(较高温度)(例如，1000摄氏度)导致第一金属板16固态结合且第一组14金属板固态结合到第二组18金属板。第二组18金属板处的第二温度(较低温度)(例如，660摄氏度)导致第二组18第二金属板20熔融结合。当第二组18第二金属板20被加热时，由比第二材料电阻率更高的材料制成的涂层26有助于将第二金属板20加热到允许熔融结合的第二温度。
图3描绘了根据图1的系统10的用于电池单元的金属板的电阻接合方法210。如图所示，方法210包括在框212中提供不对称叠层12，该叠层包括第一组14第一金属板16和第二组18第二金属板20。如上所述，第一金属板16相对于第二金属板20按顺序排列，并且第二金属板20相对于第一金属板16按顺序排列以限定不对称叠层12。
如在图1的系统10中，图3的方法210包括包含第一材料的第一金属板16和包含第二材料的第二金属板20。如在该示例中，第一材料优选为铜并且具有第一熔点。此外，第二材料优选为铝并且具有第二熔点。第一熔点优选为1084摄氏度，并且第二熔点优选为660摄氏度。
同样在该示例中，不对称叠层12具有第一侧22和第二侧24。第一侧22包括按顺序排列的第一金属板16中的一者，并且第二侧24包括按顺序排列的第二金属板20中的一者。第一金属板16和第二金属板20中的每一者由涂层26分开。在该示例中，涂层26包括具有第三熔点的第三材料。在该实施例中，第三材料包括镍磷，并且第三熔点为约1000摄氏度。
另外，第一熔点大于第二熔点。此外，第三熔点大于第二熔点且小于第一熔点。如在上面论述的示例中，铜(第一材料)的熔点为1084摄氏度，高于铝(第二材料)的熔点660摄氏度。此外，镍磷(第三材料)的熔点为1000摄氏度，高于铝的熔点660摄氏度并且低于铜的熔点1084摄氏度。
在该方面，方法210包括在框214中通过在第一温度下加热第一金属板16来固态结合第一金属板16。固态结合可以视为在高温下通过材料相互扩散而结合。方法210还包括在框216中通过在第二温度下加热第二金属板20来熔融结合第二金属板20。熔融结合可以视为直接结合，包括在高温下熔化。方法210还包括在框218中当在第一温度下加热第一金属板16时，将第一组14金属板固态结合到第二组18金属板。
步骤214、216和218可以用图1所描绘的系统10来完成。也就是说，第一电极30可以实施为在第一组14第一金属板16上生成热量，而第二电极34可以实施为在第二组18第二金属板20上生成热量。这样，第一电极30的第一尖端32接触不对称叠层12的第一侧22，而第二电极34的第二尖端36接触不对称叠层12的第二侧24。当经由控制器40和电源38输送电力时，第一尖端32将第一组14第一金属板16加热到第一温度，而第二尖端36将第二组18第二金属板20加热到第二温度。
由于第一和第二尖端32、36的电阻率/热导率存在差异，会分别对第一和第二组14、18生成热量，其中对第一金属板16生成较高温度(第一温度)而对第二金属板20生成较低温度(第二温度)。在该示例中，第一金属板16包括铜，并且第二金属板20包括铝。
如在该示例中，第一温度优选在约660℃与约1000℃之间，更优选在约800℃与约1000℃之间，并且甚至更优选为约1000摄氏度。此外，第二温度优选在约660℃与约1000℃之间，更优选在约660℃与约800℃之间，并且甚至更优选为约800摄氏度。
第一组14第一金属板16处生成的第一温度(较高温度)(例如，1000摄氏度)导致第一金属板16固态结合且第一组14金属板固态结合到第二组18金属板。第二组第二金属板20处生成的第二温度(较低温度)(例如，660摄氏度)导致第二组第二金属板20熔融结合。当第二组第二金属板20被加热时，由比第二材料电阻率更高的材料制成的涂层26有助于将第二金属板20加热到允许熔融结合的第二温度。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解的是，所述描述和具体示例仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制本公开的范围。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开要点的变化旨在落入本公开的范围内。此类变化不应被视为脱离本公开的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于电池单元金属板的电阻接合方法，所述方法包括：
提供包括第一组第一金属板和第二组第二金属板的不对称叠层，所述第一金属板相对于所述第二金属板按顺序排列，从而限定所述不对称叠层，所述第一金属板和第二金属板中的每一者由涂层分开，所述第一金属板包括第一熔点的第一材料，并且所述第二金属板包括第二熔点的第二材料，所述涂层包括第三熔点的第三材料，所述第一熔点大于所述第二熔点，所述第三熔点大于所述第二熔点且小于所述第一熔点；
将所述第一金属板加热到第一温度，以允许所述第一金属板的固态结合并允许所述第一组固态结合到所述第二组；以及
将所述第二金属板加热到第二温度，以允许所述第二金属板熔融结合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括铜，并且所述第一熔点为约1084摄氏度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二材料包括铝，并且所述第二熔点为约660摄氏度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三材料包括镍磷，并且所述第三熔点为约1000摄氏度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度为约1000摄氏度，并且所述第二温度为约800摄氏度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度在约660℃与约1000℃之间，并且其中所述第二温度在约660℃与约800℃之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度在约800℃与约1000℃之间，并且其中所述第二温度在约660℃与约1000℃之间。
8.一种用于电池单元金属板的电阻接合方法，所述方法包括：
提供包括第一组第一金属板和第二组第二金属板的不对称叠层，所述第一金属板相对于所述第二金属板按顺序排列，从而限定所述不对称叠层，所述第一金属板和第二金属板中的每一者由涂层分开，所述第一金属板包括第一熔点的第一材料，并且所述第二金属板包括第二熔点的第二材料，所述涂层包括第三熔点的第三材料，所述第一熔点大于所述第二熔点，所述第三熔点大于所述第二熔点且小于所述第一熔点；
通过在第一温度下加热所述第一金属板来固态结合所述第一金属板；以及
通过在第二温度下加热所述第二金属板来熔融结合所述第二金属板；
当在所述第一温度下加热所述第一金属板时将所述第一组固态结合到所述第二组。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一材料包括铜，并且所述第一熔点为约1084摄氏度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二材料包括铝，并且所述第二熔点为约660摄氏度。
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