CN114523199B - 用于将电池箔激光焊接到电池突片的方法和夹具 - Google Patents

用于将电池箔激光焊接到电池突片的方法和夹具 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于焊接电池箔突片组件的方法和夹具。该夹具包括：第一夹持构件，其具有限定延伸到第一夹持构件中的开口的第一夹持表面；以及第二夹持构件，其具有围绕焊接槽的突起。第一夹持构件的开口被构造成容纳该突起的一部分以将电池箔突片组件布置于之间。第二夹持构件可朝着第一夹持构件移动以使第二夹持构件的焊接槽与第一夹持构件的开口对准，从而使该突起与第一夹持构件的开口配合，以使电池箔突片组件的其中一部分偏离出与电池箔突片组件平行的平面。激光束被引向平面外部分，以激光焊接电池箔突片组件。

Description

用于将电池箔激光焊接到电池突片的方法和夹具
技术领域
本发明涉及将一堆电池箔接合到电池突片，具体涉及用于将一堆电池箔激光焊接到电池突片的方法和夹具。
背景技术
电动汽车利用车载电池组来存储电能。电池组由多个电池单元形成，其中每个电池单元包括阳极集电器和阴极集电器。从多个电池单元延伸的阳极集电器被堆叠并接合到用作负极的电池突片。类似地，将阴极集电器堆叠并接合至用作正极的电池突片。这些电池突片用于将电能从电池组传导到外部电气设备，或允许来自外部电源的电能为电池组充电。
目前集电器典型地由厚度为在0.004毫米和0.03毫米之间的铝或铜箔的薄片形成。电池突片通常由厚度约为0.1毫米和0.5毫米的铜或铝片形成。激光焊接已用于将一堆薄箔片接合到电池突片上，并取得了一些成功。激光焊接形成牢固的接头，但是，随着箔片数量的增加，由于大量箔片产生的热量不均匀，激光焊接变得更加困难。在激光焊接之前，大量的箔片本身难以夹持并且难以在相邻的箔片和电池突片之间维持优选的零间隙条件。在焊接过程中，箔片之间的间隙起到绝热作用，从而导致某些箔中热量的积累和烧穿的可能性增加，而另一些箔可能粘结不充分。
因此，虽然将堆叠的箔片激光焊接到电池突片达到了其预期目的，但是需要一种夹具和方法，以在激光焊接工艺之前以及激光焊接工艺期间，保持相邻的箔片和电池突片之间优选的零间隙条件，以确保结构牢固和高效的箔-片激光焊接。
发明内容
根据数个方面，公开了一种用于焊接电池箔突片组件的夹具。该夹具包括第一夹持构件，其具有第一夹持表面，该第一夹持表面限定了延伸到第一夹持构件中的开口，其中，第一夹持表面构造成使电池箔突片组件覆盖开口的方式来容纳电池箔突片组件；第二夹持构件，其具有外表面、与外表面相对的第二夹持表面以及从外表面延伸至第二夹持表面的焊接槽，其中第二夹持表面限定围绕焊接槽的突起。第一夹持构件的开口被构造成容纳围绕第二夹持构件的焊接槽的突起的一部分，并且电池箔突片组件设置在其间。第二夹持构件可朝着第一夹持构件移动以使第二夹持构件的焊接槽与第一夹持构件的开口对准，从而使该突起与第一夹持构件的开口配合，以使电池箔突片组件的一部分偏离到与电池箔突片组件平行的平面之外。
在本公开的另一方面，围绕第二夹持构件的焊接槽的突起构造成与第一夹持构件的开口配合，以使电池箔突片组件的一部分塑性变形。
在本公开的另一方面，该突起被构造成将电池箔突片组件的预定焊接部位偏离出平面。
在本公开的另一方面，该突起从第二夹持构件的第二夹持表面延伸约0.5毫米。
在本公开的另一方面，第一夹持构件的开口限定凹部，该凹部构造成容纳第二夹持构件的突起。凹部包括与突起的形状互补的形状。
在本公开的另一方面，第一夹持构件的开口和第一夹持构件的焊接槽具有足够大的直径以接收激光束，以有效形成与电池箔突片组件的交叠部分接合的激光焊缝。
在本公开的另一方面，夹具还包括杠杆构件，该杠杆构件构造成选择性地向第二构件的外表面施加力，从而将第二构件推向第一构件以将电池箔突片组件夹在其间。
在本公开的另一个方面，第二夹持构件的突起构造成与第一夹持构件的开口配合，以使电池箔突片组件的交叠部分偏离出平面。
在本公开的另一方面，该夹具还包括引导构件，该引导构件构造成引导该第二夹持构件朝向和远离该第一夹持构件。
在本公开的另一方面，延伸到第一夹持构件中的开口足够深，以防止激光束将电池箔突片组件焊接到第一夹持构件上。
根据数个方面，公开了一种用于将一堆电池箔激光焊接到电池突片的方法。该方法包括将一堆电池箔与电池突片交叠布置，使得这堆电池箔的内表面与电池突片的内表面相邻接触以限定交叠部分。交叠部分包括平行于平面A的接合界面和至少一个预定的激光焊接部位。该方法还包括将交叠部分偏离出平面A，并将激光束引向预定的激光焊接部位，以有效形成激光焊缝，该激光焊缝将这堆电池箔接合到电池突片。
在本公开的另一方面，其中将交叠部分偏离出平面A包括将夹持力施加到交叠部分上，以足够使交叠部分偏离出平面A，使得这堆箔内与这堆箔和电池突片之间的任何间隙都被消除了。
在本公开的另一方面，其中将交叠部分偏离出平面A包括将夹持力施加到至少一个预定的激光焊接部位上，以足够将至少一个预定的激光焊接部位偏离出平面A。
在本公开的另一方面，其中将至少一个预定激光焊接部位偏离出平面A包括使至少一个预定激光焊接部位塑性变形，以限定具有顶点的外部弯曲表面。
在本公开的另一方面，其中将激光束引向预定的激光焊接部位包括将激光束引向外部弯曲表面的顶点。
在本公开的另一方面，其中，外部弯曲表面是电池突片的外表面。
根据数个方面，公开了一种用于激光焊接电池箔突片组件的方法。该方法包括将电池箔突片组件布置在具有开口的第一夹持构件上，其中，电池箔突片组件包括与平面A平行的接合界面；将第二夹持构件布置在电池箔突片组件上并抵靠第一夹持构件，其中，第二夹持构件包括与第一夹持构件的开口轴向对准的焊接槽和围绕该焊接槽的突起；将夹持力施加到第二夹持构件上，以使突起将电池箔突片组件的一部分偏离出平面A；将在电池箔突片组件的该部分的激光束从平面A引出，以完成激光焊缝。
在本公开的另一个方面，其中，该突起可插入到所述第一夹持构件的开口中，从而将该电池箔突片组件的该部分偏离到所述开口中。
在本公开的另一方面，其中使电池箔突片组件的该部分偏离包括该电池箔突片组件的该部分的塑性变形。
在本公开的另一方面，其中，被塑性变形的电池箔突片组件的该部分是预定的激光焊接部位。
根据本文提供的描述，其他领域的应用将变得显而易见。应当理解，描述和特定示例仅旨在用于说明目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本本文描述的附图仅用于说明目的，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据示例性实施例的具有激光焊接和堆叠的箔突片组件的电池组的示意性剖面侧视图；
图2是根据示例性实施例的用于激光焊接堆叠的箔突片组件的方法的方块流程图；
图3A-3D显示出了在图2的方法实施期间一堆电池箔和电池突片的布置；
图4是根据示例性实施例的用于实现图2的方法的夹具的透视图；
图5是根据示例性实施例的跨过线5-5的图4的夹具的剖视图；
图6是根据示例性实施例的跨过线6-6的图4的夹具的剖视图；以及
图7是图6的7-7部分的详细视图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或用途。参照附图，公开了所示出的实施例，其中，贯穿若干附图，相同的附图标记指示相应的部分。附图不一定按比例绘制，并且某些特征可能被放大或最小化以示出特定特征的细节。所公开的具体结构和功能细节并非旨在解释为限制，而是作为教导本领域技术人员如何实践所公开概念的代表性基础。
如图所示，图1是具有多个内部电池单元102的电池组100的示意性剖视图。每个内部电池单元102均包括阳极集电器104和阴极集电器106。集电器由箔片形成，这些箔片具有约0.004(毫米)至约0.03(毫米)的厚度。从电池组100外部的电池单元102延伸的多个阳极集电器104和阴极集电器106布置在阳极集电器和阴极集电器各自的叠层108a、108b中。
阳极箔收集器104可能由具有元素铜或铜合金的箔片(也称为片箔)形成，并且可能包括镍涂层。阴极集电器106可能由元素铝或铝合金的箔片形成。一堆集电器104的箔片也被称为一堆电池箔108，或者简称为电池箔108。
成堆的电池箔108a，108b被激光焊接到各自的电池突片110a、110b，以促进与电气设备或与外部电气系统(未示出)的电连接，诸如用于电动车辆的电气总线系统。电池突片110a、110b可能由与被激光焊接到电池突片110上的电池箔108a、108b相同的材料形成，并且具有在0.1毫米和0.5毫米之间的厚度。下面的公开内容提供了一种方法和箔间隙封闭夹具300，用于将一堆电池箔108激光焊接到电池突片110，以便在这些电池箔108和电池突片110之间提供牢固的电连接。
图2是用于将一堆电池箔108激光焊接到电池突片110的方法200的方框流程图。图3A-3D显示出了在方法200的实施期间，那一堆电池箔108和电池突片110的布置。
该方法开始于方框202并参考图3A，这堆电池箔108与电池突片110交叠布置。这堆电池箔包括外表面112和与外表面112相对的内表面114。电池突片110包括外表面116和与外表面116相对的内表面118。这堆电池箔108和电池突片110布置成使得电池突片110的内表面118与这堆电池箔108的内表面114处于交叠位置。
移至方框204并参考图3B，将这堆电池箔108和电池突片110移动到接触位置，其中电池突片110的内表面118的其中一部分与这堆电池箔108的内表面114的其中一部分邻接接触，以形成电池箔突片组件120。这堆电池箔108和电池片110的交叠部分，也称为电池箔突片组件120的交叠部分122，限定了接合界面124，该接合界面平行于平面A。交叠部分122包括多个预定的激光焊接部位126。
移至方框206并参考图3B和3C，由箭头指示的夹持力被施加到交叠部分122，以将交叠部分122从平面A中推离，从而使堆叠的电池箔108和电池突片110压缩在一起，因此，即使没有消除，也减少了箔108的相邻薄片与电池突片110之间的任何隔热气隙。整个交叠部分122还可能通过使交叠部分122偏离或弯曲出平面A而变形。夹持力可能施加在交叠部分122上，或者可以均施加在交叠部分和这堆电池箔108两者上。
在一个实施例中，将夹持力施加到交叠部分122内的每个预定激光焊接部位126上，以将预定激光焊接部位126从平面A推离。可能施加足够的夹持力F以使预定的激光焊接部位126变形、离开平面A。变形可能包括塑性变形。图3C显示出了施加夹持力F期间图3B的详细截面3-3。预定的激光焊接部位126或交叠部分112向平面A外的偏离或变形，导致堆叠的电池箔108和电池突片110一起压缩，从而即使没有消除，也减少箔108的相邻薄片和电池突片110之间的任何隔热气隙。
预定的激光焊接部位126的向平面A外的变形包括外部弯曲表面123，该外部弯曲表面123具有远离平面A延伸的顶点124。图3C显示出弯曲表面123为电池突片110的外表面116的弯曲表面。在另一个实施例中，通过使得所得的外部弯曲表面123为堆叠的电池箔108的外表面112的弯曲表面的方式，来施加夹持力。
预定的激光焊接部位126或电池箔突片组件120的交叠部分122的向平面A外的偏离或变形，会向箔108的薄片施加拉力，从而导致薄片彼此拉紧并且抵靠电池突片110的内表面118拉紧，从而压缩箔108的薄片和电池突片110以最小化(即使没有消除的话)箔的相邻薄片和电池突片110之间的任何间隙。间隙尺寸的消除或至少最小化允许结构坚固的激光焊接的电池箔突片组件120。
移动到方框208并继续参考图3C，激光束128被引向预定的激光焊接部位126，以实现激光焊缝，该激光焊缝将这堆电池箔108接合到电池突片110。优选地，激光束128被引向弯曲外表面123的顶点124。优选地，弯曲外表面123是电池突片110的外表面116。激光束128可能被引导到外表面123上以在交叠部分122形成具有预定图案127的多个点焊缝130或线焊缝130，如图3D最佳示出的那样。这些点焊缝130或焊接线130可能沿着交叠部分122的宽度(W)或沿着长度(L)延伸。
移至方框210并参考图3D，在完成激光焊缝之后，电池箔组件被冷却以允许激光焊缝被固化并且移除夹持力。
图4显示出了夹具300的透视图，该夹具300向箔突片组件120施加夹持力以使箔突片组件120的多个预定激光焊接部位126偏离或变形、离开平面A，从而将电池箔108激光焊接到电池突片110。图5显示出了跨5-5线的图4的夹具300的剖视图。图6显示出了跨6-6线的图4的夹具300的剖视图。图7显示出了图6的详细剖视图7-7。
参照图4和图5，夹具300包括第一夹持构件302、第二夹持构件304和构造成施加夹持力以将第一夹持构件302压缩到第二夹持构件304的夹持臂306。第一夹持构件302包括夹持表面308，电池箔突片组件120布置在夹持表面308上。如图5最佳示出的那样，第一夹持构件302的夹持表面308限定了延伸到第一夹持构件302中的多个开口310。
第二夹持构件304包括夹持表面314和与夹持表面314相对的外表面316。第二夹持构件304被布置成靠近第一夹持构件，使得第二夹持构件304的夹持表面314面对第一夹持构件302的第一表面308。第二夹持构件304限定了从外部表面316延伸到夹持表面314的多个槽开口318，也称为焊接槽318。
参照图5、图6和图7，在执行方法200时，在焊接操作期间，第二夹持构件304的槽开口318可与第一夹持构件302的开口310同轴地对准。如图5最佳示出的那样，第一夹持构件302的开口310包括第一直径(D)，第二夹持构件的槽开口318包括第二直径(d)。第一直径(D)大于第二直径(d)。应当理解，槽开口318和相应的开口310的形状不限于圆形，而可能是延伸交叠部分122的宽度W或长度L的长槽。
如图7最佳示出的那样，第二夹持构件304的夹持表面314进一步限定围绕槽开口318的弯曲的或圆锥形的突起320。突起320包括距第二夹持构件304的夹持表面314约0.5毫米的深度(P)和比第一夹持构件302的第一直径(D)小的直径(X)，使得突起320紧密地配合到第一夹持构件302的开口310中。第一夹持构件302的开口310限定弯曲的或圆锥形的凹部321，该弯曲的或圆锥形的凹部321被构造成容纳第二夹持构件304的突起320。
一对引导构件322延伸穿过第二夹持构件304和第一夹持构件302。第二夹持构件304可沿着引导构件322在第一方向上远离第一夹持构件302移动，以允许将电池箔突片组件120置于第一夹持构件302的夹持表面上。第二夹持构件304可沿导向构件322在与第一方向相反的第二方向上、朝第一夹持构件302移动。设置夹持臂306以选择性地将夹持力F施加到第二夹持构件304上，使得堆叠的电池箔突片组件120可以在第一夹持构件302和第二夹持构件304之间被压缩。图6显示出了多个槽开口318，这些槽开口318被定向为便于在电池箔突片组件120的宽度W上制造多个激光点焊缝。应当理解的是，槽开口318的布置不限于延伸该电池箔突片组件120的宽度W。
在实施方法200时，将电池箔突片组件120放置在第一夹持构件302上的适当位置中。第二夹持构件304沿着引导构件322朝第一夹持构件302移动，从而使第二夹持构件304的夹持表面314与电池箔突片组件120接触。一旦就位，第二夹持构件304的槽开口318与第一夹持构件302的开口310同轴对准。然后夹持臂306将夹持力施加到第二夹持构件304上以压缩第一夹持构件302和第二夹持构件304之间的电池箔突片组件120。夹持臂306施加足够的力，以使第二夹持构件304的圆锥形突起320促使预定的激光焊接部位126偏离或塑性变形、离开平面A从而进入第一夹持构件302的开口310中。
当预定的激光焊接部位126从平面A变形离开时，激光束128被引导通过第一夹持构件302的槽开口318并到达预定的激光焊接部位126上。激光束128在预定的激光焊接时间安排下被操作，以足够实现激光焊缝，该激光焊缝将该电池箔108接合到电池突片110。位于第一夹持构件302中的开口310足够深，以防止激光束将电池箔突片组件焊接到第一夹持构件302。
激光焊缝固化后，杠杆构件脱离接合，第二构件沿着引导构件322与第一夹持构件302分离，从而将激光焊接的电池箔突片组件120从夹具300上松开。
本公开的描述本质上仅是示例性的，并且不背离本公开的一般意义的变化旨在落入本公开的范围内，这些变化不应被视为背离本公开的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于焊接电池箔突片组件的夹具，包括：
第一夹持构件，其具有第一夹持表面，所述第一夹持表面限定延伸到第一夹持构件中的开口，其中所述第一夹持表面构造成容纳覆盖所述开口的电池箔突片组件；以及
第二夹持构件，其具有外表面、与所述外表面相对的第二夹持表面，以及从所述外表面延伸至所述第二夹持表面的焊接槽，其中所述第二夹持表面限定围绕所述焊接槽的突起；
其中所述第二夹持构件能够朝着所述第一夹持构件移动，以将所述第二夹持构件的所述焊接槽与所述第一夹持构件的所述开口对准，
其中，围绕所述第二夹持构件的所述焊接槽的所述突起构造成与所述第一夹持构件的所述开口配合，以使所述电池箔突片组件的其中一部分从平行于所述电池箔突片组件的平面偏离出；
其中，所述第一夹持构件的所述开口和所述第二夹持构件的所述焊接槽具有足够大的直径以接收激光束，以有效地通过所述电池箔突片组件形成激光焊缝；
所述夹具还包括杠杆构件，所述杠杆构件构造成选择性地向所述第二夹持构件的所述外表面施加力，从而将所述第二夹持构件推向所述第一夹持构件以将所述电池箔突片组件夹在其间。
2.根据权利要求1所述的夹具，其中，围绕所述第二夹持构件的所述焊接槽的所述突起构造成与所述第一夹持构件的所述开口配合，以使所述电池箔突片组件的所述部分塑性变形。
3.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述电池箔突片组件的所述部分是预定的焊接部位。
4.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述突起从所述第二夹持构件的所述第二夹持表面延伸0.5毫米。
5.根据权利要求4所述的夹具，其中，所述第一夹持构件的所述开口限定凹部，所述凹部被构造成容纳所述第二夹持构件的所述突起，其中，所述凹部包括与所述突起的形状互补的形状。
6.根据权利要求1所述的夹具，其中，所述第二夹持构件的所述突起构造成与所述第一夹持构件的所述开口配合，以使所述电池箔突片组件的交叠部分偏离出所述平面。
7.根据权利要求1所述的夹具，还包括引导构件，所述引导构件构造成引导所述第二夹持构件朝向和远离所述第一夹持构件。
8.根据权利要求1所述的夹具，其中，延伸到所述第一夹持构件中的开口足够深，以防止激光束将所述电池箔突片组件焊接到所述第一夹持构件上。
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