软包装电池极耳超声波焊接方法及设备与流程

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种软包装电池极耳超声波焊接方法及设备。

背景技术

软包装电池能量密度大，安全性能好，多极耳结构叠片形式的软包装电池具有较好的导电性能、较高的倍率性能和良好的循环性能，特别适合大容量动力电池，尤其应用于动力领域。

叠片形式的软包装电池极耳的焊接目前主要采用激光焊接和铆接，激光焊接采用熔化焊接，其光斑较小，焊缝为线型结构，但软包电池的焊接目的为导电，需要一定的接触面积，使电流能够良好传导，因此激光焊接方法在焊接中不是一种好的焊接方法。其次激光焊接对焊接准备要求高，需要精密的工装结构才能保证焊接正常进行。第三是激光焊接需要大功率的制冷设备，设备运行成本高，能耗大。铆接则接触电阻大，不利于长时间使用，效率低。

技术实现要素：

针对上述现有技术现状，本发明提供一种可有效降低接触电阻、增加导电面积，降低制造成本的软包装电池极耳超声波焊接方法及设备。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种软包装电池超声波焊接方法，其特征在于，所述软包装电池包括若干层叠在一起的片状电芯和用于将若干所述片状电芯串联在一起的若干汇流条，所述片状电芯上端的两侧分别设置有弯折形的第一极耳和第二极耳，其中一个片状电芯的第一极耳和与该片状电芯相邻的另一个片状电芯的第二极耳叠置在一起形成u形凹槽结构，所述汇流条的横截面为u形,其包括底板部、分别与该底板部的两端连接的第一侧板部和第二侧板部，所述汇流条安装在所述凹槽结构内；

所述焊接方法包括：

s1、通过夹具将待焊接软包装电池的若干片状电芯的第一极耳和第二极耳分别与若干汇流条的第一侧板部和第二侧板部进行初步固定；

s2、将所述待焊接软包装电池和所述夹具放置在可沿x、y、z轴移动且可在xy平面内旋转的焊接平台上，且所述凹槽结构的开口朝上；以及

s3、用超声波焊机将所有所述第一极耳与所有所述第一侧板部焊接在一起，再将所述软包装电池和所述夹具在在xy平面内旋转180度，然后用超声波焊机将所有所述第二极耳与所有所述第二侧板部焊接在一起。

在其中一个实施例中，所述步骤s3包括：

s31、焊接平台沿z轴上升使超声波焊机的铁砧进入汇流条的第一侧板部与第二侧板部之间，超声波焊机的焊头进入第一极耳背对所述第一侧板部的一侧，焊接平台沿x轴的第一方向移动使所述铁砧与所述第一侧板部接触，所述超声波焊机的焊头下降压紧所述第一极耳，并输出第一超声波开始焊接；焊接完成后，焊头上升离开所述第一极耳，同时通入冷却气体对焊头进行冷却；焊接平台沿x轴的与所述第一方向相反的方向移动使铁砧离开所述第一侧板部，然后焊接平台沿z轴下降；

s32、焊接平台沿x轴的第一方向移动到下一个焊接位置，重复步骤s31完成下一个焊接位置的焊接，直至完成所有所述第一极耳与所有所述第一侧板部的焊接；

s33、驱动所述焊接平台在xy平面旋转180度，再重复上述步骤s31、s32完成所有所述第二极耳与所有所述第二侧板部的焊接。

在其中一个实施例中，所述输出第一超声波开始焊接之后还包括：

释放所述焊头与所述第一极耳的压力，之后所述超声波焊机输出第二次超声波。

在其中一个实施例中，所述第二超声波的时间和功率均小于所述第一超声波的时间和功率。

在其中一个实施例中，所述夹具包括基板、第一定位板、第二定位板、定位条和拉紧条，第一定位板和第二定位板以一定间距相对设置，第一定位板和第二定位板的下端固定在所述基板上，所述定位条的底边间隔设置有若干第一卡槽，所述定位条的两端固定分别固定在所述第一定位板和所述第二定位板的上端，所述拉紧条的底边间隔设置有若干第二卡槽，所述拉紧条的两端分别通过驱动机构固定在所述第一定位板和所述第二定位板的上端；

所述步骤s1包括：

将所述待焊接软包装电池放置在所述第一定位板与所述第二定位板之间进行初步固定；

将所述待焊接软包装电池的所述第一侧板部与所述第一极耳接触形成的焊接部位和所述第二侧板部与所述第二极耳接触形成的焊接部位分别卡入所述定位条的第一卡槽和所述拉紧条的第二卡槽内；以及

驱动所述拉紧条相对于所述定位条移动使所述第一极耳与所述第一侧板部以及所述第二极耳与所述第二侧板部压紧。

本发明提供的一种软包装电池极耳超声波焊接设备，包括：

底座；

焊接平台，安装在所述底座上，且具有x轴、y轴和z轴自由度以及xy平面自由度；

驱动机构，安装在所述焊接平台与所述底座之间，用于驱动所述焊接平台沿x轴、y轴、z轴方向移动以及在xy平面内旋转；以及

超声波焊机，位于所述焊接平台的上方，并通过立柱安装在所述底座上，所述超声波焊机包括焊头和铁砧，所述焊头和所述铁砧的方向朝下。

与现有技术相比，本发明提供的软包装电池极耳超声波焊接方法及设备，对软包装电池的极耳和汇流条采用超声波进行焊接，代替传统的激光焊接和铆接，可有效降低接触电阻，增加导电面积，降低制造成本。

本发明附加技术特征所具有的有益效果将在本说明书具体实施方式部分进行说明。

附图说明

图1、图2分别为本发明实施例中的软包装电池的立体图和主视图；

图3为本发明实施例中的软包装电池超声波焊接方法的流程图；

图4为本发明实施例中的软包装电池超声波焊接用夹具的爆炸图；

图5为本发明实施例中的软包装电池超声波焊接用夹具的俯视图；

图6为本发明实施例中的软包装电池超声波焊接方法的焊接时的状态图；

图7为图6中i处的局部放大示意图；

图8为本发明实施例中的软包装电池超声波焊接设备的立体图；

图9为本发明实施例中的软包装电池超声波焊接设备的焊头的立体结构示意图；

图10为本发明实施例中的软包装电池超声波焊接设备的焊头的侧视图。

附图标记说明：100、软包装电池；110、片状电芯；111、第一极耳；112、第二极耳；120、汇流条；121、底板部；122、第一侧板部；123、第二侧板部；200、夹具；210、基板；220、第一定位板；230、第二定位板；240、第一固定座；241、第一固定槽；250、第二固定座；251、第二固定槽；260、定位条；261、第一卡槽；270、拉紧条；271、第二卡槽；280、第一调节螺钉；290、第二调节螺钉；300、软包装电池极耳超声波焊接设备；310、底座；320、焊接平台；330、x方向导轨副；340、y方向导轨副；350、z方向导轨副；360、旋转组件；370、超声波焊机；371、焊头；371a、连接部；371b、中间部；371c、焊接部；371d、焊点；372、铁砧；380、立柱。

具体实施方式

下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1、2所示，本发明实施例中的软包装电池100包括若干层叠在一起的片状电芯110和用于将若干所述片状电芯110串联在一起的汇流条120，所述片状电芯110上端的两侧分别设置有弯折形的第一极耳111和第二极耳112，其中一个片状电芯110的第一极耳111和与该片状电芯110相邻的另一个片状电芯110的第二极耳112叠置在一起形成u形凹槽结构，所述汇流条120包括若干横截面为u形的汇流条120，所述汇流条120包括底板部121、分别与该底板部121的两端连接的第一侧板部122和第二侧板部123，所述汇流条120安装在所述凹槽结构内。第一极耳111、第二极耳112、第一侧板部122和第二侧板部123的材料为铝及铝合金，铜及铜合金，镍及镀镍铜合金同种或三者之间异种材料，扩大了软包电池极耳和汇流排之间材料选择余地。

如图3所示，本发明其中一个实施例中的软包装电池超声波焊接方法包括如下步骤：

步骤s1、通过夹具200将待焊接软包装电池100的第一极耳111和第二极耳112分别与汇流条120的第一侧板部122和第二侧板部123进行初步固定。

如图4、5所示，夹具200包括基板210、第一定位板220、第二定位板230、至少一个第一固定座240、至少一个第二固定座250、至少一个定位条260、至少一个拉紧条270、第一调节螺钉280以及第二调节螺钉290，其中，基板210一方面作为夹具200基础，用于夹具200固定，另一方面作为焊接初始位置的基准，被超声波焊接设备用于定位。第一定位板220和第二定位板230沿基板210的长度方向以一定距离相对地布置，且第一定位板220和第二定位板230的下端通过螺钉安装在基板210上，第一定位板220、第二定位板230与基板210形成用于安装待焊接软包装电池100的容纳腔，以对待焊接软包装电池100进行初步固定。

第一固定座240和第二固定座250用于定位条260和拉紧条270的固定。至少一个第一固定座240固定在第一定位板220的上端，第一固定座240上设置有第一固定槽241，该第一固定槽241的开口朝向所述第二定位板230。本实施例中，第一固定座240为4个，4个第一固定座240通过螺钉间隔地固定在第一定位板220的上端。至少一个第二固定座250与所述第一固定座240相对地固定在第二定位板230的上端，第二固定座250上设置有第二固定槽251，该第二固定槽251的开口朝向所述第一定位板220。本实施例中，第二固定座250为4个，4个第二固定座250通过固定螺钉间隔地固定在第二定位板230的上端。

至少一个定位条260沿基板210的长度方向设置，定位条260的底边上设置有若干间隔排布的第一卡槽261，相互接触在一起的第一极耳111和第一侧板部122以及相互接触在一起的第二极耳112和第二侧板部123容纳于第一卡槽261内，定位条260的两端分别插入第一固定座240的第一固定槽241和第二固定座250的第二固定槽251内，并通过螺钉与第一固定座240和第二固定座250连接。通过定位条260确保每一个极耳的相对位置固定，便于后续的超声波自动焊接。定位条260为绝缘材料，防止电池短路。本实施例中的定位条260为四个，四个定位条260的两端分别固定在四个第一固定座240和四个第二固定座250上。

至少一个拉紧条270沿基板210的长度方向设置，拉紧条270的底边上设置有若干间隔排布的第二卡槽271，相互接触在一起的第一极耳111和第一侧板部122以及相互接触在一起的第二极耳112和第二侧板部123容纳于第二卡槽271内，拉紧条270的两端分别插入第一固定座240的第一固定槽241和第二固定座250的第二固定槽251内。第一调节螺钉280和第二调节螺钉290分别与第一固定座240和第二固定座250螺纹连接，且第一调节螺钉280和第二调节螺钉290分别旋入拉紧条270的两端内。通过旋转第一调节螺钉280和第二调节螺钉290，驱动拉紧条270相对于定位条260移动，从而将所述第一极耳111和所述第二侧板部123或者所述第二极耳112和所述第一侧板部122移动以使所述第一极耳111与所述第一侧板部122以及所述第二极耳112与所述第二侧板部123压紧，保证焊头371有一定的活动空间。拉紧条270为绝缘材料，防止电池短路。

步骤s2、将所述待焊接软包装电池100和所述夹具200放置在可沿x、y、z轴移动且可在xy平面内旋转的焊接平台320上，且所述凹槽结构的开口朝上。通过将超声波焊机370立装，解决了焊接可达性的问题。

步骤s3、用超声波焊机370将所有所述第一极耳111与所有所述第一侧板部122焊接在一起，再将所述软包装电池100和所述夹具200在在xy平面内旋转180度，然后用超声波焊机370将所有所述第二极耳112与所有所述第二侧板部123焊接在一起。

所述步骤s3包括：

s31、焊接平台320沿z轴上升使超声波焊机370的铁砧372进入汇流条120的第一侧板部122与第二侧板部123之间，超声波焊机370的焊头371进入第一极耳111背对所述第一侧板部122的一侧，焊接平台320沿x轴的第一方向移动使所述铁砧372与所述第一侧板部122接触，所述超声波焊机370的焊头371下降压紧所述第一极耳111，并输出第一超声波开始焊接；焊接完成后，焊头371上升离开所述第一极耳111，同时通入冷却气体对焊头371进行冷却；焊接平台320沿x轴的与所述第一方向相反的方向移动使铁砧372离开所述第一侧板部122，然后焊接平台320沿z轴下降。优选地，所述输出第一超声波开始焊接之后还包括：释放所述焊头371与所述第一极耳111的压力，之后所述超声波焊机370输出第二次超声波。进一步优选地，所述第二超声波的时间和功率均小于所述第一超声波的时间和功率。焊接完成后发出第二超声波防止工件和焊头371粘连。

s32、焊接平台320沿x轴的第一方向移动到下一个焊接位置，重复步骤s31完成下一个焊接位置的焊接，直至完成所有所述第一极耳111与所有所述第一侧板部122的焊接；

s33、驱动所述焊接平台320在xy平面旋转180度，再重复上述步骤s31、s32完成所有所述第二极耳112与所有所述第二侧板部123的焊接。

图8为本发明其中一个实施例中的软包装电池极耳超声波焊接的立体结构示意图。如图8所示，软包装电池极耳超声波焊接设备300包括：底座310、焊接平台320、驱动机构以及超声波焊机370；焊接平台320安装在所述底座310上，且具有x轴、y轴和z轴自由度以及xy平面自由度；驱动机构安装在所述焊接平台320与所述底座310之间，用于驱动所述焊接平台320沿x轴、y轴、z轴方向移动以及在xy平面内旋转。本实施例中，驱动机构包括x方向导轨副330、x方向伺服电机、x方向丝杆机构、y方向导轨副340、y方向伺服电机、y方向丝杆机构、z方向导轨副350、z方向伺服电机、z方向丝杆机构、旋转组件360、伺服电机以及丝杆机构。x方向导轨副330包括导轨和滑块，x方向导轨副330的导轨安装在底座310上，x方向伺服电机通过x方向丝杆机构与x方向导轨副330的滑块连接。y方向导轨副340包括导轨和滑块，y方向导轨副340的导轨安装在x方向导轨副330的滑块上，y方向伺服电机通过y方向丝杆机构与y方向导轨副340的滑块连接。z方向导轨副350包括导轨和滑块，z方向导轨副350的导轨安装在y方向导轨副340的滑块上，z方向伺服电机通过z方向丝杆机构与z方向导轨副350的滑块连接。旋转组件360安装在z方向导轨副350的滑块上。焊接平台320安装在旋转组件360上。

超声波焊机370位于所述焊接平台320的上方，并通过立柱380安装在所述底座310上，所述超声波焊机370包括焊头371和铁砧372，所述焊头371和所述铁砧372的方向朝下。

如图9、10所示，所述焊头371包括沿超声波传输方向依次连接的连接部371a、中间部371b以及焊接部371c，所述焊接部371c为扁平状，在所述焊接部371c厚度方向上的两侧面上设置有至少一个焊点371d。优选地，所述焊点371d至少为2个，所有所述焊点371d沿所述焊接部371c的宽度方向间隔排布。优选地，所述焊点371d处设置有向外凸出的网纹。本发明实施例中的焊头设计为扁平的特殊焊头以适应软包电池极耳间狭小的空间。

综上所述，通过本发明实施例的软包装电池极耳超声波焊接方法及设备对软包装电池100的极耳和汇流条120采用超声波进行焊接，代替传统的激光焊接和铆接，可有效降低接触电阻，增加导电面积，降低制造成本。而且，超声波焊机370立装，解决了焊头371可达性的问题。此外，通过四轴运动控制系统移动电池包，使焊点371d准确地移动到焊接位置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。