一种电池顶盖激光焊接用装夹工装的制作方法

本实用新型涉及焊接密封技术领域，具体涉及一种电池顶盖激光焊接用装夹工装。

背景技术：

动力电池作为新能源汽车的主要能量来源，为整车提供驱动电能，它主要包括电芯、壳体和顶盖三部分，电芯通过正负极极耳焊接在顶盖上，再将电芯放入壳体中，顶盖四侧与壳口通过激光焊接密封，完成电芯装配。在授权公告号为cn206435866u的中国实用新型专利中公开了一种电池顶盖焊接装置，电池顶盖焊接装置包括电池定位机构、电池夹紧机构、电池旋转机构、激光发射机构以及激光移动机构，在进行电池顶盖焊接时，首先通过电池定位机构和电池夹紧机构对电池的壳体和顶盖进行定位夹紧，而后电池旋转机构、激光发射机构以及激光移动机构相互配合，由激光发射器对壳体与顶盖的接合位置进行热熔密封焊接。

可以看出，上述焊接装置较好的实现了电池壳体和顶盖的准确焊接，但仍存在一定的问题：在进行激光焊接时，激光发射器直接对焊接处进行热熔焊接，焊接完成后直接移走，这使得电池壳体和顶盖在焊接前后分别出现快速升温和降温的过程。在此过程中产生的热应力容易导致电池在焊接后发生变形，尤其是随着新能源汽车的里程需求不断增加，对动力电池的能量密度要求也越来越高，电池结构的设计越来越趋向轻量化方向发展，壳体的厚度逐渐变薄，而薄壁壳体在热应力的作用下变形更为严重，对电池质量的影响也更大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电池顶盖激光焊接用装夹工装，以解决现有技术中激光焊接电池顶盖和电池壳体时容易出现热应力导致的焊接变形的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装采用如下的技术方案：一种电池顶盖激光焊接用装夹工装，包括用于环绕电池布置以在电池侧向上夹持定位电池壳体的侧向夹持结构，侧向夹持结构包括用于对应配合的侧向夹持件，所述侧向夹持件具有加热结构，加热结构处于侧向夹持件的用于与电池顶盖和电池壳体焊接接合位置对应的位置处，以用于加热电池顶盖和电池壳体的焊接接合位置。

有益效果是：在进行电池顶盖激光焊接时，首先通过侧向夹持件对电池壳体进行夹持固定，由于侧向夹持件上相应位置处设有加热结构，加热结构可对电池壳体与电池顶盖的焊接接合位置进行预热，以降低激光焊接功率或在同样焊接功率下提升焊接速度，而在激光焊接完成后，也可以通过缓慢的降低加热结构的温度以实现对电池壳体和电池顶盖的缓冷，以降低焊接后焊缝急速冷却导致的变形热应力，整个激光焊接过程增加了预热和缓冷措施，有效地减小了电池壳体和电池顶盖在焊接过程中出现的热应力，改善了电池壳体和电池顶盖出现焊接变形的情况。

进一步地，所述侧向夹持件包括下夹持块，所述加热结构设置在下夹持块顶部。

有益效果是：加热结构在下夹持块的顶部，方便安装形成侧向夹持件。

进一步地，所述加热结构包括固设在所述下夹持块顶部的上导热块，上导热块上设置有加热器件。

有益效果是：利用上导热块的导热性能够实现均匀加热的目的，避免出现局部快速升温和快速降温的情况。

进一步地，所述加热器件为加热管。

有益效果是：加热管具有热惯性小、温度控制精度高且便于维修的优点。

进一步地，电池顶盖激光焊接用装夹工装包括可控制所述加热器件加热温度的温控系统，温控系统包括控制器和用于检测所述上导热块温度的温度传感器，所述控制器与所述温度传感器、加热器件分别连接。

有益效果是：通过温控系统能够检测加热器件的实时温度并实时调整升温和降温速度，进一步提高了预热和缓冷效果。

进一步地，所述上导热块为铝质或钢质。

有益效果是：铝质材料或钢质材料的导热性能好，使得加热效果更好。

进一步地，所述上导热块的外侧设置有用于减少热量散失的外隔热件或外隔热层。

有益效果是：外隔热件或外隔热层可以有效的减缓加热过程中的热量散失，降低加热成本。

进一步地，所述外隔热件为围设在上导热块外侧的隔热块。

有益效果是：隔热块结构简单，方便设置。

进一步地，所述上导热块上方盖设有上隔热件或上隔热层。

有益效果是：在上导热块上方加盖上隔热件或上隔热层，也可以实现更好的保温效果。

进一步地，所述侧向夹持件包括用于夹持长方形电池长边的长边夹持件和用于夹持长方形电池短边的短边夹持件，所述长边夹持件和短边夹持件均成对布置，长边夹持件和短边夹持件分别具有所述的下夹持块和加热结构。

有益效果是：通过长边夹持件和短边夹持件能够有效地对长方形电池的长边和短边进行夹持，长边和短边的加热温度能够得到较好的控制，有效地改善了长方形的长边和短边因热应力而发生的变形情况。

附图说明

图1为本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装装夹电池时的俯视图；

图2为本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装装夹电池的主视图（未显示长边夹持件）；

图3为图1所示装夹工装中长边夹持件的结构示意图；

图4为图1所示装夹工装中短边夹持件的结构示意图；

图5为图1中长边夹持件和长边隔热块配合结构示意图。

附图标记说明：1-电池顶盖，2-电池壳体，3-长边夹持件，31-长边下夹持块，32-长边上导热块，4-短边夹持件，41-短边下夹持块，42-短边上导热块，5-底部限位件，6-长边隔热块，7-短边隔热块，8-激光焊接装置，9-长边加热管，10-短边加热管，11-热电偶传感器，20-焊接结合位置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明：

本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装的具体实施例：

电池顶盖激光焊接用装夹工装主要针对长方形电池，由于长方形电池的长边和短边的长度不同，导致焊接时间不同，焊接时产生的热应力会有明显区别，因此长方形电池在焊接时出现的变形情况也比较明显，本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装能够对长方形电池长边和短边进行较好的预热和缓冷，使二者受热更加均匀，有效地改善因热应力而导致的焊接变形情况。

如图1至图5所示，电池顶盖激光焊接用装夹工装包括侧向夹持结构，侧向夹持结构环绕电池布置以在电池侧向上夹持电池壳体2，侧向夹持结构具体包括用于对应配合的侧向夹持件，侧向夹持件具有加热结构，加热结构设置在侧向夹持件的与电池顶盖1和电池壳体2的焊接接合位置20处，以用于加热电池顶盖1和电池壳体2对应焊接接合位置20的区域。

实际上，侧向夹持件具体包括下夹持块，上述加热结构具体设置在下夹持块顶部，加热结构具体包括固设在下夹持块顶部的上导热块，上导热块上设有相应的加热器件，通过加热器件加热上导热块，再由上导热块对相应电池顶盖及电池壳体进行加热，加热更加均匀。

如图4和图5所示，针对长方形电池来讲，侧向夹持件具体包括用来夹持长方形电池长边的长边夹持件3和用来夹持长方形电池短边的短边夹持件4，长边夹持件3和短边夹持件4均成对布置，长边夹持件3和短边夹持件4分别具有下夹持块和加热结构，具体的，长边夹持件3包括长边下夹持块31和长边上导热块32，短边夹持件4包括短边下夹持块41和短边上导热块42，在长边上导热块32和短边上导热块42上分别设有加热器件，加热器件具体包括长边加热管9和短边加热管10，长边加热管9预设在长边上导热块32中，短边加热管10则预设在短边上导热块42中。

长边上导热块32和短边上导热块42均为钢质，利用钢质材料的导热性能够将加热器件的热量传递至电池壳体2，实现加热结构均匀加热的目的，且长边上导热块32和短边上导热块42分别通过装配螺栓对应固定在长边下夹持块31和短边下夹持块41的顶部。通过长边上导热块32和短边上导热块42能够对电池壳体2和电池顶盖1的焊接接合位置进行均匀的预热和缓冷，焊接前的预热可以降低激光焊接功率或者在同样焊接功率下提升焊接速度；焊接后的缓冷也能够降低焊接后焊缝急速冷却导致的变形热应力，改善因此出现的焊接变形情况。

本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装还包括分别对长边夹持件3和短边夹持件4进行控制的驱动气缸（图中未显示），长边夹持件3和短边夹持件4分别与各自对应的驱动气缸的输出端装配连接。长边夹持件3和短边夹持件4的底部均设置有移动导轨（图中未显示），移动导轨上配置有滑块，长边夹持件3和短边夹持件4的底部分别与相应滑块固定连接，这样方便驱动气缸驱动往复移动。

电池顶盖激光焊接用装夹工装还包括底部限位件5，进行激光焊接时，首先将电池壳体2置于底部限位件5上，驱动气缸驱动长边夹持件3和短边夹持件4沿相应移动导轨移动到位，以夹持固定好电池壳体2，随后通过加热结构进行预热；当激光焊接完成后，加热结构对电池壳体2和电池顶盖1的缓冷，直至温度降低到规定温度，驱动气缸控制长边夹持件3和短边夹持件4沿移动导轨远离电池壳体2，最后取出电池。

长边上导热块32和短边上导热块42的中部均设置有安装孔，安装孔内安装有加热管，加热管作为加热器件对导热块进行加热，相应地，长边上导热块32的中部设置有长边加热管9，短边上导热块42的中部设置有短边加热管10，通过加热管进行加热时，热量经相应的长边导热块32和短边上导热块42传递给电池壳体2，以进行预热和缓冷。上导热块上还安装有控制加热管温度的温控系统，温控系统包括控制器以及安装在长边上导热块32和短边上导热块42中的温度传感器，控制器与温度传感器、相应加热管分别连接。控制器具体为plc控制器，温度传感器具体为热电偶传感器11，焊接前，plc控制器根据需要通电控制加热管升温，热电偶传感器11可以实时检测相应导热块的温度，当温度升至设定温度时，plc控制器断电控制加热管不再升温，完成预热，当焊接完成后，plc控制器通过控制通电、断电控制加热管是否加热，使得相应的导热块按照一定的速率缓慢下降，实现缓冷操作。

长边上导热块32的外侧围绕固定有长边隔热块6，短边上导热块42的外侧围绕固定有短边隔热块7。长边隔热块6和短边隔热块7共同构成外隔热件，通过外隔热件能够有效地减少在加热结构进行预热和缓冷过程中的热量散失，在一定程度上降低了加热成本。

电池壳体2的上方还设置有激光焊接装置8，激光焊接装置8包括激光聚焦镜和激光光源，电池壳体2的外部还包括控制激光焊接装置8的控制装置（图中未显示），该控制装置能够接受热电偶传感器11的信号，当热电偶传感器11显示加热管进行预加热的温度达到100~350℃时，激光光源开始出光，并通过激光聚焦镜在电池壳体2和电池顶盖1的焊接接合位置处形成0.3~2mm的光斑，电池顶盖1和电池壳体2的焊接接合位置开始热熔焊接，由于工件本身温度已经达到了100~350℃，电池顶盖1和电池壳体2的焊接接合位置所需再提升的温度较小，所需激光焊接的激光功率可以相应降低或者在同等激光功率的情况下可提高激光焊接速度，电池壳体2的壳体受热应力影响变形均匀；而在激光焊接完成后，激光光源不再出光，温控系统控制加热管开始降温，当热电偶传感器11显示加热温度降低至50~150℃时，驱动气缸控制长边夹持件3和短边夹持件4松开，解除对电池的夹持固定，以取出电池。由于电池顶盖1和电池壳体2的焊接接合位置20的不同区域的温度同时上升或下降，热应力造成的不同区域的变形量降至最低，保证了电池顶盖1和电池壳体2的焊接质量，提升了生产效率并降低了能耗。

本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装在使用时，首先将电池壳体2置于底部限位件5上，电池顶盖1放置在电池壳体2的壳体上，使二者沿焊接接合位置对齐，随后通过驱动气缸控制长边夹持件3和短边夹持件4沿移动导轨移动至夹持固定好电池壳体2，然后由温控系统控制加热管进行加热，待加热温度达到100~350℃时，接收到热电偶传感器11的信号，激光焊接装置8开始对电池顶盖1和电池壳体2的焊接接合位置进行热熔焊接，焊接完成后，温控系统控制加热管开始降温，当热电偶传感器11显示加热温度降低至50~150℃时，驱动气缸控制长边夹持件3和短边夹持件4解除对电池的夹持固定，以取出电池。

本实施例中，侧向夹持件包括用于夹持长方形电池长边的长边夹持件和用于夹持长方形电池短边的短边夹持件，所述长边夹持件和短边夹持件均成对布置。在其他实施例中，本实用新型电池顶盖激光焊接用装夹工装也可用于圆柱形电池，此时侧向夹持件为两部分或多部分组成的环形夹持件，相应地各个部分均为弧形夹持件，在进行夹持固定时，各个弧形夹持件从不同的部分移向电池壳体，形成环形夹持件以对电池壳体夹持固定。

本实施例中，隔热件为通过装配螺栓固定在上导热块外侧的外隔热块。在其他实施例中，隔热件也可以是焊接在上导热块的外侧，当然在其他实施例中，也可以是粘接在上导热块外侧的外隔热层，如气凝胶保温层。

本实施例中，上导热块的外侧设置有用于减少热量散失的隔热结构。在其他实施例中，也可不设置隔热结构，但此种情况下所需能耗较大。

本实施例中，上导热块为钢质。在其他实施例中，上导热块也可以是铝质。

本实施例中，加热器件为设置在上导热块上的加热管。在其他实施例中，加热器件也可以是设置在上导热块上朝向电池壳体一侧的热电片，通过控制热电片进行预热和缓冷。

本实施例中，加热结构设置在下夹持块顶部。在其他实施例中，加热结构也可以设置在下夹持块的其他位置，但此时热量需要由所在加热位置传递至电池壳体，加热效率较低。

本实施例中，在上导热块外侧设置外隔热件，当然，也可设置外隔热层。在其他实施例中，为增加加热保温效果，也可以在上导热块的顶部设置上隔热件或上隔热层，上隔热件可采用上隔热块，上隔热层也可采用气凝胶保温层等结构，只是此时散热效果相对较差，在缓冷时需要时间较长，因此，是否设置上隔热件或上隔热层，主要取决于实际需求。