動力電池電極的優化布設及超聲波焊接方法和裝置製造方法
2023-10-07 03:39:54 2
動力電池電極的優化布設及超聲波焊接方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種動力電池電極的優化布設，在單體電池中，正電極與負電極的引出位為拉開最大距離的反方向設置。本發明還公開一種動力電池電極優化布設的超聲波焊接方法，其步驟包括：(1)將單體電池放置於焊接平臺上，所述單體電池的正電極和負電極的引出位為反方向設置，所述正電極和負電極的電池極片延伸出來，放置於底模上；(2)使用超聲波滾焊裝置對放置於底模上的電池極片進行接駁、連接等滾動焊接。本發明具有的優點和有益技術效果如下：有效地提高了焊接效率，可以有效的減少內阻，增大過流，減少發熱量。
【專利說明】動力電池電極的優化布設及超聲波焊接方法和裝置
【【技術領域】】
[0001]本發明涉動力電池及超聲波焊接領域，尤其是一種動力電池電極的優化布設及超聲波焊接方法和裝置。
【【背景技術】】
[0002]動力電池是為工具提供動力來源的電源的裝置，多作為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。在大容量動力電池生產過程中，動力電池多層極片與極耳或極柱的焊接是影響電池質量的關鍵因素。目前，極片與極耳或極柱的焊接多採用超聲波焊接。但是一般的超聲波點焊會損壞動力電池多層極片與極耳或極柱，影響到電池的生產合格率。另外由於焊接技術的缺陷，導致焊點連接處內阻累積嚴重，造成電池在工作中趨向遞增性發熱。若不能使運行工作中的電池儘可能減少或者克服因為內阻而造成累積遞增性發熱現象，它限制了大功率電池的規模推進長時間使用，嚴重的會阻礙電池，尤其是大功率電池長時間運行工作，嚴重影響使用壽命，更甚的會發生爆炸的惡性現象。
[0003]現時較為普遍的是，電池的正負兩極布設於電池同一線面端上，兩相極十分接近，電池運行工作時，電子的運動方向產生窩繞現象。其問題在於電子只處於窄小的流通空間，窄小流動的電場 處於過度密集擠迫狀況，尤其電池處於大功率高密度電和連續長時間運行時，基於電池內電子不合理導向運行，而造成熱效應加劇，電池發熱乃至發生爆炸。
【
【發明內容】
】
[0004]本發明的目的在於針對以上所述現有技術存在的不足，提供一種提高工作效率且有效減少內阻，降低熱效應，提高動力電池使用壽命的動力電池電極的優化布設。
[0005]本發明第二目的是提供一種動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法。
[0006]本發明第三目的是提供一種動力電池電極的超聲波焊接裝置。
[0007]為了實現上述目的，本發明是這樣實現的:動力電池電極的優化布設，在單體電池中，正電極與負電極的引出位為拉開最大距離的反方向設置。這樣可以令其電池在運行工作時，電子於兩相反位端距離途中流動，能充分地利用電池內空間的有效橫截面積通道給予的最廣闊通道運流，充分調動電池內電子定向流通的最佳通暢條件，令運行通途內阻最小，從而能最大限度地減少電極熱效應，避免發熱現象。
[0008]動力電池電極優化布設的超聲波焊接方法，其步驟包括:
[0009](I)將單體電池放置於焊接平臺上，所述單體電池的正電極和負電極的引出位為反方向設置，所述正電極和負電極的電池極片延伸出來，放置於底模上；
[0010](2)使用超聲波滾焊裝置對放置於底模上的電池極片進行接駁、連接等滾動焊接。
[0011]所述電池極片設有焊接區，所述電池極片的焊接區對位設置於另一所述單體電池的電池極片相應焊接區的平位處，通過滾焊模具對焊接區進行滾動焊接。
[0012]若干所述單體電池可以串聯後進行滾動焊接。
[0013]若干所述單體電池可以並聯後進行滾動焊接。[0014]若干所述單體電池可在部分並聯後再作進行串聯組合滾動焊接。
[0015]所述焊接平臺包括電池承接平臺、模具底座和底模，所述模具底座安裝於所述電池承接平臺的側邊，在所述模具底座上設置安裝槽，所述底模固定於所述安裝槽內。
[0016]所述超聲波滾焊模裝置，包括安裝架、設置於安裝架內的滾焊模具和驅動裝置，所述安裝架設置兩個支撐部，在所述支撐部內安裝軸承，所述滾焊模具的兩側分別與變幅杆連接，所述變幅杆分別安裝於軸承內，且一端所述變幅杆與被動輪連接，所述被動輪通過驅動皮帶與驅動裝置連接，另一端所述變幅杆與超聲波換能器連接。
[0017]所述滾焊模具與變幅杆之間通過螺栓連接。
[0018]所述軸承與滾焊模具四分之一波長處連接。
[0019]動力電池電極的超聲波焊接裝置，包括焊接平臺和超聲波滾焊模裝置，所述焊接平臺包括電池承接平臺、模具底座和底模，所述模具底座安裝於所述電池承接平臺的側邊，在所述模具底座上設置安裝槽，所述底模固定於所述安裝槽內；所述超聲波滾焊模裝置的滾焊模具位於所述底模正上方。
[0020]所述超聲波滾焊模裝置，包括安裝架、設置於安裝架內的滾焊模具和驅動裝置，所述安裝架設置兩個支撐部，在所述支撐部內安裝軸承，所述滾焊模具的兩側與變幅杆連接，所述變幅杆分別安裝於軸承內，且一端所述變幅杆與被動輪連接，所述被動輪通過驅動皮帶與驅動裝置連接，另一端所述變幅杆與超聲波換能器連接。
[0021]所述滾焊模具與變幅杆之間通過螺栓連接。
[0022]所述軸承與滾焊模具四分之一波長處連接。
[0023]本發明是針對大功率、大動力，並需瞬間釋放大功率的電池,無論對於小型的、中型的乃至大型單體電池，需要通過對多個單體電池串聯組合、並聯組合，串聯及並聯組合、串聯、並聯交替組合等多種重複組合成的「派克」電池組構中，其向外延伸的電極片或者極耳或者極柱的布設位置，使正極位和負極位儘可能反向拉開距離，令其運行工作時電子於兩相反極位端距離途中流動，能充分且均勻地利用電池內空間的有效截面通道給予的最廣闊通道運流，充分調動電池內電子定向流通的最佳通暢條件，令運行通途內阻最小，從而最大限度地克服電子熱效應，避免發熱現象。
[0024]為了有效地克服電池熱效應的現象乃至更嚴峻的爆炸現象，本發明提出不論單體電池或者多個單體電池通過串聯並聯串並聯交替多單體電池符合組成的電池「派克」組構。尤其大功率大動力電池，其正電極與負電極位置的引出位應能令正電極位於負電極位儘可能反向拉開距離而布設。這樣可以令運行工作時，電子於兩相反極遠寬位端距離間流動，能充分地利用電池內空間的有限橫截面積通道所給予通暢條件，令運行通途內阻最小，從而能最大限度地克服電池熱效應，避免發熱現象出現。
[0025]與現有技術相比，本發明具有的優點和有益技術效果如下:有效地提高了焊接效率，可以有效地減少內阻，增大過流，減少電子運行熱效應，避免發熱現象，提高了安全性。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0026]圖1為本發明動力電池電極的優化布設的超聲波焊接生產線立體結構圖1 ;
[0027]圖2為本發明動力電池電極的優化布設的超聲波焊接生產線左視結構圖1 ;
[0028] 圖3為本發明動力電池電極的優化布設的超聲波焊接生產線A部局部放大圖1 ;[0029]圖4為本發明動力電池電極的優化布設的超聲波焊接生產線立體結構圖2 ；
[0030]圖5為本發明動力電池電極的優化布設的超聲波焊接生產線左視結構圖2 ；
[0031]圖6為本發明動力電池電極的優化布設的超聲波焊接生產線A部局部放大圖2 ；
[0032]圖7為本發明超聲波滾焊模裝置的結構示意圖；
[0033]圖8為本發明一種動力電池電極的超聲波焊接方法的動力電池結構示意圖； [0034]圖9為本發明一種動力電池電極的超聲波焊接方法的動力電池焊接示意圖1 ;
[0035]圖10為本發明一種動力電池電極的超聲波焊接方法的動力電池焊接示意圖2。
【【具體實施方式】】
[0036]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細的描述說明。
[0037]動力電池電極的優化布設，如圖8-10所示，在單體電池中，正電極與負電極的引出位為拉開最大距離的反方向設置。可以是正電極與負電極分別位於單體電池的距離最大的兩側。這樣可以令電池在工作時，電子於兩相反位端距離途中流動，能充分地利用電池內空間的有效橫截面積通道給予的最廣闊通道運流，充分調動電池內電子定向流通的最佳通暢條件，令運行通途內阻最小，從而能最大限度地減少電池熱效應，避免發熱現象。本發明所述的動力電池可以是鋰離子動力電池、鎳氫動力電池或者燃料電池等。
[0038]所述單體電池的正電極和負電極的電池極片向外延伸出來，在所述電池極片設置焊接區，所述電池極片的焊接區對位設置(可以是堆疊設置)於另一所述單體電池的電池極片相應焊接區的平位(用於方便堆疊焊接)處，通過滾焊模具對焊接區進行滾動焊接。多個單體電池可以是串聯組合、並聯組合、串聯及並聯組合、串聯、並聯交替組合等多種重複組合。
[0039]動力電池電極優化布設的超聲波焊接方法，其步驟包括:
[0040](I)將單體電池放置於焊接平臺上，所述單體電池的正電極和負電極的電池極片延伸出來，放置於底模上；
[0041](2)使用超聲波滾焊裝置對放置於底模上的電池極片進行接駁、連接等滾動焊接。
[0042]所述電池極片設有焊接區，所述電池極片的焊接區對位設置在電池極片的相應焊接區的位置平位處，通過滾焊模具對焊接區進行滾動焊接。
[0043]如圖9所示，可以為多單個電池作串聯後焊接。
[0044]如圖10所示，動力電池可以是若干單個電池並聯焊接。
[0045]動力電池也可以為若干單個電池作並聯焊接，然後串聯焊接。也可為若干單個電池並聯後作進一步串聯焊接、並聯焊接或串並聯焊接。
[0046]其中，優選的，當焊接對象為0.2mm銅鍍鎳條和50層厚度為0.018mm的銅箔時，焊接速率為330mm/分鐘，焊接壓力為5.5KG/cm2,在線功率可以是3880w。
[0047]當焊接對象為0.2mm鋁條和50層厚度為0.02mm的銅箔時，焊接速率為
[0048]485mm/分鐘，焊接壓力為4.2KG/cm2，在線功率可以是2880w。
[0049]當焊接對象為0.2mm銅鍍鎳條和0.2mm招條時,焊接速率為380mm/分鐘,焊接壓力為3.5KG/cm2,在線功率可以是3680w。
[0050]當焊接對象為0.2mm銅鍍鎳條和0.2mm銅鍍鎳條時,焊接速率為300mm/分鐘,焊接壓力為4.3KG/cm2,在線功率可以是4580w。[0051]當焊接對象為0.2mm銅鍍鎳條和50層厚度為0.018mm的銅箔時，焊接速率為330mm/分鐘，焊接壓力為5.5KG/cm2,在線功率可以是3880w。
[0052]如圖1-3所示，所述焊接平臺包括電池承接平臺5、模具底座51和底模4，所述模具底座51安裝於所述電池承接平臺5的兩側邊，在所述模具底座51上設置安裝槽52，所述底模4固定於所述安裝槽52內。所述電池極片31設有焊接區，所述電池極片的焊接區對位設置於電池極片相應焊接區的延置平位處，並置於所述底模4上，通過滾焊模具2對焊接區進行滾動焊接。
[0053]超聲波滾焊模裝置，如圖7所示，包括安裝架66、設置於安裝架66內的滾焊模具65和驅動裝置68，所述安裝架66設置兩個支撐部，在所述支撐部內安裝軸承62，所述滾焊模具65的兩側分別與變幅杆611連接，所述變幅杆611分別安裝於軸承62內，且在一端所述變幅杆611與被動輪67連接，所述被動輪67通過驅動皮帶610與安裝於驅動裝置68上的同步驅動輪69連接，另一端所述變幅杆611與超聲波換能器614連接。所述超聲波換能器614上安裝連接膠座615，所述連接膠座615上安裝超聲信號連接座616。所述滾焊模具65是全波長滾焊模具，且所述滾焊模具65與變幅杆611之間通過螺栓64連接。所述軸承62與滾焊模具65的四分之一波長節點617處連接。所述軸承62通過螺母63固定於所述安裝架66的支撐部內。所述變幅杆611與所述軸承62通過法蘭(612，613)連接。本發明超聲波滾焊模裝置體積小，結構牢固，使用壽命長。
[0054]如圖4-6所示，為多個單體電池堆疊的焊接實施例。
[0055]動力電池電極的超聲波焊接裝置，如圖1-6所示，包括電池承接平臺5、模具底座51和底模4，所述模具底座51安裝於所述電池承接平臺5的兩側邊，在所述模具底座51上設置安裝槽52，所述底模4固定於所述安裝槽52內。所述電池極片31設置焊接區，所述電池極片31的焊接區對位設置於另一電池極片相應焊接區的平位處，置於所述底模4上，通過滾焊模具2對焊接區進行滾動焊接；所述超聲波滾焊模裝置的滾焊模具2位於所述底模4正上方。所述超聲波滾焊模裝置如圖7所示，包括安裝架66、設置於安裝架66內的滾焊模具65和驅動裝置68，所述安裝架66設置兩個支撐部，在所述支撐部內安裝軸承62，所述滾焊模具65的兩側與變幅杆611連接，所述變幅杆611分別安裝於軸承62內，且一端所述變幅杆611與被動輪67連接，所述被動輪67通過驅動皮帶610與與安裝於驅動裝置68上的同步驅動輪69連接，另一端所述變幅杆611與超聲波換能器614連接。所述超聲波換能器614上安裝連接膠座615，所述連接膠座615上安裝超聲信號連接座616。所述滾焊模具65是全波長滾焊模具，且所述滾焊模具65與變幅杆611之間通過螺栓64連接。所述軸承62與滾焊模具65的四分之一波長節點617處連接。所述軸承62通過螺母63固定於所述安裝架66的支撐部內。所述變幅杆611與所述軸承62通過法蘭(612，613)連接。
[0056]所述滾焊模具焊接接觸界面主體滾焊花紋輪模具與其位置相對的處於滾焊花紋模具緊貼的焊接座長形平臺底模上，在裝置結構牽動滾焊模具輪作定向反覆平移及滾動運行的軌跡上，一字型排放著多個單個電池延伸出來的電極塊片，這些電極塊片上疊合放置著極片待滾動焊接。
[0057]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例，應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明構思在現有技術基礎上通過邏輯分析、推理或者根據有限的實驗可以得到的技術方案，均應該在由本權利要求書所確定的保護範圍之中。
【權利要求】
1.動力電池電極的優化布設，其特徵在於，在單體電池中，正電極與負電極的引出位為拉開最大距離的反方向設置。
2.按照權利要求2所述的動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法，其特徵在於，其步驟包括: (1)將單體電池放置於焊接平臺上，所述單體電池的正電極和負電極的引出位為反方向設置，所述正電極和負電極的電池極片延伸出來，放置於底模上； (2)使用超聲波滾焊裝置對放置於底模上的電池極片進行滾動焊接。
3.按照權利要求2所述的動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法，其特徵在於，所述電池極片設有焊接區，所述電池極片的焊接區對位設置於另一所述單體電池的電池極片相應焊接區的平位處，通過滾焊模具對焊接區進行滾動焊接。
4.按照權利要求2所述的動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法，其特徵在於，若干所述單體電池是串聯後進行滾動焊接，並聯後進行滾動焊接或者在部分並聯後再作進行串聯組合滾動焊接。
5.按照權利要求2所述的動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法，其特徵在於，所述焊接平臺包括電池承接平臺、模具底座和底模，所述模具底座安裝於所述電池承接平臺的側邊，在所述模具底座上設置安裝槽，所述底模固定於所述安裝槽內。
6.按照權利要求2所述的動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法，其特徵在於，所述超聲波滾焊模裝置，包括安裝架、設置於安裝架內的滾焊模具和驅動裝置，所述安裝架設置兩個支撐部，在所述支撐部內安裝軸承，所述滾焊模具的兩側與變幅杆連接，所述變幅杆分別安裝於軸承內，且一端所述變幅杆與被動輪連接，所述被動輪通過驅動皮帶與驅動裝置連接，另一端所述變幅杆與超聲波換能器連接。
7.按照權利要求2所述的動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法，其特徵在於，所述滾焊模具與變幅杆之間通過螺栓連接，所述軸承與滾焊模具四分之一波長處連接。
8.動力電池電極的超聲波焊接裝置，其特徵在於，包括焊接平臺和超聲波滾焊模裝置，所述焊接平臺包括電池承接平臺、模具底座和底模，所述模具底座安裝於所述電池承接平臺的側邊，在所述模具底座上設置安裝槽，所述底模固定於所述安裝槽內；所述超聲波滾焊模裝置的滾焊模具位於所述底模正上方。
9.按照權利要求8所述的動力電池電極的優化布設的超聲波焊接方法，其特徵在於，所述超聲波滾焊模裝置，包括安裝架、設置於安裝架內的滾焊模具和驅動裝置，所述安裝架設置兩個支撐部，在所述支撐部內安裝軸承，所述滾焊模具的兩側與變幅杆連接，所述變幅杆分別安裝於軸承內，且一端所述變幅杆與被動輪連接，所述被動輪通過驅動皮帶與驅動裝置連接，另一端所述變幅杆與超聲波換能器連接。
【文檔編號】H01M2/26GK103928652SQ201410181088
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】嚴卓晟, 嚴卓理, 嚴錦璇 申請人:廣州市新棟力超聲電子設備有限公司