CN112259926A - 蓄电池端头结构、蓄电池及蓄电池端头结构的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蓄电池端头结构、蓄电池以及蓄电池端头结构的焊接方法，蓄电池端头结构包括焊接柱、嵌套件和填充连接料。焊接柱沿上下向延伸，嵌套件套设于焊接柱外，以在嵌套件与焊接柱之间形成有安装间隙，填充连接料自焊接柱局部和/或嵌套件局部受电磁感应加热熔融形成，且填充于安装间隙内，以将焊接柱和嵌套件连接在一起。本发明还提供了采用电磁感应焊接蓄电池端头结构的焊接方法，电磁感应焊接受人为因素影响小，焊接后的蓄电池端头结构焊接一致性高、焊接质量好。同时，焊接速度快，焊接过程安全性高。

Description

蓄电池端头结构、蓄电池及蓄电池端头结构的焊接方法

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，特别涉及蓄电池端头结构、蓄电池及蓄电池端头结构的焊接方法。

背景技术

蓄电池一般由多个电池组组成。蓄电池包括两个接线柱，用于和外界电路连通，而每个电池组包括两个极柱，联条用于将每个电池组的同极性的极柱与同极性的接线柱连接。

目前蓄电池生产中，普遍采用氢氧火焰燃烧加热极柱和联条，将极柱和联条焊接在一起。这种焊接方法获得的焊缝深度受人为因素影响较大，焊缝的一致性差。此外，氢氧火焰焊接过程中使用的明火容易烧到蓄电池的塑料结构上，比如外壳、盖体，影响蓄电池的外观，或将导致蓄电池报废。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种蓄电池端头结构、蓄电池及蓄电池端头结构的焊接方法，旨在解决氢氧火焰焊接的蓄电池端头一致性差的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种蓄电池端头结构，包括：

焊接柱，沿上下向延伸；以及，

嵌套件，套设于所述焊接柱外，所述嵌套件与所述焊接柱之间形成有安装间隙；以及，

填充连接料，自所述焊接柱局部和/或所述嵌套件局部受电磁感应加热熔融形成，且填充于所述安装间隙内。

可选地，所述焊接柱和/或所述嵌套件的上端受电磁感应加热熔融形成所述填充连接料。

可选地，所述安装间隙自上而下呈渐缩设置。

可选地，所述嵌套件的上端口呈倒角设置；和/或，

所述焊接柱呈台阶设置，所述焊接柱包括沿上下向依次分布的直径较小的柱料段以及直径较大的本体段，所述柱料段熔融形成所述填充连接料。

本发明还提出一种蓄电池，包括如上所述的蓄电池端头结构。

本发明还提出一种蓄电池端头结构的焊接方法，包括如下步骤：

提供焊接柱以及嵌套件，所述嵌套件套设于所述焊接柱外，其中，所述焊接柱沿上下向延伸设置，所述焊接柱与所述嵌套件之间形成安装间隙；

提供电磁感应焊接设备，其中，所述电磁感应焊接设备包括电源装置以及沿上下向轴线盘绕的感应线圈，所述电源装置和所述感应线圈电性连接；

将所述感应线圈移动至所述焊接柱的邻近位置，以使得所述感应线圈对应所述焊接柱和/或所述嵌套件设置；

控制所述电源装置向所述感应线圈通入电流，以使得所述焊接柱局部和/或所述嵌套件局部受电磁感应加热熔融形成填充连接料，所述填充连接料流动填充于所述安装间隙内；

在所述填充连接料达到预设容量后，控制所述电源装置停止向所述感应线圈内通入电流。

可选地，所述将所述感应线圈移动至所述焊接柱的邻近位置的步骤包括：

将所述感应线圈移动至所述焊接柱的上方；

调整所述感应线圈在上下向的位置，以使所述所述感应线圈的下表面至所述焊接柱的上表面之间的间距处于预设距离内。

可选地，所述预设距离为H，且4mm≤H≤8mm。

可选地，所述电源装置向所述感应线圈内通入电流的电流值为I，且100A≤I≤200A。

可选地，所述在所述填充连接料达到预设容量后，控制所述电源装置停止向所述感应线圈内通入电流的步骤之后还包括：

检测所述填充连接料的成型质量。

本发明的技术方案中，提出一种适于采用电磁感应焊接的蓄电池端头结构，该蓄电池端头结构中采用嵌套件套设在焊接柱外，以在焊接柱的周向形成安装间隙。电磁感应加热用于焊接时，能在短时间内产生大量填充连接料，该安装间隙提供了足够的空间来容置这些填充连接料，并使这些填充连接料在安装间隙内沿焊接柱的周向流动，以形成沿焊接柱周向分布较为均匀的凝固填充连接料。本发明提供的蓄电池端头结构，适于采用电磁感应焊接，电磁感应焊接受人为因素影响小，焊接后的蓄电池端头结构焊接一致性高、焊接质量好。同时，焊接速度快，焊接过程安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的蓄电池的一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的蓄电池端头结构的焊接方法的一实施例的流程示意图；

图3为图2中步骤30的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	蓄电池端头结构	3	安装间隙
1	焊接柱	4	盖体
				11	柱料段	5	感应线圈
2	嵌套件	6	套筒
				21	导向斜面

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为解决氢氧火焰焊接的蓄电池端头一致性差，本发明提出一种蓄电池端头结构100，适于采用电磁感应焊接。图1为本发明提供的蓄电池的一实施例的结构示意图。参见图1，蓄电池包括盖体4和蓄电池端头结构100，盖体4的上端面贯设有容置孔，蓄电池端头结构100设于容置孔内。蓄电池端头结构100包括焊接柱1、嵌套件2和填充连接料。焊接柱1沿上下向延伸，嵌套件2套设于焊接柱1外，以在嵌套件2与焊接柱1之间形成有安装间隙3，填充连接料自焊接柱1局部和/或嵌套件2局部受电磁感应加热熔融形成，且填充于安装间隙3内，以将焊接柱1和嵌套件2连接在一起。需要说明的是，焊接柱1为极柱的局部结构，嵌套件2为联条的局部结构，焊接柱1和嵌套件2焊接以使极柱和联条连接。

电磁感应加热的原理是：将待焊接工件置于感应线圈5内或感应线圈5周围，当感应线圈5内通过交变电流时，在感应线圈5内部和周围产生与电路频率相同的交变磁场，交变磁场的磁力线切割待焊接工件，在待焊接工件内产生涡流，涡流的方向与通入的电源电流方向相反。涡流使待焊接工件的电阻产生焦耳热，使待焊接工件的温度上升。电磁感应加热的特点是加热范围大，加热深度大

本发明中，提供了一种适于采用电磁感应焊接的蓄电池端头结构100，该蓄电池端头结构100中采用嵌套件2套设在焊接柱1外，以在焊接柱1的周向形成安装间隙3。电磁感应加热用于焊接蓄电池极柱端头结构100时，能在短时间内产生大量填充连接料，该安装间隙3提供了足够的空间来容置这些填充连接料，并使这些填充连接料在安装间隙3内沿焊接柱1的周向流动，以形成沿焊接柱1周向分布较为均匀的凝固填充连接料。本发明提供的蓄电池端头结构100，适于采用电磁感应焊接，电磁感应焊接受人为因素影响小，焊接后的蓄电池端头结构100焊接一致性高、焊接质量好。同时，焊接速度快，焊接过程安全性高。

需要说明的是，本发明对感应线圈5的安装位置不做限制。一实施例中，感应线圈5套设于嵌套件2外，且伸入至容置孔内。本实施例中，将感应线圈5悬设于蓄电池端头结构100上方，能降低电磁感应焊接的操作难度，降低人为因素的影响。

电磁感应加热具有集肤效应和邻近效应的基本特征。集肤效应指在高频加热中，零件表面的电流最大，加热最快，而零件中央的电流最小。邻近效应两个相邻导体中流有方向相反的电流，导体的内侧的电流密度最大。感应加热中，待焊接工件中的电流和感应线圈5中的电流方向相反，待焊接工件朝向感应线圈5的一侧电流密度最大。

本实施例中，采用电磁感应焊接蓄电池端头结构100时，将感应线圈5悬设于蓄电池端头结构100上方，向感应线圈5内通入一定频率的交变电流，焊接柱1和嵌套件2内产生涡流，根据集肤效应和邻近效应，涡流主要集中在焊接柱1和嵌套件2的上端。焊接柱1和嵌套件2的上端受电磁感应加热熔化形成填充连接料，填充连接料流入至安装间隙3中，冷却凝固后便形成连接。相比于采用氢氧火焰焊接，采用电磁感应焊接只在蓄电池端头的局部加热，能够避免烧损盖体4等塑料件；同时，免去安装塑料保护套等工装，从而大大提高生产效率。

需要说明的是，感应线圈5的尺寸将影响焊接柱1和嵌套件2的熔融，当感应线圈5较小，只设置在焊接柱1上方时，只有焊接柱1的上端感应加热而熔融，嵌套件2内由于产生的涡流较少，温度较低而无法熔融。同理，当感应线圈5的尺寸只设置在嵌套件2上方时，只有嵌套件2的上端感应加热而熔融。本实施例中，优选感应线圈5的直径与焊接柱1的直径相近，例如，如果待焊接的焊接柱1直径为16-20mm，那么感应线圈5的直径优选12—18mm的范围，如此能使得焊接柱1和嵌套件2内侧优先熔化，避免嵌套件2外侧熔化过快导致填充连接料外溢。

电磁感应焊接利用焊接柱1和嵌套件2的上端熔化后流入至安装间隙3，在安装间隙3中冷却凝固后形成连接。安装间隙3的宽度是影响焊接效果的重要因素之一。安装间隙3太小，填充连接料受表面张力作用无法进入安装间隙3；安装间隙3太大，填充连接料进入安装间隙3后不断向下流动同时发生凝固，导致填充连接料沿焊接柱1周向分布不均匀，且焊接质量差。

为提高焊接质量，本实施例中，安装间隙3自上而下呈渐缩设置，安装间隙3的上端口处，宽度较大，使填充连接料容易进入至安装间隙3。安装间隙3自上而下呈渐缩设置，随着安装间隙3逐渐减小至某一宽度时，填充连接料无法继续进入到安装间隙3，此时，填充连接料沿焊接柱1周向流动，逐渐将该宽度以上的安装间隙3填满，撤去感应线圈5后，填充连接料在该宽度以上的安装间隙3内凝固，形成沿焊接柱1周向分布均匀、且焊接质量较好的凝固填充连接料。当在每一个待焊接的焊接柱1和嵌套件2之间设置相同的安装间隙3，能保证蓄电池端头结构100焊接一致性高。

本发明关于安装间隙3自上而下呈减缩设置的具体实现形式不做限制，本实施例中，嵌套件2的上端口呈倒角设置。该倒角结构形成了自嵌套件2的上表面向下且向内延伸至侧壁面的导向斜面21。当嵌套件2的上端熔化后，铅液向四周流动，只有部分铅液流入至安装间隙3。设置倒角结构，一方面利用导向斜面21引导嵌套件2上端熔化产生的填充连接料向内流入至安装间隙3，增加安装间隙3中的填充连接料，提高焊接的均匀性；另一方面，导向斜面21朝向感应线圈5设置，在导向斜面21处涡流密度增大促使导向斜面21熔化形成熔池，使填充连接料和嵌套件2的连接更可靠。

此外，焊接柱1呈台阶设置，焊接柱1包括沿上下向依次分布的直径较小的柱料段11以及直径较大的本体段，柱料段11熔融形成填充连接料。柱料段11的直径较小，扩宽了安装间隙3的宽度，便于填充连接料流入至安装间隙3。本体段的上端面处朝向感应线圈5设置，在本体段上端面处涡流密度增大，促使本体段上端面熔化形成熔池，使填充连接料和焊接柱1的连接更可靠。

进一步地，当嵌套件2的上端和柱料段11不断熔融填充至安装间隙3后，本体段不断上升至与焊接柱1的上端面平齐，停止感应加热后，填充连接料凝固，本体段和焊接柱1的上端面呈平齐设置，也即，焊接柱1的上端面呈现为一平面，使焊接后的蓄电池端头结构100外观较为美观。

此外，嵌套件2的内壁面和/或焊接柱1的外侧面呈锥面设置，有利于填充连接料沿嵌套件2的内壁面和/或焊接柱1的外侧面向下流动，本实施例中，嵌套件2的内壁面和焊接柱1的外侧面均呈锥面设置，可促进焊接柱1和嵌套件2上端熔融形成的填充连接料向下流入至安装间隙3。

为保证焊接均匀性，焊接柱1的中心轴线和嵌套件2的中心轴线位于同一直线上，使得安装间隙3的宽度处处相同，促进填充连接料沿焊接柱1的周向均匀填充，以提高焊接质量。

需要说明的是，本发明对焊接柱1和嵌套件2的材质不做限制，蓄电池端头结构常用的材质都包括在本发明的保护范围内，如铜、铜合金、铅、铅基合金。本实施例中，焊接柱1和嵌套件2的材质均为铅。

还需要说明的是，凡是包括本发明所公开的蓄电池端头结构100的蓄电池，都在本发明的专利保护范围内。

本发明还提出一种蓄电池端头结构的焊接方法，用于焊接上述的蓄电池端头结构100。参见图2，图2为本发明提供的蓄电池端头结构100的焊接方法的一实施例的流程示意图。蓄电池端头结构100的焊接方法包括如下步骤：

S10、提供焊接柱1以及嵌套件2，所述嵌套件2套设于所述焊接柱1外，其中，所述焊接柱1沿上下向延伸设置，所述焊接柱1与所述嵌套件2之间形成安装间隙3；

S20、提供电磁感应焊接设备，其中，所述电磁感应焊接设备包括电源装置以及沿上下向轴线盘绕的感应线圈5，所述电源装置和所述感应线圈5电性连接；

S30、将所述感应线圈5移动至所述焊接柱1的邻近位置，以使得所述感应线圈5对应所述焊接柱1和/或所述嵌套件2设置；

S40、控制所述电源装置向所述感应线圈5通入电流，以使得所述焊接柱1局部和/或所述嵌套件2局部受电磁感应加热熔融形成填充连接料，所述填充连接料流动填充于所述安装间隙3内；

S50、在所述填充连接料达到预设容量后，控制所述电源装置停止向所述感应线圈5内通入电流。

本发明中，采用电磁感应焊接设备焊接蓄电池端头结构100，电磁感应焊接受人为因素影响小，焊接一致性好，焊接质量更稳定。通过合理控制电磁感应焊接参数，只在蓄电池端头结构100的局部加热，能够避免烧损盖体4等塑料件。电磁感应焊接速度快，且免去安装塑料保护套等工装，从而大大提高生产效率。此外，电磁感应焊接过程安全性高。

需说明的是，蓄电池端头结构100的焊接方法的操作主体可以是操作员，也可以是由控制装置和移动装置构成的机械设备，比如电脑主机和机械手，其中移动装置与感应线圈5、蓄电池端头结构100连接。控制装置与移动装置电性连接，用于控制移动装置移动感应线圈5和蓄电池端头结构100。控制装置与电源装置电性连接，用于控制电源装置。

开始焊接时，第一步、控制装置控制移动装置，将焊接柱1和嵌套件2移动至指定位置；第二步，控制装置控制移动装置，将感应线圈5移动至焊接柱1的邻近位置；第三步，控制装置控制电源装置向感应线圈5通入电流；第四步，在所述填充连接料达到预设容量后，控制装置控制电源装置停止向感应线圈5内通入电流。

还需说明的是，判断填充连接料是否达到预设容量，是以能否获得良好的成型质量为判断标准。本实施例中，当填充连接料填满焊接柱1和嵌套件2的安装间隙3，使本体段和焊接柱1的上端面平齐时，判定填充连接料达到预设容量。

进一步地，将所述感应线圈5移动至所述焊接柱1的邻近位置的步骤包括：

S301、将所述感应线圈5移动至所述焊接柱1的上方；

S302、调整所述感应线圈5在上下向的位置，以使所述所述感应线圈5的下表面至所述焊接柱1的上表面之间的间距处于预设距离内。

根据电磁感应焊接的原理，当感应线圈5距离待焊接工件较远时，待焊接工件内的交变磁场的强度较弱，待焊接工件内的产生的涡流的电流值较小，产生的焦耳热较小，导致感应加热效果差，加热速度慢。而当感应线圈5距离待焊接工件的距离较近时，容易在感应线圈和待焊接工件之间发生打火现象，损坏感应线圈。因此，应将感应线圈5设置在焊接柱1上面的一定距离内，以获得较好的加热效果。

优选地，所述预设距离为H，且4mm≤H≤8mm。在该距离内，感应线圈5能够快速加热焊接柱1和嵌套件2的上端。同时又能保护感应线圈5，提高感应线圈5的使用寿命。

需要说明的是，为保证每次焊接时，感应线圈5的下表面与焊接柱1上表面之间的间距相同，电磁感应焊接设备还包括套筒6，套设在感应线圈5外，套筒6的下表面位于感应线圈5的下表面以下。当焊接时，将套筒6和感应线圈5置于焊接柱1的上方，其中，套筒6的下表面压设在盖体4的上表面，以使感应线圈5悬设于焊接柱1的上方，且满足感应线圈5的下表面与焊接柱1的上表面之间的间距处于预设距离内。采用套筒6进行限位，能保证每次焊接时感应线圈5的下端面与焊接柱1的上端面之间的间距都是相同的，以保证焊接的一致性。

进一步地，为使得焊接柱1和嵌套件2的上端能均匀受热，以在焊接柱1的周向同时产生填充连接料，应调整感应线圈5在水平向的位置，使感应线圈5的中心轴线与焊接柱1的中心轴线位于同一直线上。如此，能使填充连接料均匀地填充焊接柱1的周向。

电源装置用于向感应线圈5内提供高频或中频交流电，当电流过大时，加热速度太快，焊接柱1和嵌套件2熔化太快导致填充连接料向四周外溢，成型质量较差，当电流较小时，感应加热速度太慢。经验证，电源装置向感应线圈5内通入电流的电流值为I，当100A≤I≤200A能够获得较好的感应加热效果，保证焊接质量的同时获得较好的焊接效率。

需要说明的是，电源装置包括电源和电源控制***，电源与感应线圈5电性连接，用于向感应线圈5提供电流，电源控制***与电源电性连接，用于控制电源产生满足上述电流值的电流。

需要说明的是，在填充连接料达到预设容量后，控制电源装置停止向感应线圈内通入电流之后，应该静置焊接柱1，待填充连接料凝固后再移动焊接柱1，以防止成型质量被破坏。

本实施例中，在所述填充连接料达到预设容量后，控制所述电源装置停止向所述感应线圈5内通入电流的步骤之后还包括：

S60、检测所述填充连接料的成型质量。

蓄电池端头结构100起着电性连接电池组和接线柱的作用，为保证良好的电性连接，填充连接料的成型质量需达到标准，因此，在焊接完成后，需检测填充连接料的成型质量，包括检测填充深度。检测设备可以是焊缝射线检测仪、焊缝超声检测仪等。测量填充连接料的成型质量后，如果成型质量不达标，比如填充深度不达标，或存在较大孔洞，则判定为不合格件，进行返工。返工的方式包括继续采用电磁感应焊接设备加热，至填充连接料的成型质量满足要求。

需要说明的是，本实施例中，只给出电磁感应焊接设备焊接一个蓄电池端头结构100的示例。在另一实施例中，电池感应焊接设备包括多个感应线圈5，用于同时对多个蓄电池端头结构100进行焊接，以提高焊接效率，进而提高蓄电池的组装效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种蓄电池端头结构，其特征在于，包括：

焊接柱，沿上下向延伸；以及，

嵌套件，套设于所述焊接柱外，所述嵌套件与所述焊接柱之间形成有安装间隙；以及，

填充连接料，自所述焊接柱局部和/或所述嵌套件局部受电磁感应加热熔融形成，且填充于所述安装间隙内。

2.如权利要求1所述的蓄电池端头结构，其特征在于，所述焊接柱和/或所述嵌套件的上端受电磁感应加热熔融形成所述填充连接料。

3.如权利要求2所述的蓄电池端头结构，其特征在于，所述安装间隙自上而下呈渐缩设置。

4.如权利要求3所述的蓄电池端头结构，其特征在于，所述嵌套件的上端口呈倒角设置；和/或，

所述焊接柱呈台阶设置，所述焊接柱包括沿上下向依次分布的直径较小的柱料段以及直径较大的本体段，所述柱料段熔融形成所述填充连接料。

5.一种蓄电池，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的蓄电池端头结构。

6.一种蓄电池端头结构的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供焊接柱以及嵌套件，所述嵌套件套设于所述焊接柱外，其中，所述焊接柱沿上下向延伸设置，所述焊接柱与所述嵌套件之间形成安装间隙；

提供电磁感应焊接设备，其中，所述电磁感应焊接设备包括电源装置以及沿上下向轴线盘绕的感应线圈，所述电源装置和所述感应线圈电性连接；

将所述感应线圈移动至所述焊接柱的邻近位置，以使得所述感应线圈对应所述焊接柱和/或所述嵌套件设置；

控制所述电源装置向所述感应线圈通入电流，以使得所述焊接柱局部和/或所述嵌套件局部受电磁感应加热熔融形成填充连接料，所述填充连接料流动填充于所述安装间隙内；

在所述填充连接料达到预设容量后，控制所述电源装置停止向所述感应线圈内通入电流。

7.如权利要求6所述的蓄电池端头结构的焊接方法，其特征在于，所述将所述感应线圈移动至所述焊接柱的邻近位置的步骤包括：

将所述感应线圈移动至所述焊接柱的上方；

调整所述感应线圈在上下向的位置，以使所述所述感应线圈的下表面至所述焊接柱的上表面之间的间距处于预设距离内。

8.如权利要求7所述的蓄电池端头结构的焊接方法，其特征在于，所述预设距离为H，且4mm≤H≤8mm。

9.如权利要求6所述的蓄电池端头结构的焊接方法，其特征在于，所述电源装置向所述感应线圈内通入电流的电流值为I，且100A≤I≤200A。

10.如权利要求6所述的蓄电池端头结构的焊接方法，其特征在于，所述在所述填充连接料达到预设容量后，控制所述电源装置停止向所述感应线圈内通入电流的步骤之后还包括：

检测所述填充连接料的成型质量。

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