一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装

摘要

本发明公开了一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装，包括：电池盖轴向散热工装、电池底轴向散热工装、结构相同的第一径向散热工装和第二径向散热工装，电池盖轴向散热工装为圆柱体结构，圆柱体的一端开设有圆柱形极柱空腔；圆柱形极柱空腔的侧壁开设有第一出气孔，圆柱形极柱空腔的底部开设有尾顶孔；电池底轴向散热工装为圆柱体结构，圆柱体的一端设置有平衡凹槽和定位凸台，圆柱体的另一端设置有旋转轴连接孔腔；旋转轴连接孔腔的侧壁开设有第二出气孔；第一径向散热工装为两端开口的圆筒结构，该圆筒结构以轴截面为界分为径向散热套A和径向散热套B；径向散热套A和径向散热套B的一个连接面之间相铰接，另一个连接面通过螺栓连接。

权利要求

1.一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装，其特征在于：至少包括：

安装于电池壳体盖端面的电池盖轴向散热工装(1)，该电池盖轴向散热工装(1)由T2纯铜制成；所述电池盖轴向散热工装(1)为圆柱体结构，在该圆柱体的一端开设有嵌入电池极柱(8)的圆柱形极柱空腔(1-3)；在该圆柱形极柱空腔(1-3)的侧壁开设有第一出气孔(1-

1)，在该圆柱形极柱空腔(1-3)的底部开设有与该圆柱形极柱空腔(1-3)导通的尾顶孔(1-

2)；在电池盖轴向散热工装(1)与电池盖(6)的连接端设置有盖端坡口(1-4)；

安装于电池壳体底端面的电池底轴向散热工装(2)，该电池底轴向散热工装(2)由T2纯铜制成；所述电池底轴向散热工装(2)为圆柱体结构，在该圆柱体的一端设置有与电池底(7)连接的定位凸台(2-2)，在所述定位凸台(2-2)的四周开设有平衡凹槽(2-6)，所述电池底轴向散热工装(2)与电池底(7)的接触面积等于电池盖轴向散热工装(1)与电池盖(6)的接触面积；在该圆柱体的另一端设置有与旋转轴连接的旋转轴连接孔腔(2-3)；在所述定位凸台(2-2)的轴心处开设有与旋转轴连接孔腔(2-3)导通的排气孔(2-5)；在该旋转轴连接孔腔(2-3)的侧壁开设有与旋转轴连接孔腔(2-3)导通的第二出气孔(2-1)；在电池底轴向散热工装(2)与电池底(7)的连接端设置有第二坡口(4-7)；

安装在电池壳体(5)侧壁的第一径向散热工装(3)和第二径向散热工装(4)；所述第一径向散热工装(3)和第二径向散热工装(4)均由T2纯铜制成；所述第一径向散热工装(3)和第二径向散热工装(4)的结构相同；其中：该第一径向散热工装(3)为两端开口的圆筒结构，该圆筒结构以轴截面为界分为径向散热套A(3-1)和径向散热套B(3-2)；所述径向散热套A(3-1)和径向散热套B(3-2)的一个连接面之间相铰接，所述径向散热套A(3-1)和径向散热套B(3-2)的另一个连接面通过螺栓连接。

2.根据权利要求1所述圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装，其特征在于：所述电池盖轴向散热工装(1)与电池壳体(5)的连接端开设有防止电池壳体(5)径向运动的凸起圆环。

3.根据权利要求2所述圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装，其特征在于：所述电池底轴向散热工装(2)与电池壳体(5)的连接端开设有防止电池壳体(5)径向运动的凸起圆环。

4.根据权利要求3所述圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装，其特征在于：在上述第一径向散热工装(3)的一端设置有第一坡口(3-7)；在上述第二径向散热工装(4)的一端设置有第二坡口(4-7)。

说明书

一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装

技术领域

[0001] 本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装。

背景技术

[0002] 目前，对于空间卫星上使用的国产圆柱形锂离子蓄电池，电池壳体上有两道焊缝，一条是壳体与壳盖之间的环缝，另一条是壳体与壳底之间的环缝，两条焊缝的结构是相同的，位置对称，均采用电子束焊接来进行封装，通过电子束焊接形成的焊缝质量较高，其气密性和力学性能优异，能够达到航天级要求。

[0003] 在这两条焊缝的近缝区，都有熔点较低的热敏感电池组件，如绝缘组件和电池隔膜等。首先，为防止焊接时的热量对内部组件产生热损伤，需要相应的焊接工装来进行散热，普通的民品电池的焊接工装无法保证良好的接触散热。其次，电子束焊接的束斑很小，对于被焊工件的尺寸配合精度要求较高，相应的对焊接工装的定位精度要求也较高，普通的焊接工装定位精度不够。并且电子束焊接是在真空环境中进行的，这就要求焊接工装要有相应的排气措施，以保证焊接时的真空度，普通焊接工装不具备该功能。此外，保证焊接质量的同时，要提高焊接效率，两道焊缝通过一次抽真空全部焊完是最佳选择，同时要保证两端焊缝的一致性，这也需要特殊设计的焊接工装来保证。因此，普通的焊接工装无法满足生产要求。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装；该工装具有散热接触良好、定位精度高、装卸快速方便，并且可以实现一次抽真空焊接两道平行环焊缝电子束焊接。

[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

[0006] 一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装，至少包括：

[0007] 安装于电池壳体盖端面的电池盖轴向散热工装(1)，该电池盖轴向散热工装(1)由T2纯铜制成；所述电池盖轴向散热工装(1)为圆柱体结构，在该圆柱体的一端开设有嵌入电池极柱(8)的圆柱形极柱空腔(1-3)；在该圆柱形极柱空腔(1-3)的侧壁开设有第一出气孔(1-1)，在该圆柱形极柱空腔(1-3)的底部开设有与在该圆柱形极柱空腔(1-3)导通的尾顶孔(1-2)；在电池盖轴向散热工装(1)与电池盖(6)的连接端设置有盖端坡口(1-4)；

[0008] 安装于电池壳体底端面的电池底轴向散热工装(2)，该电池底轴向散热工装(2)由T2纯铜制成；所述电池底轴向散热工装(2)为圆柱体结构，在该圆柱体的一端设置有与电池底(7)连接定位凸台(2-2)，在所述定位凸台(2-2)的四周开设有平衡凹槽(2-6)，所述电池底轴向散热工装(2)与电池底(7)的接触面积等于电池盖轴向散热工装(1)与电池盖(6)的接触面积；在该圆柱体的另一端设置有与旋转轴连接的旋转轴连接孔腔(2-3)；在所述定位凸台(2-2)的轴心处开设有与旋转轴连接孔腔(2-3)导通的排气孔(2-5)；在该旋转轴连接孔腔(2-3)的侧壁开设有与旋转轴连接孔腔(2-3)导通的第二出气孔(2-1)；在电池底轴向散热工装(2)与电池底(7)的连接端设置有第二坡口(4-7)；

[0009] 安装在电池壳体(5)侧壁的第一径向散热工装(3)和第二径向散热工装(4)；所述第一径向散热工装(3)和第二径向散热工装(4)均由T2纯铜制成；所述第一径向散热工装(3)和第二径向散热工装(4)的结构相同；其中：该第一径向散热工装(3)为两端开口的圆筒结构，该圆筒结构以轴截面为界分为径向散热套A(3-1)和径向散热套B(3-2)；所述径向散热套A(3-1)和径向散热套B(3-2)的一个连接面之间相铰接，所述径向散热套A(3-1)和径向散热套B(3-2)的另一个连接面通过螺栓连接。

[0010] 进一步，所述电池盖轴向散热工装(1)与电池盖(6)的连接端开设有防止电池壳体(5)径向运动的凸起圆环。

[0011] 更进一步：所述电池底轴向散热工装(2)与电池底(7)的连接端开设有防止电池壳体(5)径向运动的凸起圆环。

[0012] 更进一步：在上述第一径向散热工装(3)的一端设置有第一坡口3-7；在上述第二径向散热工装(4)的一端设置有第二坡口(4-7).。

[0013] 本发明具有的优点和积极效果是：

[0014] 1、散热效果好。具有电池盖/底平面和电池壳体径向弧面两个散热渠道，且工装与电池接触面积较大、贴合程度较好，从而保证散效果；

[0015] 2.装配精度高。电池盖/底轴向散热工装保证了从尾顶端到旋转轴连接孔腔的同轴度，能够保证电池壳体与旋转轴的同轴度，进而保证了装夹后两条环焊缝的最高点处于同一水平高度，使电子束焊接工艺的一致性得到保障；

[0016] 3.产品合格率高.上述两个优点决定了使用该工装焊接电池的合格率高；

[0017] 4.工作效率高。径向散热工装的压紧螺栓螺帽设计方便操作，电池盖/底轴向散热工装装夹简单，保证了工装整体装夹的便捷性；同时，可实现一次抽真空焊接两道环焊缝，提高了工作效率。

[0018] 5.适用性强。工装具备排气通道，且材质均为非磁性材料，符合电子束焊接的特殊需要，同时更适用于其他焊接方法，具备专用性和通用性。附图说明：

[0019] 图1为本发明优选实施例的使用状态图；

[0020] 图2为本发明优选实施例中部位1-4和2-4的局部放大图；

[0021] 图3为本发明优选实施例中径向散热工装的轴视图；

[0022] 图4为本发明优选实施例中电池盖轴向散热工装的轴剖面图；

[0023] 图5为本发明优选实施例中电池盖轴向散热工装的轴试图；

[0024] 图6为本发明优选实施例中电池底轴向散热工装的轴剖面图；

[0025] 图7为本发明优选实施例中电池底轴向散热工装的轴试图。

[0026] 其中：1、电池盖轴向散热工装；1-1、第一出气孔；1-2、尾顶孔；1-3、极柱空腔；1-4、盖端坡口；2：电池底轴向散热工装；2-1、第二出气孔；2-2、定位凸台；2-3、旋转轴连接孔腔；2-4、底端坡口；2-5、排气孔；2-6、平衡凹槽；3第一径向散热工装；4、第二径向散热工装；3-
1、径向散热套A；3-2、径向散热套B；3-3、大螺栓组件；3-4、压紧螺栓；3-5、压紧螺帽；3-6、小螺栓组件；3-7、第一坡口；4-7、第二坡口；5、电池壳体；6、电池盖；7、电池底；8、电池极柱；9、电池盖焊缝位置；10、电池底焊缝位置。

具体实施方式

[0027] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

[0028] 请参阅图1至图7，一种圆柱形锂离子电池壳体电子束焊接用的工装，包括：电池盖轴向散热工装1、电池底轴向散热工装2、第一径向散热工装3和第二径向散热工装4；其中：电池盖轴向散热工装1安装于电池壳体盖端面位置；为了保证散热性能，该电池盖轴向散热工装1由T2纯铜制成；所述电池盖轴向散热工装1为圆柱体结构，在该圆柱体的一端开设有嵌入电池极柱8的圆柱形极柱空腔1-3；在该圆柱形极柱空腔1-3的侧壁开设有第一出气孔
1-1，在该圆柱形极柱空腔1-3的底部开设有与在该圆柱形极柱空腔1-3导通的尾顶孔1-2；
在电池盖轴向散热工装1与电池盖6的连接端设置有盖端坡口1-4；为了保证电池盖轴向散热工装1与电池壳体盖端面的紧固连接，本优选实施例在电池盖轴向散热工装1与电池壳体
5的连接端开设有防止电池壳体5径向运动的凸起圆环.。电池底轴向散热工装2安装于电池壳体底端面，该电池底轴向散热工装2由T2纯铜制成；所述电池底轴向散热工装2为圆柱体结构，在该圆柱体的一端设置有与电池底7连接定位凸台2-2，在所述定位凸台2-2的四周开设有平衡凹槽2-6，所述电池底轴向散热工装2与电池底7的接触面积等于电池盖轴向散热工装1与电池盖6的接触面积；在该圆柱体的另一端设置有与旋转轴连接的旋转轴连接孔腔
2-3；在所述定位凸台2-2的轴心处开设有与旋转轴连接孔腔2-3导通的排气孔2-5；在该旋转轴连接孔腔2-3的侧壁开设有与旋转轴连接孔腔2-3导通的第二出气孔2-1；在电池底轴向散热工装2与电池底7的连接端设置有第二坡口4-7；第一径向散热工装3和第二径向散热工装4安装在电池壳体5侧壁；所述第一径向散热工装3和第二径向散热工装4均由T2纯铜制成；所述第一径向散热工装3和第二径向散热工装4的结构相同；其中：该第一径向散热工装
3为两端开口的圆筒结构，该圆筒结构以轴截面为界分为径向散热套A3-1和径向散热套B3-
2；所述径向散热套A3-1和径向散热套B3-2的一个连接面之间通过大螺栓组件3-3相铰接；

[0029] 所述径向散热套A3-1和径向散热套B3-2的另一个连接面通过小螺栓组件3-6螺栓连接；如图3所示，在径向散热套A3-1和径向散热套B3-2的另一个连接面的侧壁分别设置有一个连接耳，两个连接耳之间通过压紧螺栓3-4连接；在压紧螺栓3-4的一端开设有一个螺栓孔，小螺栓组件3-6是提前插入拱顶的，通过拧紧压紧螺帽3-5，使小螺栓组件3-6与径向散热套A3-1及径向散热套B3-2的连接耳压紧，从而实现锁紧。

[0030] 为了防止池壳体5与电池盖轴向散热工装1、电池底轴向散热工装2之间发生径向滑动，在上述优选实施例的基础上，所述电池盖轴向散热工装1与电池壳体5的连接端开设有防止电池壳体5径向运动的凸起圆环。所述电池底轴向散热工装2与电池壳体5的连接端开设有防止电池壳体5径向运动的凸起圆环；上述两个凸起圆环均与圆柱体、电池壳体5之间均为同轴关系，这样可以很好地保证同轴度。

[0031] 下面对各个部件进行详细说明：

[0032] 1.电池盖轴向散热工装1

[0033] 该组件材质为T2纯铜，外观为圆柱形设计。圆柱形的一端与电池盖为圆环面接触以保证散热，在该端面外沿开有盖端坡口1-4，以保证焊接时不会对电子束造成遮挡及干扰，坡口带有固定沿用来方便电池盖定位以保证同轴精度，同时在该端面中间挖出极柱空腔1-3，以保证与电池盖进行面接触的同时不至于使极柱受到顶力；在圆柱形的另一端开有标准尾顶孔1-2，配合焊机的顶尖使用来进行工装定位；上述圆柱形的两端与其轴向垂直互相平行以保证工装使用时的同轴度；在圆柱形的弧面侧开有一第一出气孔1-1，与极柱空腔1-3连通，以保证焊接抽真空时排空极柱空腔内的空气。

[0034] 2.电池底轴向散热工装2

[0035] 该组件材质为T2纯铜，外观为圆柱形设计。圆柱形的一端与电池底为圆环面接触以保证散热，在该端面外沿开有底端坡口2-4，以保证焊接时不会对电子束造成遮挡及干扰，坡口带有固定沿用来方便电池底定位以保证同轴精度，同时在该端面中间设计有定位凸台2-2，定位凸台2-2的尺寸与电池底相匹配，以保证该工装与电池底的定位即保证了同轴精度，定位凸台2-2的中间开有排气孔2-5，紧贴定位凸台2-2外沿向坡口固定沿方向开有一定尺寸的环状平衡凹槽2-6，使得电池底轴向散热工装与电池底端面的接触面积同电池盖轴向散热工装与盖端的接触面积相同，以保证焊接工艺的一致性；在圆柱形的另一端开有旋转轴连接孔腔2-3，配合焊机的旋转轴使用来进行工装定位以及提供整套焊接工装的旋转扭力；上述圆柱形的两端与其轴向垂直互相平行以保证工装使用时的同轴度；在圆柱形的弧面侧开有一第二出气孔2-1，该第二出气孔2-1以及凸台面中间所开的排气孔2-5均与旋转轴连接孔腔2-3连通，以保证焊接抽真空时排空旋转轴连接空腔以及凸台端的空气。

[0036] 3.第一径向散热工装3和第二径向散热工装4

[0037] 该组件为保证操作便捷性，设计为合页型，合页两部分为对称设计的半圆环柱形径向散热套，材质为T2纯铜，通过大螺栓组件相连而实现合页，合页后工装散套热部分呈完整的圆环柱形，其内径与被焊电池的外径相匹配，同时两部分工装内径周长总和略小于电池壳体外径周长，配合下文所述的紧固结构以保证可以抱紧电池壳体，从而保证散热接触。在每一个半圆环柱形径向散热套合页结构端的对面位置设计有紧固结构，在其中一个半圆环柱形径向散热套的该位置装有压紧螺栓，该螺栓配有压紧螺帽，在另外一个半圆环柱形径向散热套的同样位置设计有压紧面，这种螺帽压紧式紧固设计实现了装卸操作的高效率；与电池盖/底轴向散热工装相同，在两个半圆环柱形径向散热套的轴向同一侧设计有坡口，以保证焊接时不会对电子束造成遮挡及干扰；上述所有螺栓组件材质均为非磁性材质，防止对电子束产生磁偏影响。

[0038] 本发明的使用过程为：

[0039] 1.装夹径向散热工装，即第一径向散热工装3和第二径向散热工装4；

[0040] 两者的安装步骤相同，此处以第一径向散热工装3为例，具体步骤如下：

[0041] a)打开工装。拧松压紧螺帽3-5，以小螺栓组件3-6为轴将压紧螺栓3-4扳开，将径向散热套A沿着合页轴(大螺栓组件3-3)翻开；

[0042] b)放入电池。第一坡口3-7朝向电池盖，将电池放入径向散热套B3-2中，控制第一坡口3-7外沿与电池盖一端焊缝的距离为3mm～5mm，同时使其半圆周弧面完全贴合，将径向散热套A3-1沿着合页轴(大螺栓组件3-3)扣上，此时电池完全嵌入径向散热工装当中；

[0043] c)合紧工装。以小螺栓组件3-6为轴将压紧螺栓3-4扣上，拧紧压紧螺帽3-5，保证第一径向散热工装3与电池壳体没有相对滑动趋势。

[0044] 第二径向散热工装4的装夹方式与第一径向散热工装3相同，其第二坡口朝向电池底。

[0045] 2.将电池底轴向散热工装2安装到旋转轴上；

[0046] 通过旋转轴连接孔腔2-3，将电池底轴向散热工装插入旋转轴，确保两者之间没有相对转动趋势。

[0047] 3.将电池盖轴向散热工装1装夹到电池盖上；

[0048] 将电池极柱嵌入极柱空腔1-3中，勿使工装磕碰及顶到电池极柱，电池盖外沿要完全嵌入到工装坡口1-4的固定沿中，确保电池盖端面与工装散热面完全贴合。

[0049] 4.将装夹有电池盖轴向散热工装1及径向散热工装3和4的电池壳体装夹到电池底轴向散热工装2上；

[0050] 要使电池底轴向散热工装2的定位凸台2-2嵌入电池底相应的凹槽中，同样要使电池底外沿完全嵌入底端坡口2-4的固定沿中，确保电池底端面与工装散热面完全贴合。

[0051] 5.整体固定，准备焊接。

[0052] 打开电子束焊机尾顶开关，使尾顶顶入电池盖轴向散热工装1的尾顶孔，调整顶力到适当值，确认电池和工装整体夹持稳定、保证水平度，抽真空准备焊接。

[0053] 焊接时，环缝是以圆柱形壳体中心轴线为轴匀速旋转的，整套组件的旋转驱动力由旋转轴提供，通过电池底轴向散热工装将旋转力矩转化为电池壳体与电池底/盖的摩擦力矩，从而实现整体的同步同轴旋转。可先焊接焊缝9或者10，然后再通过移动电子枪或者移动工作台来焊接另外一条焊缝。

[0054] 以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。