一种金属焊接件及其制备方法、电池模组、电动车与流程

1.本技术涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种金属焊接件及其制备方法、电池模组、电动车。


背景技术：

2.目前同种金属的焊接技术已经较为成熟，但是不同金属材料的板材之间的焊接仍然存在一定的难度，如带焊接的材料存在熔点差异时，熔点低的材料达到熔化状态时，熔点高的材料仍然是固体状态，使焊接接头难以焊合。而在一些领域又存在将异种金属进行焊接的需求。
3.如目前的动力电池模组内通过铝排进行传输高压电流，铝排的尺寸受制于空间限制，其厚度最大也只能做到5mm。由于动力电池快充需求越来越强烈，然而快充的时间越短，相对的电流就越大。铝排的截面积决定了铝排的过流能力，因此用铝排作为传导高压电流的材料，过流能力存在限制。在某些结构处，如实现两电池模组之间电连接的结构，就需要采用过流系数更高的材料，例如铜排。而目前受到焊接技术的限制，难以实现铜排与铝排的焊接。


技术实现要素：

4.本技术的目的之一是提供一种金属焊接件，能够用于实现不同金属板材之间的焊接。
5.本技术的目的之二是提供一种电池模组，用以满足快充需求。
6.本技术的目的之三是提供一种电动车，以满足快充需求。
7.本技术的目的之四是提供一种金属焊接件的制备方法，用以实现不同金属之间的焊接。
8.本技术实现目的之一的技术方案如下：
9.一种金属焊接件，包括第一金属件和第二金属件，所述第一金属件上设置有凹槽，所述凹槽的槽壁包括至少五个侧面，且相邻两侧面不平行，所述凹槽的槽口呈收缩状；所述第二金属件上设置有与所述凹槽形状配合的凸起，所述凸起位于所述凹槽内且与所述凹槽的槽壁焊接。
10.上述技术方案中，用于连接第一金属件与第二金属件的凹槽包括至少五个侧面，增加了凹槽与凸起的接触面接，提高了第一金属件与第二金属件焊接之后的可靠性。且凹槽的开口成收缩装，能够避免与凹槽配合之后的凸起从凹槽的开口脱离，便于进行焊接操作。
11.进一步地，所述第一金属件与所述第二金属件均为板状结构件，所述凹槽贯穿所述第一金属件的两个表面，且所述凹槽的槽口位于所述第一金属件的第一端面；所述凸起凸出所述第二金属件的第二端面。
12.进一步地，沿所述第一金属件的长度方向，所述凹槽包括靠近所述第一端面的第
一槽区、远离所述第一端面的第二槽区和位于所述第一槽区与所述第二槽区之间的连接槽区；所述第二槽区的宽度尺寸、所述连接槽区的宽度尺寸与所述第一槽区的宽度尺寸依次减小，其中，所述宽度尺寸为沿所述第一金属件的宽度方向的尺寸。
13.进一步地，在朝向所述第一端面方向上，所述第二槽区的宽度尺寸与所述第一槽区的宽度尺寸均逐渐减小，所述连接槽区的宽度尺寸不变。
14.本技术实现目的之二的技术方案如下：
15.一种电池模组，包括电芯，位于电池模组两端位置的电芯的极柱连接有上述的金属焊接件，其中，所述第一金属件为铝排，所述第二金属件为铜排，或所述第一金属件为铜排所述第二金属件为铝排；所述极柱与所述铝排焊接连接，所述铜排用于实现不同电池模组间的电连接。
16.铜相较于铝压合强度高，不易被压溃，且铜的过流能力强，采用铜排实现模组间的电连接，能够避免铜排被模组中的螺钉压溃；在对过流能力要求相同的情况下，铜排的截面尺寸较小，能够从模组的较窄的结构穿出，以实现不同模组之间的电连接。
17.本技术实现目的之三的技术方案如下：
18.一种电动车，包括多个上述技术方案所提供的电池模组，两所述电池模组之间通过所述铜排实现电连接。
19.两电池模组之间通过铜排实现电连接，相较于采用同等横截面积的铝排实现电连接，能够提高电池模组之间的过流能力，实现快充。
20.本技术实现目的之四的技术方案如下：
21.一种上述金属焊接件的制备方法，适用于金属焊接装置，所述金属焊接装置包括底板，所述底板设置有槽体，所述槽体上方设置有压块，所述制备方法包括：
22.s1：将所述第二金属件的凸起设置于所述第一金属件的凹槽内，并将所述凹槽与所述凸起的连接处置于所述槽体内；
23.s2：使压块向下运动对所述连接处施加压力，同时对所述连接处进行加热，使所述连接处的凸起与所述凹槽的槽壁焊接。
24.上述技术方案中，在焊接前先将第一金属件的凹槽与第二金属件的凸起配合，在对第一金属件与第二金属件进行加热与加压的过程中，第一金属件与第二金属件发生的变形能够填充连接处的间隙，并通过第一金属件与第二金属件之间的分子扩散实现更加紧密的连接。
25.进一步地，所述槽体为贯穿所述底板两端的通槽，第一金属件与第二金属件为板件，所述s1包括：
26.将所述第一金属件与所述第二金属件设置于所述通槽内，且使所述第一金属件的两侧和所述第二金属件的两侧均与所述槽体的两侧壁抵靠。
27.上述技术方案中，通过使第一金属件与第二金属件的两侧与槽体的两侧壁抵靠，能够在焊接过程中对第一金属件与第二金属件的变形方向起到限制作用，使第一金属件与第二金属件向连接处的缝隙延伸变形，确保第一金属件与第二金属件之间的焊接质量。
28.进一步地，在所述步骤s2中，施加压力的过程中保压40～60秒。
29.保压40～60秒能够使第一金属件与第二金属件出现充分的变形以及分子扩散。
30.进一步地，所述第一金属件的熔点不低于所述第二金属件的熔点，在进行保压过
程中，加热温度在所述第二金属件熔点的80％～90％之间。
31.加热温度在上述范围内不会使第一金属件或第二金属件熔化，但是会使第二金属件达到半熔融的状态，第二金属件更容易发生变形，以填充与第一金属件之间的配合间隙，同时，在上述温度下，能够提高第一金属件与第二金属件内部的分子运动，使第一金属件与第二金属件进行结合。
32.本技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
34.图1为本技术实施方式所提供的底板的结构示意图；
35.图2为本技术实施方式所提供的金属焊接装置结构之一的爆炸图；
36.图3为本技术实施方式所提供的金属焊接装置结构之二的使用示意图；
37.图4为本技术实施方式所提供的凹槽与凸起示意图；
38.图5为本技术实施方式所提供的待焊接件的结构示意图；
39.图6为本技术实施方式所提供的金属焊接件的结构示意图。
40.图标：100-焊接装置；110-底板；111-第一侧面；113-槽体；120-压块；130-顶板；140-伸缩装置；150-螺柱；210-第一金属件；220-第二金属件；230-凹槽；240凸起。
具体实施方式
41.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
44.本技术的发明人在实现对动力电池进行快充的研究中发现，目前两电池模组之间的电连接都是通过铝排实现的。电池包内侧两端的电芯的电极用于与其它电池模组进行电连接，以实现电池模组的串联。但是受制于电池模组结构的影响，供铝排穿出模组内部的缝隙截面小，限制了能够穿过该缝隙的铝排的最大截面积，于是铝排的过流能力受到限制，导
致现有的电池模组无法实现快充。因此，本技术的发明人采用过流能力更好的铜排穿过电池模组上的缝隙实现模组之间的电连接；铜排与电池模组内部两端位置的电芯的极柱之间仍然通过铝排进行连接，而电池模组内的电芯之间可仍采用铝排进行电连接，在电池模组内部可以通过增大铝排的横截面积提高铝排的过流能力。
45.但是受到技术限制，实现铜排与铝排焊接的焊接效果不好，因此，发明人提供了一种金属焊接件以及金属焊接件的制备方法，不仅适用于铜排与铝排的焊接，还能适用于其它同种材料或非同种材料的金属板件的焊接。
46.本技术所提供的一种金属焊接件包括设置于第一金属件210与第二金属件220的相互配合的凹槽230与凸起240结构，第一金属件210与第二金属件220通过相互配合的凹槽230与凸起240连接，其中，凹槽230的开口成收缩状，即凹槽230的开口尺寸小于凹槽230底部的尺寸，以避免与凹槽230配合的凸起240从凹槽230的开口处脱离。此外，凹槽230还至少具有五个侧面，且相邻两侧面不平行，以增加凹槽230与凸起240接触表面的面积，使得第一金属件210与第二金属件220焊接后的连接效果更好。
47.示例性地，如图4至图6所示，凹槽230包括五个侧面，在第一金属件210与第二金属件220上均设置有凹槽230与凸起240。第一金属件210靠近第二金属件220一侧的端面为第一端面，第二金属件220靠近第一金属件210一侧的端面为第二端面。在第一金属件210的长度方向上，凹槽230包括靠近第一端面的第一槽区、远离第一端面的第二槽区以及位于第一槽区与第二槽区之间的连接槽区。如图4至图6所示，在第一金属件210的长度方向上，第二槽区的宽度尺寸与第一槽区的宽度尺寸逐渐减小，连接槽区的宽度尺寸不变。通过凹槽230与凸起240的配合实现第一金属件210与第二金属件220的连接。虽然图4与图6中连接槽区的宽度不变，但是在一些实施方式中，连接槽区的宽度也可以是增大或减小变化的。
48.本技术还提供了一种电池模组，包括电芯，位于电池模组内部两侧的电芯用于与其它电池模组进行电连接，电芯用于与其它电池模组连接的极柱焊接上述实施方式提供的金属焊接件。其中第一金属件210为铜排，第二金属件220为铝排；或者第二金属件220为铜排，第一金属件210为铝排。金属焊接件中的铝排与电芯的极柱焊接，金属焊接件中的铜排伸出电池模组，用于与其它电池模组实现电连接。
49.本技术还提供了一种电动车，电动车采用本技术上述实施方式提供的电池模组进行驱动，电池模组之间通过铜排实现电连接，能够对本技术实施方式所提供的电动车进行快充。
50.本技术还提供了一种金属焊接装置，包括底板110、压块120以及加热装置。如图1所示，底板110设置有限位结构，限位结构包括相互平行的第一侧面111与第二侧面，第一侧面111、第二侧面以及底板110位于第一侧面111与第二侧面之间的表面形成槽体113，该槽体113用于容纳待焊接件。如图2所示，在槽体113的上方设置有能够向底板110运动的压块120。加热装置用于加热底板110或者压块120或者底板110及压块120，之后通过待焊接件与底板110或压块120接触，将热量传递至待焊接件，实现对待焊接件的加热。
51.采用上述技术方案提供的焊接装置100对待焊接件进行焊接时，槽体113起到了对待焊接件变形方向的限定，使得待焊接件在焊接后具有确定的形状。具体地，在操作过程中可以采用具有相同宽度的槽体113与待焊接件，使得待焊接件在压块120施加的压力作用下无法出现向槽体113两侧的延伸变形，迫使待焊接件向连接间隙进行变形并出现相互挤压，
使得待焊接件之间连接牢固。在加工的过程中，槽体113的宽度尺寸的公差一般采用正偏差，公差在0～ 0.5mm范围内。其中，上述的宽度指在平行于槽体113底面的平面内垂直于槽体113轴线方向上的尺寸；相应地，本技术所指的长度方向即为平行于槽体113轴线的方向。
52.根据上述的技术方案，对于本领域的技术人员而言不难理解，为了使焊接的效果更好，压块120的宽度至少应与槽体113的宽度尺寸相等。在压块120的宽度尺寸与槽体113的宽度尺寸设计为相等的情况下，压块120的宽度采用0～-0.5的公差范围，压块120的宽度尺寸的公差在上述范围内时，压块120能够位于第一侧面111与第二侧面之间，在压块120朝向底板110运动的过程中，压块120能够运动至槽体113内并对待焊接件施加压力。此种实施方式能够适用于待焊接件的厚度小于槽体113深度的情况。
53.在压块120的宽度尺寸设计为大于槽体113的宽度尺寸时，在压块120朝向底板110运动的过程中，压块120无法进入槽体113，但可与槽体113形成仅在长度方向两端开口的腔体。此种实施方式适用于待焊接件的厚度大于槽体113深度的情况。
54.在本技术的实施方式中，对于在底板110上形成槽体113的方式并没有特殊限定。如，在一些实施方式中，通过在板状结构件表面进行开槽的方式得到具有槽体113的底板110，开槽过程中形成的两相竖直侧壁即为第一侧面111与第二侧面，限位结构即为该板状结构件在开槽的长度方向上的两侧所剩余的实体部分。在另一些实施方式中，通过在板状结构件同一侧面设置两相互平行的条状结构的方式形成槽体113，此时，限位结构即为设置于板状结构件的两条状结构，第一侧面111与第二侧面为两条状结构相对的侧面。
55.在上述实施方式中，进一步地，加热装置可以是线圈，通过向加热装置通电能够实现对金属材料的加热；相应地，底板110和/或压块120可以采用钢、铁等金属材料，实现通过线圈对底板110和/或压块120进行加热，之后通过接触进行热传递的方式将热量从底板110和/或压块120传递至待焊接件。线圈可以直接设置在压块120的外侧实现对压块120的加热。在采用线圈加热底板110时，若底板110为板状结构，则难以在底板110外侧设置线圈，可以采用在底板110下方连接块状结构，通过线圈对该块状结构进行加热，热量通过热传导的方式传递至底板110的方式，以实现对槽体113内的待焊接件进行加热。
56.当然，在其它一些实施方式中，也可以采用现有的其它加热方式对压块120和/或底板110进行直接或间接加热。
57.在本技术所提供的上述实施方式中，对于实现压块120向槽体113运动并对待焊接件施加压力的方式并没有限制。如，在一些实施方式中，将压块120连接在冲床等设备的主轴上，底板110设置在冲床的工作台面上，通过调整底板110在工作台面上的位置，即可实现压块120向下运动时压块120能够运动至槽体113内或者压块120将槽体113的顶部开口完全盖合。
58.在另外一些实施方式中，焊接装置100具有施加压力的压力单元，无需将焊接装置100置于冲床等设备上进行使用。
59.进一步，焊接装置100还包括与压块120连接的顶板130，以及伸缩装置140。伸缩装置140通过伸缩带动压块120运动，在压块120对待焊接件施加压力的过程中，伸缩装置140对顶板130与底板110上分别施加大小相等、方向相反的作用力，依靠焊接装置100在工作时产生的内力对待焊接件进行挤压，无需使用额外的设备施加作用力，使用方便。
60.具体地，如图2所示的焊接装置结构中，顶板130与底板110固定连接，顶板130面向
底板110的一侧设置有伸缩装置140，伸缩装置140的一端与顶板130连接，另一端与压块120连接。在压块120对待焊接件施加压力时，底板110与顶板130受到的来自伸缩装置140的作用力大小相等、方向相反，而顶板130与底板110之间采用固定连接形成了一体结构，因此，在焊接过程中焊接装置100内力的合力为零，无需额外的设备进行力平衡。优选地，顶板130与底板110通过多个螺柱150实现固定连接。通过旋转螺柱150能够改变顶板130与底板110之间的间隔，在伸缩装置140伸长的距离不变的情况下，能够改变压块120位于极限位置时与底板110之间的距离，进而控制对待焊接件的压缩量。
61.在另一些实施方式中，顶板130与底板110之间可移动连接，顶板130与压块120之间固定连接，通过顶板130与底板110之间的相对运动实现压块120相对于底板110的运动。如，伸缩装置140的伸长部分穿过底板110后与顶板130固定连接，伸缩装置140的固定部分与底板110固定连接；或者如图3所示，伸缩装置140的固定部分与顶板130固定连接，伸缩装置140的伸长部分穿过顶板130后与底板110固定连接；在这些实施方式中，伸缩装置140缩短的过程中，压块120与底板110之间出现距离减小的相对运动。伸缩装置140可以是气缸、液缸等设备。在这些实施方式中，可以将伸缩装置140与控制装置连接，通过控制装置实现伸缩装置140的伸缩量，进而控制压块120对待焊接件的压缩量。
62.采用上述实施方式所提供的焊接装置100能够实现对不同种金属材料的焊接。
63.本技术还提供了一种利用上述焊接装置100进行金属焊接的焊接方法，能够获得本技术实施方式所提供的金属焊接件。其中，第一金属件210与第二金属件220即为待焊接件，在第一金属件210与第二金属件220上设置有相互配合的凹槽230与凸起240，其中，凹槽230与凸起240能够实现第一金属件210与第二金属件220的初步连接。可以在第一金属件210设置凸起240结构，第二金属件220上设置凹槽230结构；也可以如图4至图6所示，在第一金属件210与第二金属件220上均同时设置凹槽230结构与凸起240结构，只要第一金属件210与第二金属件220能够通过凹槽230与凸起240实现连接即可。
64.第一金属件210与第二金属件220通过凹槽230与凸起240进行连接后仅起到在第一金属件210长度方向上限制第一金属件210与第二金属件220相对运动的作用，在连接位置仍然存在间隙，需要通过焊接的方式才能使第一金属件210与第二金属件220连成一体。
65.具体焊接方法包括步骤：
66.s1：将所述第二金属件220的凸起240设置于所述第一金属件210的凹槽230内，并将所述凹槽230与所述凸起240的连接处置于所述槽体113内；避免第一金属件210与第二金属件220在焊接过程中出现相对运动。
67.s2：使压块120向下运动对所述连接处施加压力，同时对所述连接处进行加热，使所述连接处的凸起240与所述凹槽230的槽壁焊接。在焊接的过程中，温度宜保持在第一金属件210与第二金属件220中熔点较低者的熔点的80％～90％之间，使第一金属件210与第二金属件220中熔点较低者成半熔融状态，在该状态下，第一金属件210与第二金属件220中熔点较低者的分子运动剧烈，且易发生形变。在压块120施加压力的过程中，压块120向下运动至极限位置时，应使第一金属件210和/或第二金属件220的厚度减薄10％～15％，以使第一金属件210、第二金属件220发生的变形量足够填满第一金属件210与第二金属件220连接处的间隙。不难理解的是，压块120向下运动的极限位置可以通过旋转前述实施方式中所提到的螺柱150，或者通过控制装置改变伸缩装置140的伸长量实现。
68.优选地，在压块120向下运动至极限位置后，继续保压40～60秒，使第一金属件210与第二金属件220充分变形并填满连接处的缝隙，使第一金属件210与第二金属件220在加热与压力的作用下连成一体结构。
69.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例中的特征可以相互结合。
70.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。