[發(fā)明專利]多模式超聲焊接控制和優(yōu)化

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210052921.3
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102653029A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設計）人: J.C.H.唐;W.W.蔡
• 申請（專利權）人: 通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 崔幼平;楊楷

政府合同

美國政府可具有本發(fā)明的已付許可以及在有限條件下的權利來要求專利所有人依照由美國能源部授予的、名為美國能源部Recovery?and?Reinvestment?Act的合同號B511的條款所提供的合理條款許可他人。

技術領域

本發(fā)明總體涉及一種控制超聲焊接過程的系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種用于多模式控制超聲焊接過程的系統(tǒng)和方法，其中所述模式包括焊接能量、焊接時間以及部件壓縮位移。

背景技術

電動車輛正變得越來越流行。這些車輛包括：混合動力車輛，諸如將電池和主功率源組合的增程式電動車輛（EREV），諸如內(nèi)燃機、燃料電池系統(tǒng)等；和純電動車輛，諸如電池電動車輛（BEV）。所有這些類型的電動車輛采用包括許多電池單元的高壓電池。這些電池可為不同的電池類型，諸如鋰離子、鎳金屬氫化物、鉛酸等。不同車輛設計包括針對具體應用采用不同折中和優(yōu)點的不同電池設計。

現(xiàn)代電動車輛電池組通常包括多個電池模塊，其中每個模塊包括多個電池單元，并且其中模塊和單元的數(shù)目決定電池組電壓。在一個具體的電池組設計中，三電池單元（三件組）的共極電子接頭片被焊接在一起并且焊接至互聯(lián)匯流條。電池單元的三件組中的若干在單個單元模塊中被焊接到同一互聯(lián)匯流條，從而電池單元的每個三電池單元被并聯(lián)地電連接，并且電池單元的所述若干三電池單元在模塊在被連續(xù)地電連接。模塊組并聯(lián)地或串聯(lián)地電連接從而形成電池節(jié)段并且許多電池節(jié)段一起電連接在單個殼體中從而提供電池組。

使用超聲頻率的超聲或者振動焊接為本領域所公知。振動焊機的電極臂或超聲焊極抵靠待焊接的部件放置，而來自換能器的超聲能量導致部件振動，這產(chǎn)生生成大量熱將部件連接在一起的摩擦力。在一個具體的應用中，振動焊接用于將電池單元的三件組的共同正極和共同負極接頭片連接到上述的互聯(lián)匯流條。

用于對于至少該應用的振動焊接的焊接控制策略使用來自可得到的若干控制參數(shù)的單模式控制。例如，已知的用于這個過程的單模式控制通常僅僅監(jiān)控和控制焊接能量、焊接時間或被焊接的接頭片相對于互聯(lián)匯流條的壓縮位移距離中的一個。具體地，焊接過程的控制策略可僅僅基于在焊接中所提供的能量的量來控制或終止焊接過程，這基于輸入到超聲電極臂中的能量增加通過時間。替代地，焊接控制策略可僅僅通過焊接時間的持續(xù)時間來控制焊接過程。或者，焊接過程可僅僅通過待被焊接的部件在焊接過程中的壓縮位移來控制。

這些單模式焊接策略中的每一種已證明是用于提供對于具體應用的所期望焊接完整性的可適用的技術。然而，使用單模式焊接控制顯示出引起隨機的低概率焊接完整性問題。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的教導，公開一種用于提供超聲或振動焊接系統(tǒng)的多模式控制的系統(tǒng)和方法。在一個實施方式中，控制模式包括焊接過程的焊接能量、時間和在焊接過程中被焊接的部件的壓縮位移。該方法包括提供全部模式的閾值，并且僅在達到每個模式的閾值后、達到多于一個模式的閾值后或者達到模式中一者的閾值后停止焊接過程。焊接控制可為開環(huán)的，也可為閉環(huán)的，其中閉環(huán)控制提供焊接能量和/或壓縮位移的反饋，使得焊接功率、焊接幅值和/或焊接壓力可被相應地增加或者減少。

本發(fā)明還提供如下方案：

1.?一種為用于將多個部件焊接在一起的振動焊接過程提供多模式控制的方法，所述方法包括：

確定用于將所述部件焊接在一起的期望焊接能量值；

確定用于將所述部件焊接在一起的焊接過程的持續(xù)時間的期望時間值；

確定當所述部件被焊接在一起時對于所述部件的期望壓縮的期望壓縮位移值；

開始用于焊接多個部件的焊接過程；以及

當達到所述焊接能量值、期望時間值和期望位移值中的一個或多個時，停止焊接過程。

2.?根據(jù)方案1所述的方法，其中，停止焊接過程包括：當達到所述焊接能量值、所述期望時間值和所述期望位移值中的全部時，停止所述焊接過程。

3.?根據(jù)方案1所述的方法，其中，停止焊接過程包括：當所述焊接能量值、所述期望時間值和所述期望位移值中的多于一者到達時，停止所述焊接過程。

4.?根據(jù)方案1所述的方法，其中，停止焊接過程包括：當達到所述焊接能量值、所述期望時間值和所述期望位移值中的其中一個時，停止所述焊接過程。

5.?根據(jù)方案1所述的方法，還包括：監(jiān)控在所述焊接過程中所述焊接能量增加的速率，并且如果能量速率與期望的焊接能量速率不相同，則增加或者減少控制焊接功率和/或施加給所述部件的壓力的焊接功率信號。