CN101777640B

CN101777640B - 动力电池极片激光切割装置

Info

Publication number: CN101777640B
Application number: CN201010113624.6A
Authority: CN
Inventors: 郭言东
Original assignee: SAIC Chery Automobile Co Ltd
Current assignee: Chery Automobile Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN101777640A

Abstract

本发明涉及一种激光切割装置，具体说涉及一种用于汽车动力电池极片的光纤激光切割装置。包括工作台，工作台上依次布置有放置电池极片的放料机构、用于传送电池极片的传送机构以及对电池极片进行切割的切割机构，所述的切割机构的切割头为光纤激光切割头。由上述技术方案可知，本发明采用光纤激光对电池极片进行切割，利用激光接近衍射极限的光束质量、高能量的转换效率和高稳定性来对电池极片进行精细切割，切割出来的极片切缝窄，切边光滑，精度高，很好的提高了电池极片的性能，弥补了传统切割方法的不足。

Description

动力电池极片激光切割装置

技术领域

本发明涉及一种激光切割装置，具体说涉及一种用于汽车动力电池极片的光纤激光切割装置。

背景技术

传统动力电池极片的切割方法是将正负极材料分别均匀地涂覆在铜箔(负极)和铝箔(正极)的两侧，然后通过切割设备将极片切割成特定的形状。目前，国内一些电池生产企业和电动汽车生产企业的中试线上所采用的动力电池极片的切割设备多为冲切和滚切设备，采用冲切和滚切设备切割电池极片时，切出来的极片毛刺比较多(特别是负极片)、精度差、切边掉粉严重，严重影响了动力电池极片的应用。另外，这两种切割设备中的刀模需要频繁更换，不利于大规模连接化生产，同时也增加了后期的维护成本。这些缺点限制了汽车动力电池的生产和应用，需要一种新的切割设备来替代它。

发明内容

本发明的目的就是提供一种动力电池极片激光切割装置，该装置结构简单，切割精度高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括工作台，工作台上依次布置有放置电池极片的放料机构、用于传送电池极片的传送机构以及对电池极片进行切割的切割机构，所述的切割机构的切割头为光纤激光切割头。

由上述技术方案可知，本发明采用光纤激光对电池极片进行切割，利用激光接近衍射极限的光束质量、高能量的转换效率和高稳定性来对电池极片进行精细切割，切割出来的极片切缝窄，切边光滑，精度高，很好的提高了电池极片的性能，弥补了传统切割方法的不足。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1除去外壳罩后的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的立体示意图；

图5为本发明中收料辊的结构示意图；

图6为放料机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图4所示，一种动力电池极片激光切割装置，包括工作台10，工作台10上依次布置有放置电池极片20的放料机构30、用于传送电池极片20的传送机构50以及对电池极片20进行切割的切割机构60，所述的切割机构60的切割头为光纤激光切割头61，所述的放料机构30与传送机构50之间设有张紧机构40，电池极片20由放料机构30经张紧机构40和传送机构50送至切割机构60。

作为本发明的优选方案，采用光纤激光器作为光源，激光器输出激光经过准直、扩束和聚焦之后，将光斑直径聚焦到数十个微米甚至几个微米，采用非接触式切割方式，切缝窄、热影响区小、切边光滑、切割速度快，解决了以往传统模切和滚切设备的不足，精度得到很大地提高。

如图6所示，所述的放料机构30包括放料轴31，电池极片20的料卷套设在放料轴31上，放料轴31与电机32相连，所述的放料轴31为气胀轴，其两端设有手柄33，放料轴31上设有与气源相连的气嘴。

由于电池极片20的料卷为了便于装拆，跟放料轴31之间通常为间隙配合，作为本发明的优选方案，选择放料轴31为气胀轴，这样料卷在套设在放料轴31上后，通过外接气源给气胀轴充气，气胀轴表面的键条突起，这样使动力电池极片20与气胀轴紧固在一起，当需要拆下料卷时，气源断气，气胀轴表面的键条缩回，可以方便取下料卷。设置气胀轴可以很方便的装拆料卷，同时又能对料卷与放料轴31起到一个很好地固定作用，使电池极片20在传送过程中不容易跑偏。

如图3、图4所示，所述的张紧机构40包括与放料轴31平行且依次布置的第一、第二、第三张紧轴41、42、43，第二张紧轴42位于第一、第三张紧轴41、43的中间且与第一、第三张紧轴41、43之间的间距可调，电池极片20经过第一、第二、第三张紧轴41、42、43的轨迹为波浪形。具体说就是第二张紧轴(42)位于第一、第三张紧轴41、43的中间且处于第一、第三张紧轴41、43的下方，电池极片20经第一张紧轴41的上方、第二张紧轴42的下方、第三张紧轴43的上方进入传送机构50。

如图2、图4所示，工作台10的下方设有支架11，支架11与工作台10之间设有铅垂方向布置的、相互平行的第一、第二杆44、45，第二张紧轴42水平夹持在第一、第二杆44、45之间且轴长方向与第一、第二杆44、45的杆长方向相垂直，第二张紧轴42的两端设有连接件421，连接件421分别与第一、第二杆44、45滑动配合，第一、第二杆44、45分别以连接件421为界分为上、下杆身，上、下杆身上分别套设有弹簧46，上、下杆身上套设的弹簧46的弹性系数相异，第一杆44或第二杆45的杆身上部设有上限开关47，第一杆44或第二杆45的杆身下部设有下限开关48。

第一、第二杆44、45可以圆形光杆也可以为方形杆或其它形状的杆，只需要保证杆与连接件421之间的配合即可，作为本发明的优选方案，选择第一、第二杆44、45为圆形光杆，这样加工起来方便，且滑动时摩擦相对较小。

由于电池极片20的料卷不断被切割，因此料卷的直径越来越小，所以放完一卷的周长越来越小，所以如果不设置张紧机构40来对极片20进行张紧，极片会出现拉扯甚至扯断现象。当极片绕过第二张紧轴42时，通过连接件421与第一、第二杆44、45的上、下滑动来保证极片的张紧度，同时配以弹簧的弹性支撑，从而自动调节电池极片20的松紧度。

作为本发明的优选方案，上、下杆身上套设的弹簧46的直径、线径和长度不相同，这是通过第二张紧轴42的重量、送料轴电机32的转速、送料辊的转速、限位开关的触点压力范围等因素计算得出的，这样得出的弹簧参数能够达到最佳调节电池极片20松弛度的效果，不至于使电池极片拉断或出现过长的冗余。

设置上限开关47或下限开关48是为对电池极片20运行过程的松紧度进行判断，并通过控制前后电机(这里指与放料轴31相连的电机32和与送料辊相连的电机53)的转停而来调节电池极片20的松紧，也就是当第二张紧轴42到达设置上限开关47或下限开关48时，这时控制电机32和电机53的转停使电池极片的张紧度保持一致，避免发生拉扯和断裂现象。

如图3、图4、图5所示，所述的传送机构50包括与放料轴31平行布置的送料辊和收料辊，送料辊与收料辊分别均匀布置在切割机构60的两侧，且分别与电机53、54相连，送料辊与收料辊分别由在铅垂方向平行布置的第一、第二送料对辊511、512和第一、第二收料对辊521、522构成，第一、第二送料对辊511、512和第一、第二收料对辊521、522之间的间距可调节。

作为本发明的优选方案，将第一、第二送料对辊511、512和第一、第二收料对辊521、522之间的间距设置成可调的，是为了适用各种不同厚度材料的极片。电池极片20经过第一、第二送料对辊511、512之间时，靠电机53的驱动力和摩擦力来驱动电池极片20的运动。

收料辊后方设有卸料板55，极片20由放料辊和收料辊传送，经卸料板55进入废料收集装置，卸料板55整体呈下坡状，其表面为圆弧状的光滑曲面。

作为本发明的优选方案，将卸料板55设置成下坡状，具体说就是与收料辊相近的一端高，远离收料辊的一端低，这样切割后的电池极片20通过放料辊和收料辊的牵引可以自动无阻力从卸料板55上平滑顺利的滑下，进入废料收集装置。

如图3、图4所示，所述的切割机构60包括设置在工作台10上的切割台62，切割台62上设有吸附板63，送料轴和收料轴分别布置在吸附板63的两侧，吸附板63与真空发生器64相连，吸附板63上均匀设有若干洞槽631，图3、图4中为了便于看到吸附板63和洞槽631的结构，把极片20隐去，实际工作时，极片20应位于吸附板63的上方。切割台62上平行设有两组滑轨65，滑轨65的设置方向与电池极片20的走向一致，装有切割头61的支架跨设在两组滑轨65上，且与滑轨65构成滑动配合，切割头61在切割台62上的走向由运动模组控制。

所述的运动模组包括使切割头61分别沿X轴、Y轴方向运动的X轴模组661和Y轴模组662，X轴模组661和Y轴模组662为丝杆螺母机构，构成X轴模组661的丝杆的杆长方向与滑轨65的设置方向吻合，构成Y轴模组662的丝杆的杆长方向与X轴模组661丝杆的杆长方向相垂直。

通过设置分别控制X轴、Y轴方向的模组，使切割头61可以分别沿X轴和Y轴两个方向运动，通过结合X和Y两个方向中的运动而进行复杂的轨迹切割，而且能够使切割头61快速均匀的按预先设定的轨迹动行，不会因为受力不均等因素而产生切割的极片尺寸形状和精度有偏差。

作为本发明的优选方案，吸附板63与真空发生器64相连，这样利用抽真空产生负压的原理将电池极片20吸附在吸附板63上，这样在切割时，极片20不会产生跷曲或塌陷的情况，可以很好的吸附住极片20从而进行高精度的切割。在吸附板63上设有若干均匀布置的洞槽631，这样，在激光切割时，激光的光束切割不到真空吸附板63上，并可以将激光切割时的粉尘从洞槽中散出去，有效地解决了传统切割中电池极片20被粉尘附着使其损伤的问题。

作为本发明的优选方案，送料辊与收料辊的高度与吸附板63的板面高度相平齐，电池极片20在切割时主要依靠的是吸附板的吸附力，但为了避免送料辊与吸附板63的落差较大，对电池极片20有所损伤，优选方案是将送料辊与收料辊的高度设置成与吸附板63的板面高度相平齐，避免这种损伤。第一、第三张紧轴41、43的高度与切割台62的高度相吻合，所述的吸附板63为铝制吸附板，第一、第二、第三张紧轴41、42、43为铝制轴，采用铝制最主要优点是重量轻，易加工。第一、第二、第三张紧轴41、42、43的表面粗糙度一般为0.8，不能低于1.6，对张紧轴粗糙度有一定的要求是因为如果电池极片20上涂覆有原材料粉末，而张紧轴表面粗糙度达不到要求，可能会磨掉电池极片20上的粉，另外，如果表面粗糙度大的话就会增加摩擦力，但摩擦力过大不利于传送。

切割机构60与传送机构50上设有外壳罩70，外壳罩70由上、下壳体71、72组成，上壳体71上可开启的操作门711，操作门711上设有防辐射玻璃712和开启手柄713，下壳体72固定在切割台62上，其上设有操作面板721。

设置外壳罩70是为了防止激光切割时由于误操作等因素而引起的安全事故，操作门711在关闭时可以防止激光对操作者的伤害，打开时可以用吸盘或手动进行电池极片20的取料，上壳体71上设置的防辐射玻璃712可以可以防止激光在切割动力电池极片20时所反射的有害光线，另外整个装置的操作控制按钮都集中在下壳体72的操作面板721上，使整个设备操作简单方便，结构紧凑。另外在工作台10的台面和支架之间还设置了门柜，里面放置了进行运动控制所需的工控机、产生激光的激光发生器、产生真空的真空发生器、手动取极片的吸盘以及所有电子元器件的安装板，有效地利用了空间。

本发明中所提及的电机均为减速电机，减速电机在低速条件下可以输出较大的扭矩，各电机的传送速度可以根据实际情况进行匹配。

综上所述，本发明的电池极片20通过气胀轴固定并放料后，经过张紧机构40调整并保证张紧度，再由传送机构50传送并夹紧，使待切割极片20位于吸附板63上，并被吸附板63牢靠的吸附，再由切割机构60按预设轨迹进行切割，切割完成后用吸盘或手动进行取料，剩余的极片20由传送机构50继续传送并经卸料板55进入废料收集装置。本发明通过采用光纤激光切割来避免以往切割装置的不足，结构简单，切割精度高。

Claims

1.一种动力电池极片激光切割装置，其特征在于：包括工作台（10），工作台（10）上依次布置有放置电池极片（20）的放料机构（30）、用于传送电池极片（20）的传送机构（50）以及对电池极片（20）进行切割的切割机构（60），所述的切割机构（60）的切割头为光纤激光切割头（61）；

所述的放料机构（30）与传送机构（50）之间设有张紧机构（40），电池极片（20）由放料机构（30）经张紧机构（40）和传送机构（50）送至切割机构（60）；

所述的张紧机构（40）包括与放料轴（31）平行且依次布置的第一、第二、第三张紧轴（41、42、43），第二张紧轴（42）位于第一、第三张紧轴（41、43）的中间且与第一、第三张紧轴（41、43）之间的间距可调，电池极片（20）经过第一、第二、第三张紧轴（41、42、43）的轨迹为波浪形；

工作台（10）的下方设有支架（11），支架（11）与工作台（10）之间设有铅垂方向布置的、相互平行的第一、第二杆（44、45），第二张紧轴（42）水平夹持在第一、第二杆（44、45）之间且轴长方向与第一、第二杆（44、45）的杆长方向相垂直，第二张紧轴（42）的两端设有连接件（421），连接件（421）分别与第一、第二杆（44、45）滑动配合，第一、第二杆（44、45）分别以连接件（421）为界分为上、下杆身，上、下杆身上分别套设有弹簧（46），上、下杆身上套设的弹簧（46）的弹性系数相异，第一杆（44）或第二杆（45）的杆身上部设有上限开关（47），第一杆（44）或第二杆（45）的杆身下部设有下限开关（48），第二张紧轴（42）到达设置上限开关（47）或下限开关（48）时，第一电机（32）和第二电机（53）停止转动。

2.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：所述的放料机构（30）包括放料轴（31），电池极片（20）的料卷套设在放料轴（31）上，放料轴（31）与第一电机（32）相连，所述的放料轴（31）为气胀轴，其两端设有手柄（33），放料轴（31）上设有与气源相连的气嘴。

3.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：所述的传送机构（50）包括与放料轴（31）平行布置的送料辊和收料辊，送料辊与收料辊分别均匀布置在切割机构（60）的两侧，且分别与第二、三电机（53、54）相连，送料辊与收料辊分别由在铅垂方向平行布置的第一、第二送料对辊（511、512）和第一、第二收料对辊（521、522）构成，第一、第二送料对辊（511、512）和第一、第二收料对辊（521、522）之间的间距可调节。

4.根据权利要求1或3所述的激光切割装置，其特征在于：所述的切割机构（60）包括设置在工作台（10）上的切割台（62），切割台（62）上设有吸附板（63），送料轴和收料轴分别布置在吸附板（63）的两侧，吸附板（63）与真空发生器（64）相连，吸附板（63）上均匀设有若干洞槽（631），切割台（62）上平行设有两组滑轨（65），滑轨（65）的设置方向与电池极片（20）的走向一致，装有切割头（61）的支架跨设在两组滑轨（65）上，且与滑轨（65）构成滑动配合，切割头（61）在切割台（62）上的走向由运动模组控制。

5.根据权利要求4所述的激光切割装置，其特征在于：所述的运动模组包括使切割头（61）分别沿X轴、Y轴方向运动的X轴模组（661）和Y轴模组（662），X轴模组（661）和Y轴模组（662）为丝杆螺母机构，构成X轴模组（661）的丝杆的杆长方向与滑轨（65）的设置方向吻合，构成Y轴模组（662）的丝杆的杆长方向与X轴模组（661）丝杆的杆长方向相垂直。

6.根据权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：切割机构（60）与传送机构（50）上设有外壳罩（70），外壳罩（70）由上、下壳体（71、72）组成，上壳体（71）上可开启的操作门（711），操作门（711）上设有防辐射玻璃（712）和开启手柄（713），下壳体（72）固定在切割台（62）上，其上设有操作面板（721）。

7.根据权利要求3所述的激光切割装置，其特征在于：收料辊后方设有卸料板（55），极片（20）由放料辊和收料辊传送，经卸料板（55）进入废料收集装置，卸料板（55）整体呈下坡状，其表面为圆弧状的光滑曲面。