CN101924237B

CN101924237B - 电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备

Info

Publication number: CN101924237B
Application number: CN2010102520248A
Authority: CN
Inventors: 王胜玲; 王维东
Original assignee: Shenzhen Yinghe Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Yinghe Technology Co Ltd
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: CN101924237A

Abstract

本发明公开了一种电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，包括用于在制片完成后对正、负极片中的至少一者进行纠偏的卷绕部分纠偏机构，其包括电机、凸轮、过渡轮支架、过渡轮轴、过渡轮、旋转轴以及纠偏检测机构，电机的输出轴耦合到凸轮，过渡轮支架通过弹性构件与机架弹性地连接，凸轮的输出端作用于过渡轮支架的一端，过渡轮支架的另一端可枢转地固定在旋转轴上，旋转轴固定在机架上，过渡轮轴固定在过渡轮支架上，过渡轮安装在过渡轮轴上，极片从过渡轮上经过。本发明可对卷绕的极片进行有效纠偏，提高电芯品质。

Description

电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备

技术领域

本发明涉及电池制作设备，特别是一种电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备。

背景技术

目前，制片及电芯的卷绕采用单独的设备分别完成，正、负极片材料通过在极耳焊接机上经过焊接极耳、贴保护胶带等工序后根据不同的卷绕设备的要求，将正、负极片定长裁断或收料成卷；再通过将制作好的正、负极片放到半自动或全自动卷绕设备上，使其手动入片或自动入片进行卷绕成形，完成电芯的卷绕动作。若为定长裁断，则卷绕是采用半自动卷绕设备完成，半自动设备是手工入片，在卷绕时由于人工的直接接触，易使正、负极片交叉污染，直接影响最终的电池容量；若采用收料成卷的方式，则卷绕是采用全自动卷绕设备，但在制片时对料卷的要求较高，目前的技术很难将成卷收料做到对齐度一致，那么在后续的卷绕过程中就增大了纠偏的难度，若极片偏斜，将产生电芯端面对齐度不一致现象，大大影响了电芯品质。

发明内容

本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种具有很好的纠偏效果的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，包括机架、控制系统以及安装在所述机架上的正极制片装置、负极制片装置、电芯卷绕装置、下料装置，所述正极制片装置和所述负极制片装置用于分别制作并输出正、负极片到所述电芯卷绕装置，所述电芯卷绕装置用于将正、负极片连同正、负隔膜依序收卷成电芯，所述下料装置用于取走收卷好的电芯并送至指定位置，所述一体化设备还包括用于在制片完成后对正、负极片中的至少一者进行纠偏的卷绕部分纠偏机构，所述卷绕部分纠偏机构包括电机、凸轮、过渡轮支架、过渡轮轴、过渡轮、旋转轴以及纠偏检测机构，所述电机的输出轴耦合到所述凸轮，所述过渡轮支架通弹性构件与所述机架弹性地连接，所述凸轮的输出端作用于所述过渡轮支架的一端，所述过渡轮支架的另一端可枢转地固定在所述旋转轴上，所述旋转轴固定在所述机架上，所述过渡轮轴固定在所述过渡轮支架上，所述过渡轮安装在所述过渡轮轴上，极片从所述过渡轮上经过，所述纠偏检测机构用于检测极片的偏位，所述控制系统根据偏位情况控制所述电机驱动所述凸轮旋转，以使所述过渡轮支架的一端绕所述旋转轴相对所述机架转动。

优选地：

所述弹性构件配置成在所述过渡轮支架的初始位置上处于拉伸状态。

所述卷绕部分纠偏机构还包括至少一个用于检测纠偏极限位置并反馈给所述控制系统的接近开关，控制系统将所述过渡轮支架的转动控制在纠偏极限位置的范围内。

所述一体化设备还包括设置于所述电芯卷绕装置与所述正极制片装置和/或所述负极制片装置之间的储料装置，按照卷绕路径在所述储料装置之前及之后分别设置有所述纠偏机构。

所述一体化设备还包括用于在焊接极耳前和/或极片贴胶前对正、负极片中的至少一者进行纠偏的制片部分纠偏机构。

所述制片部分纠偏机构包括焊接极耳前纠偏机构，所述焊接极耳前纠偏机构包括极片位置检测机构、放卷定位板及其移动装置，所述放卷定位板限定着极片的走位，极片位置检测机构用于检测极片的偏位，所述控制系统根据偏位情况相应控制放卷定位板向极片行进方向的侧部移动以对极片进行纠偏。

所述制片部分纠偏机构包括极片贴胶前纠偏机构，所述极片贴胶前纠偏机构包括极片位置检测机构、贴胶定位板及其移动装置，所述贴胶定位板限定着极片的走位，极片位置检测机构用于检测极片的偏位，所述控制系统根据偏位情况相应控制贴胶定位板向极片行进方向的侧部移动以对极片进行纠偏。

所述一体化设备还包括用于在放卷后对正、负极片中的至少一者进行刷尘的制片前刷尘机构，所述制片前刷尘机构包括吸尘风机、滤芯、吸气管及至少一对毛刷，所述一对毛刷配置成与极片行进路径轴对称地交错，且刷面对着极片表面，所述吸气管位于所述毛刷附近，所述吸尘风机驱动所述吸气管，所述吸气管通至所述滤芯。

所述一体化设备还包括用于在收卷前对制好的正、负极片中的至少一者进行刷尘的制片后刷尘机构，所述制片后刷尘机构包括过渡轮、吸气管、吸尘风机、滤芯及旋转毛刷及其驱动装置，所述旋转毛刷与绕经过渡轮的极片接触，所述驱动装置驱使所述旋转毛刷旋转，所述吸气管位于所述毛刷附近，所述吸尘风机驱动所述吸气管，所述吸气管通至所述滤芯。

本发明的有益效果在于：

本发明提出了在电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备中设置一种卷绕部分纠偏机构，用于在制片完成后的卷绕阶段对正、负极片中的至少一者进行纠偏，它能够对极片的行进偏位情况进行自动检测和有效地纠偏，因此，使用本发明的一体化设备，能够有力地提高所卷制的电芯的品质。

本发明进一步提出了在电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备中设置一种制片部分纠偏机构，用于在焊接极耳前和/或极片贴胶前对正、负极片中的至少一者进行纠偏的，在制片阶段对极片进一步地自动纠偏，更显著地提高纠偏性能，有利于获得更高品质的电芯。

本发明还进一步提出了在电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备中设置一种制片前刷尘机构，在放卷后对正、负极片中的至少一者进行有效除尘，以及设置一种制片后刷尘机构，在收卷前对制好的正、负极片中的至少一者进行有效除尘，从而确保电芯的品质。

附图说明

图1为本发明的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备一种实施例的主视图；

图2为本发明一种实施例中的卷绕部分纠偏机构的主视图；

图3为图2所示卷绕部分纠偏机构的俯视图；

图4为本发明一种实施例中的制片前刷尘机构的结构示意图；

图5为本发明一种实施例中的制片后刷尘机构的结构示意图。

具体实施方式

以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

一种实施例的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，包括机架、控制系统(未图示)、以及安装在机架上的正极制片装置、负极制片装置、电芯卷绕装置、储料装置及下料装置。

参阅图1，根据一个优选的实施例，在该一体化设备中，正极制片装置又包括正极极片放卷机构201、制片前正极刷尘机构202、焊接极耳前正极极片纠偏机构、第一正极极片牵引机构204、第二正极极片牵引机构208、正极极耳焊接机构205、极片贴胶前正极极片纠偏机构、正极极片贴胶机构206、正极张力控制机构207；负极制片装置又包括负极极片放卷机构301、制片前负极刷尘机构302、焊接极耳前负极极片纠偏机构、第一负极极片牵引机构304、第二负极极片牵引机构308、负极极耳焊接机构305、极片贴胶前负极极片纠偏机构、负极极片贴胶机构306、负极张力控制机构307；电芯卷绕装置又包括第一极片牵引机构401、第二极片牵引机构402、制片后负极刷尘机构403、制片后正极刷尘机构404、卷绕部分第一负极纠偏机构405，卷绕部分第二负极纠偏机构406，卷绕部分第一正极纠偏机构407，卷绕部分第二正极纠偏机构408、正极隔膜放卷机构411、负极隔膜放卷机构412、正极隔膜张力控制机构413、负极隔膜张力控制机构414、极片入片机构415、卷绕机构416、贴胶机构417；储料装置5又包括正极储料机构51及负极储料机构52。下料装置6又包括下料机构61、输送机构62及电芯倒角机构63。下料机构61可包括机械手和驱动气缸。

参阅图1至图3，卷绕部分第一负极纠偏机构405、卷绕部分第二负极纠偏机构406、卷绕部分第一正极纠偏机构407、卷绕部分第二正极纠偏机构408的结构相同，其结构优选包括电机4001、电机支架4002、凸轮4003、轴承4004、过渡轮支架4005、过渡轮轴4006、过渡轮4007、过渡轮挡圈4008、旋转轴4009、定位支架4010、4011、接近开关4012、4013及纠偏检测机构4014。电机支架4002及定位支架4010、4011均固定在机架上。凸轮4003与电机4001输出轴相连，轴承4004以螺栓固定在过渡轮支架4005上，凸轮4003输出端直接接触轴承4004以作用到过渡轮支架4005，过渡轮支架4004通过弹性构件例如弹簧4017与机架连接，其中弹簧4017的一端由螺钉4016固定于在机架一侧的过渡轮支架4005上，机架开设有安装孔，穿过安装孔的弹簧4017的另一端由螺钉4019固定于在机架另一侧安装的支架4018上。过渡轮支架的另一端可枢转地固定在旋转轴4009上，旋转轴4009固定在机架上，过渡轮轴4006固定在过渡轮支架4004上，过渡轮4007安装在过渡轮轴4006上，极片100从过渡轮4007上经过优选地，凸轮的轴向与过渡轮的轴向大体上是相垂直的。此处纠偏目的是在极片行进过程中消除波浪形走位(即“S”形弯曲误差)，纠偏检测机构4014可检测极片的边缘位置。

工作时，在极片100未偏位的情况下，过渡轮支架4005位于初始位置；当纠偏检测机构4014检测到极片100在过渡轮上向外侧(如图3所示为向下方)偏位时，电机4001启动，带动凸轮4003旋转，当凸轮4003转动至半径较大处(该位置上凸轮输出端与凸轮转轴的距离最远)与轴承4004接触时，克服弹簧4017的拉力顶起轴承4004，使得过渡轮支架4005以旋转轴4009为轴向机架外侧作圆弧运动，此时过渡轮支架4005被顶起，同时也带动过渡轮4007向外侧移动，从而调整绕经过渡轮4007的极片100的偏位，调整好后，纠偏检测机构4014给电机4001信号令其停止。更优选地，弹簧4017配置成在过渡轮支架4005的初始位置时处于拉伸状态，当极片100向机架内侧偏位时，反方向启动电机4001，使凸轮4003的半径较小部位先接触轴承4004，弹簧4017向机架内侧拉动过渡轮支架4005，从而相应地调节极片的偏位。

更优选地，还设置接近开关4012、4013在过渡轮支架4005的附近，接近开关4012、4013可以通过检测过渡轮支架上的螺钉4015的位置来确定过渡轮支架4005的位置。接近开关的作用是检测回零位置和过渡轮支架4005的两个纠偏极限位置。通过控制系统可设置过渡轮支架4005的初始位置，典型的初始位置为两极限位置的中间，回零即控制过渡轮支架4005回到初始位置。纠偏极限位置是指当凸轮4003运行到半径最大处时过渡轮支架4005的位置及凸轮4003运行到半径最小处时过渡轮支架4005的位置。通过接近开关4012、4013，可以检测到过渡轮支架4005是否已回零或是否达到极限位置，根据检测的情况，控制系统将过渡轮支架4005的移动控制在两个极限位置的范围内，或者控制其回零。例如，当过渡轮支架4005运动到凸轮半径最大处时，接近开关4013检测到过渡轮支架4005达到极限位置，即启动回零程序，使过渡轮支架4005回到初始位置。纠偏检测机构4014还可通过螺旋测微器手动调节定位极片的位置极限。

参阅图1，在优选的实施例中，一体化设备包括用于在焊接极耳前和极片贴胶前对正、负极片进行纠偏的制片部分纠偏机构，该制片部分纠偏机构包括前述的焊接极耳前正、负极极片纠偏机构和极片贴胶前正、负极极片纠偏机构。更优选地，焊接极耳前纠偏机构包括放卷定位板2011、3011及其移动装置、处于焊接极耳工位前的极片位置检测机构，放卷定位板2011、3011限定着极片的走位，极片位置检测机构用于检测极片的偏位，控制系统根据偏位情况相应控制放卷定位板2011、3011向极片行进方向的侧部移动以对极片的行进进行纠偏。更优选地，极片贴胶前纠偏机构包括贴胶定位板2061、3061及其移动装置、处于极片贴胶工位处的极片位置检测机构，贴胶定位板2061、3061限定着极片的走位，极片位置检测机构用于检测极片的偏位，控制系统根据偏位情况相应控制贴胶定位板2061、3061向极片行进方向的侧部移动，在贴胶处，极片的行进路线是保持相对固定的，以极片为基准调整贴胶定位板的位置来实现纠偏。

参阅图1和图4，在优选的实施例中，一体化设备包括用于在放卷后对正、负极片进行刷尘的制片前刷尘机构，该制片前刷尘机构包括前述的制片前正极刷尘机构202和制片前负极刷尘机构302。正极刷尘机构202及负极刷尘机构302的结构相同，其结构包括吸尘风机(未图示)、滤芯(未图示)、吸气管3021、3022、刷尘盒3020、刷尘轴3025、3028、毛刷固定块3024、3029、定位块3023及一对毛刷3026、3027。一对毛刷3026、3027配置成与极片行进路径轴对称地交错，且刷面对着极片表面，吸气管位于毛刷附近，吸尘风机驱动吸气管，吸气管通至滤芯。工作时，吸尘风机一直处于工作状态，当极片100在两个毛刷中间经过时，两个毛刷刷掉极片100上的粉尘，吸尘风机带动吸气管3021、3022将毛刷盒3020中的粉尘吸入滤芯中，定期将滤芯拆下清除其中的粉尘即可。

参阅图1和图5，在优选的实施例中，一体化设备包括用于在收卷前对制好的正、负极片进行刷尘的制片后刷尘机构，该制片后刷尘机构包括前述的制片后正极刷尘机构404和制片后负极刷尘机构403。制片后正极刷尘机构404和制片后负极刷尘机构403的结构相同，其结构包括驱动电机(未图示)、吸尘风机(未图示)、滤芯(未图示)，吸气管4084、旋转刷尘盒4081、旋转毛刷4082和过渡轮4083。旋转毛刷与绕经过渡轮的极片接触，驱动装置驱使旋转毛刷4082旋转，吸气管位于毛刷附近，吸尘风机驱动吸气管，吸气管通至滤芯。工作时，吸尘风机一直处于工作状态，旋转毛刷4082与过渡轮4083直接接触，当极片100在行进过程中绕过渡轮4083时，旋转毛刷4082刷掉极片100上的粉尘，吸尘风机驱动吸气管4084将旋转毛刷盒4081内的粉尘吸入滤芯中，定期将滤芯拆下清除其中的粉尘即可。

参阅图1，在一些实施例中，电芯卷绕装置还包括正极隔膜除静电机构418和负极隔膜除静电机构410，正极隔膜除静电机构418及负极隔膜除静电机构410分别设置在正极隔膜放卷和负极隔膜放卷后，目的是消除正、负极隔膜自身的静电作用，使得电池的容量不受影响。

参阅图1，圆柱全自动卷绕与制片一体机工作时分为正极制片、负极制片、卷绕及下料四部分：

1、正极制片：正极极片在正极极片放卷机构201上主动放卷，第一正极极片牵引机构204牵引输出，经制片前正极刷尘机构202及焊接极耳前正极极片纠偏机构，到达正极极耳焊接机构205，极耳焊接完成后在第二正极极片牵引机构208牵引下极片经极片贴胶前正极极片纠偏机构、正极贴胶机构206，又经过卷绕部分第一正极纠偏机构407及正极储料机构51到达电芯卷绕装置4。

2、负极制片：负极极片在负极极片放卷机构301上主动放卷，第一负极极片牵引机构304牵引输出，经制片前负极刷尘机构302及焊接极耳前负极极片纠偏机构、到达负极极耳焊接机构305，极耳焊接完成后在第二负极极片牵引机构308牵引下极片经极片贴胶前正极极片纠偏机构、负极贴胶机构306，又经过卷绕部分第一负极纠偏机构405及负极储料机构52到达电芯卷绕装置4。

3、卷绕：当正、负极片制片完成到达卷绕装置4后，卷绕装置开始工作。正极极片分别经卷绕部分第二正极纠偏机构408、制片后正极刷尘机构404、第二极片牵引机构402，经极片入片机构415进入卷绕机构416中；与此同时，负极极片经卷绕部分第二负极纠偏机构406、制片后负极刷尘机构403、第二极片牵引机构401，经极片入片机构415进入卷绕机构416中；与此同时，正极隔膜经正极隔膜张力控制机构413及正极隔膜除静电机构418进入卷绕机构416中；与此同时，负极隔膜经负极隔膜张力控制机构414及负极隔膜除静电机构410进入卷绕机构416中。当正、负极极片及正、负极隔膜都进入卷绕机构416后，卷绕机构416开始动作，三个卷绕头依次卷绕，第一个卷绕头卷绕完成后转到下一工位进行切断、贴胶，该工位上由极片切刀及隔膜切刀将极片和隔膜切断，并由贴胶机构417给电芯贴胶，同时第二个卷绕头进行卷绕，第一个卷绕头完成切断、贴胶工位的处理后，转到下料工位进行下料(下文将进一步描述)，此时开始第二个卷绕头的切断、贴胶以及第三个卷绕头的卷绕。上述过程依次循环进行。

4、下料：卷绕完成后，机械手由气缸带动夹住卷绕好的电芯，之后旋转气缸带动机械手旋转，将其置于电芯倒角机构63上，之后机械手回到原位，等待下一个电芯卷绕完成，倒角结束后电芯经输送机构62输送至指定位置。因电芯倒角机构63可整体拆除或安装，可根据工艺要求取消电芯倒角机构63，直接将电芯经输送机构62输送至指定位置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，包括机架、控制系统以及安装在所述机架上的正极制片装置、负极制片装置、电芯卷绕装置、下料装置，所述正极制片装置和所述负极制片装置用于分别制作并输出正、负极片到所述电芯卷绕装置，所述电芯卷绕装置用于将正、负极片连同正、负隔膜依序收卷成电芯，所述下料装置用于取走收卷好的电芯并送至指定位置，其特征在于，所述一体化设备还包括用于在制片完成后对正、负极片中的至少一者进行纠偏的卷绕部分纠偏机构，所述卷绕部分纠偏机构包括电机、凸轮、过渡轮支架、过渡轮轴、过渡轮、旋转轴以及纠偏检测机构，所述电机的输出轴耦合到所述凸轮，所述过渡轮支架通过弹性构件与所述机架弹性地连接，所述凸轮的输出端作用于所述过渡轮支架的一端，所述过渡轮支架的另一端可枢转地固定在所述旋转轴上，所述旋转轴固定在所述机架上，所述过渡轮轴固定在所述过渡轮支架上，所述过渡轮安装在所述过渡轮轴上，极片从所述过渡轮上经过，所述纠偏检测机构用于检测极片的偏位，所述控制系统根据偏位情况控制所述电机驱动所述凸轮旋转，以使所述过渡轮支架的一端绕所述旋转轴相对所述机架转动。

2.如权利要求1所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述弹性构件配置成在所述过渡轮支架的初始位置上处于拉伸状态。

3.如权利要求1所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述卷绕部分纠偏机构还包括至少一个用于检测纠偏极限位置并反馈给所述控制系统的接近开关，控制系统将所述过渡轮支架的转动控制在纠偏极限位置的范围内。

4.如权利要求1所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述一体化设备还包括设置于所述电芯卷绕装置与所述正极制片装置和/或所述负极制片装置之间的储料装置，按照卷绕路径在所述储料装置之前及之后分别设置有所述纠偏机构。

5.如权利要求1所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述一体化设备还包括用于在焊接极耳前和/或极片贴胶前对正、负极片中的至少一者进行纠偏的制片部分纠偏机构。

6.如权利要求5所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述制片部分纠偏机构包括焊接极耳前纠偏机构，所述焊接极耳前纠偏机构包括极片位置检测机构、放卷定位板及其移动装置，所述放卷定位板限定着极片的走位，极片位置检测机构用于检测极片的偏位，所述控制系统根据偏位情况相应控制放卷定位板向极片行进方向的侧部移动以对极片进行纠偏。

7.如权利要求5所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述制片部分纠偏机构包括极片贴胶前纠偏机构，所述极片贴胶前纠偏机构包括极片位置检测机构、贴胶定位板及其移动装置，所述贴胶定位板限定着极片的走位，极片位置检测机构用于检测极片的偏位，所述控制系统根据偏位情况相应控制贴胶定位板向极片行进方向的侧部移动以对极片进行纠偏。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述一体化设备还包括用于在放卷后对正、负极片中的至少一者进行刷尘的制片前刷尘机构，所述制片前刷尘机构包括吸尘风机、滤芯、吸气管及至少一对毛刷，所述一对毛刷配置成与极片行进路径轴对称地交错，且刷面对着极片表面，所述吸气管位于所述毛刷附近，所述吸尘风机驱动所述吸气管，所述吸气管通至所述滤芯。

9.如权利要求1至7中任一项所述的电池极片制片与电芯卷绕的一体化设备，其特征在于，所述一体化设备还包括用于在收卷前对制好的正、负极片中的至少一者进行刷尘的制片后刷尘机构，所述制片后刷尘机构包括过渡轮、吸气管、吸尘风机、滤芯及旋转毛刷及其驱动装置，所述旋转毛刷与绕经过渡轮的极片接触，所述驱动装置驱使所述旋转毛刷旋转，所述吸气管位于所述毛刷附近，所述吸尘风机驱动所述吸气管，所述吸气管通至所述滤芯。