CN102554437A - 电池组的龙门式自动点焊系统 - Google Patents

电池组的龙门式自动点焊系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电池组的龙门式自动点焊系统，包括上下设置且与所述系统的PLC连接的点焊装置和点焊冶具固定装置；所述点焊装置包括横梁、一组并排相对设置的用于调节所述横梁高度的立柱、点焊机构、用于固定所述点焊机构的X轴滑台、使所述点焊机构横向移动的Y轴运动机构以及使所述X轴滑台横向移动的X轴运动机构；所述点焊冶具固定装置包括点焊冶具台板和用于夹紧点焊冶具的夹紧机构，所述夹紧机构设置于所述点焊冶具台板上且与所述点焊机构相垂直。本发明采用龙门式结构一次装夹电芯多，运行速度快，点焊效率高，对电芯适应能力强，定位准确，点焊参数可控，点焊质量好。

Description

电池组的龙门式自动点焊系统
【技术领域】
本发明涉及电池组点焊自动化设备技术领域，特别涉及锂电池、动力电池组的龙门式自动点焊系统。
【背景技术】
动力电池组主要运用于电动汽车，电动摩托车等领域，动力电池组采用的电芯与其他电池组基本相同，主要特征在于其电池组的容量要大，电池组电芯数量多，其难度主要体现在电芯焊接上。目前国内大多数厂商仍然采用传统的手工焊接方式，具体操作是：1、电池包装入治具。2、安装镍片。3、手工一个个点焊。这种方式存在众多缺陷，其主要表现在：1、焊接劳动强度大焊接效率底，并极易造成工人疲劳。2、专用点焊电源(价格昂贵)投入多利用率极低，导致企业成本大大增加。3、焊接不可靠容易虚焊，造成废品率居高不下而且电池组可靠性差，给企业造成巨大损失。4、焊接外观不佳，焊点容易产生毛刺、发黄、发黑等现象。5、焊接时间不可控，容易引起电芯内阻、电压、容量变化，对电芯性能造成影响。6、操作安全性差，人工焊接火花大更有可能引起炸火等现象，影响工人安全。7、焊点位置不准确，手工操作无法保证焊点的位置统一。8、无法克服焊接中存在的粘针现象。目前少部分企业为提高焊接效率及质量，也采取了一些改进措施，如加入人工辅助系统及半自动点焊系统，但仍未从根本上摆脱上述缺陷。
现有技术中提供了一种“点焊机”，见公开号为：CN102114572A，公开日为：2011.07.06的中国专利，该发明的点焊机，其是在原有的固定平台、上电极和上电极等基础上加以改进，即特点是：还包括供待焊工件放置的台面和驱动该台面上下升降的驱动机构，且台面位于固定平台和上电极之间，在该台面上开有与下电极相对的通孔。采用这样的点焊机进行点焊时，可以通过上电极施力于待焊工件来控制台面的下降，且当待焊工件与下电极相触碰开始点焊时，随着上电极停止下移，台面也就停止下降，因而采用该发明后，无论下电极有多大的磨损量，均可以通过台面的下降来自动得到补偿，故这种无需人为调整下电极高度的方式，极大提高了生产效率，确保了点焊质量，避免了人为因素导致的质量事故，并且具有结构简单、通用性好、改造成本低的特点。
后又提供了一种“电池极片的点焊装置”，见公开号为：CN101439437，公开日为：2009.05.27的中国专利，该发明的电池极片的点焊装置，包括工作台，设置在工作台上的机架，设置在机架内升降轴和弹簧，设置在升降轴上侧且与升降轴固定联接的针座，设置在针座内的点焊针，及设置在工作台上且与点焊针相对应的点焊下模，所述的升降轴下端部设置有下拉气缸，下拉气缸通过控制电路与多点焊接操作控制器相连接，该多点焊接操作控制器与控制开关相联接；其优点是：通过多点焊接操作控制器，可实现一次操作，多点焊接的功能，从而大大提高的焊接的生产效率，降低了工人的操作强度，并有利于产品质量的提高。其上述两个专利的点焊装置，其焊接合格率低、容易虚焊、电芯变形、焊针粘结、焊点不均等缺陷。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于动力电池组的电芯自动点焊系统。
本发明是这样实现的：一种电池组的龙门式自动点焊系统，包括上下设置且与所述系统的PLC连接的点焊装置和点焊冶具固定装置；所述点焊装置包括横梁、一组并排相对设置的用于调节所述横梁高度的立柱、点焊机构、用于固定所述点焊机构的X轴滑台、使所述点焊机构横向移动的Y轴运动机构以及使所述X轴滑台横向移动的X轴运动机构；所述横梁底部平行设置有两导轨，所述横梁表面设置有一组相对称的横梁固定座，所述两横梁固定座分别通过一带有手轮的螺杆可滑动地嵌在所述立柱上，以利于所述横梁在立柱上移动；所述立柱端部设有用于固定螺杆的螺杆固定座；所述X轴滑台垂直设于所述横梁底部且嵌套在所述两导轨上；所述Y轴运动机构设置于所述X轴滑台上，所述点焊机构固定设置于所述Y轴运动机构上且与所述点焊冶具固定装置相垂直；所述使X轴滑台横向移动的X轴运动机构设置设于所述横梁底部且位于所述两导轨之间；所述点焊冶具固定装置包括点焊冶具台板和用于夹紧点焊冶具的夹紧机构，所述夹紧机构设置于所述点焊冶具台板上且与所述点焊机构相垂直。
进一步地，所述Y轴运动机构包括模组滑台和用于控制模组滑台横向移动的Y轴伺服电机；所述模组滑台上表面设有用于固定所述点焊机构的固定板；所述模组滑台垂直设于所述X轴滑台上，所述固定板固定于所述模组滑台上，所述Y轴伺服电机设于所述模组滑台的端部以控制模组滑台的纵向移动；所述X轴运动机构包括横梁丝杆、一组并排相对设置的用于固定横梁丝杆的轴承座以及用于控制所述X轴滑台在所述两导轨上滑动的X轴伺服电机；所述轴承座固定于所述横梁底部且位于所述两导轨之间，所述横梁丝杆固定在所述两轴承座之间且与所述横梁平行；所述X轴伺服电机固定于所述横梁底部且与所述横梁丝杆连接。
进一步地，所述点焊机构包括焊针、焊针固定座、焊座主体以及用于调节焊针压力的压力调节装置；所述焊座主体内嵌设有正极导向柱和负极导向柱，所述焊针固定座与所述焊座主体的正极导向柱和负极导向柱连接；所述焊针固定座嵌设有所述焊针；所述压力调节装置嵌设在所述焊座主体的尾部且与所述正极导向柱和负极导向柱连接。
进一步地，所述焊座本体上并排相对设置有一冶具气缸和一用于旋转正极导向柱的旋转装置，所述旋转装置包括一摆臂和一推杆；所述摆臂的一端嵌套在所述正极导向柱上，另一端固定连接所述的推杆；所述推杆和所述的冶具气缸的气缸轴连接。
进一步地，所述压力调节装置包括一组调压旋钮、一组过渡套、一组螺杆、一组弹簧、一组弹簧上支撑台以及一组弹簧下支撑台；所述一组弹簧下支撑台分别套设在所述正极导向柱和负极导向柱；所述一组调压旋钮分别对应套设于所述的过渡套且通过螺杆进行固定；所述螺杆的尾部套设有所述弹簧上支撑台；所述弹簧嵌套于所述上支撑台和下支撑台之间，且上支撑台和下支撑台相对应。
进一步地，所述夹紧机构包括一组并排相对设置的点焊冶具导向定位板和一点焊冶具限位块；所述点焊冶具导向定位板固定于所述点焊冶具台板上，所述点焊冶具导向定位板上架设有一带压紧手轮的压紧板，所述压紧板与所述点焊冶具导向定位板相垂直；所述点焊冶具限位块固定于所述点焊冶具台板上且与所述压紧板相垂直，所述点焊冶具限位块、所述两压紧板围成一用于夹紧点焊冶具的空间。
其中，所述系统还包括一底板，所述底板固定于所述立柱下且位于所述点焊冶具台板底部；所述的底板上表面设有以利用所述点焊冶具台板滑动的一组滑轨，该组滑轨并排相对设置；所述点焊冶具台板可滑动地嵌设于所述滑轨上。
本发明的优点在于：本发明包括上下设置且与所述系统的PLC连接的点焊装置和点焊冶具固定装置；将电池组放置于点焊冶具中，并将点焊冶具置于点焊冶具固定装置的夹紧机构中进行固定；通过设置所述用于调节所述横梁高度的立柱来调节所述横梁的高度；并通过X轴运动机构控制所述X轴滑台在横梁中的定位，即完成点焊机构在横梁中的位置；再通过Y轴运动机构控制所述点焊机构在Y轴的定位；启动系统通过点焊机构对点焊冶具中的电池组进行点焊作业，其中点焊机构中的焊针接触到电池镍片时，系统的PLC控制点焊电源放电，同时点焊机构中的冶具气缸对旋转装置做功使得正极导向柱旋转，破除了焊针粘针的现象。本发明的整个工作流程由系统的PLC进行控制，其为智能化全自动点焊，其采用龙门式结构，配合大点焊治具台板及用于调节横梁高度的立柱；大大增加了一次电芯安装数量和对电芯高度的适应能力，降低了工人劳动强度，提高了点焊效率和质量。
【附图说明】
图1是本发明的正面结构示意图。
图2是本发明的后面结构示意图。
图3是本发明的点焊装置的局部结构放大图。
图4是本发明的点焊冶具固定装置局部结构放大图。
图5是本发明的点焊机构的结构示意图。
图6是本发明的点焊机构的剖面图。
图7是本发明的点焊冶具的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1和图2所示，本发明的一种电池组的龙门式自动点焊系统，包括上下设置且与所述系统的PLC(未图示)电连接的点焊装置1和点焊冶具固定装置2(图1中点焊冶具固定装置未画出)；所述点焊装置1包括横梁11、一组并排相对设置的用于调节所述横梁11高度的立柱12、点焊机构13、用于固定所述点焊机构13的X轴滑台14、使所述点焊机构13横向移动的Y轴运动机构15以及使所述X轴滑台14横向移动的X轴运动机构16；所述横梁11底部平行设置有两导轨111，所述横梁11表面设置有一组相对称的横梁固定座112，所述两横梁固定座112分别通过一带有手轮121的螺杆122可滑动地嵌在所述立柱12上，以利于所述横梁11在立柱12上移动；其手轮121旋转带动螺杆122纵向运动，从而带动横梁11在立柱12上移动；所述立柱12端部设有用于固定螺杆122的螺杆固定座123；所述X轴滑台14垂直设于所述横梁11底部且嵌套在所述两导轨111上；所述Y轴运动机构15设置于所述X轴滑台14上，所述点焊机构13固定设置于所述Y轴运动机构15上且与所述点焊冶具固定装置2相垂直；所述使X轴滑台14横向移动的X轴运动机构16设置设于所述横梁11底部且位于所述两导轨111之间。
如图3所示，所述Y轴运动机构15包括模组滑台151和用于控制模组滑台151横向移动的Y轴伺服电机152；所述模组滑台151上表面设有用于固定所述点焊机构13的固定板153；所述模组滑台151垂直设于所述X轴滑台14上，所述固定板153固定于所述模组滑台151上，所述Y轴伺服电机152设于所述模组滑台151的端部以控制模组滑台151的纵向移动。见图2，所述X轴运动机构16包括横梁丝杆161、一组并排相对设置的用于固定横梁丝杆161的轴承座162以及用于控制所述X轴滑台14在所述两导轨111上滑动的X轴伺服电机163；所述轴承座162固定于所述横梁11底部且位于所述两导轨111之间，所述横梁丝杆161固定在所述两轴承座162之间且与所述横梁11平行；其X轴滑台14底部还套设在所述横梁丝杆161上；所述X轴伺服电机163固定于所述横梁11底部且与所述横梁丝杆161连接，从而X轴伺服电机163控制横梁丝杆161运动的同时带动X轴滑台14运动。
如图4所示，所述点焊冶具固定装置2包括点焊冶具台板21和用于夹紧点焊冶具4的夹紧机构23，所述夹紧机构23设置于所述点焊冶具台板21上且与所述点焊机构13相垂直。
所述夹紧机构23包括一组并排相对设置的点焊冶具导向定位板231和一点焊冶具限位块232；所述点焊冶具导向定位板231固定于所述点焊冶具台板21上，所述点焊冶具导向定位板231上架设有一带压紧手轮2331的压紧板233，该压紧手轮2331用于调节压紧板233的压力；所述压紧板233与所述点焊冶具导向定位板231相垂直；所述点焊冶具限位块232固定于所述点焊冶具台板21上且与所述压紧板233相垂直，所述点焊冶具限位块232、所述两压紧板233围成一用于夹紧点焊冶具4的空间。
见如图2，其中所述系统还包括一底板3，所述底板3固定于所述立柱12下且位于所述点焊冶具台板21底部；所述的底板3上表面设有以利用所述点焊冶具台板21滑动的一组滑轨31，该组滑轨31并排相对设置；所述点焊冶具台板21可滑动地嵌设于所述滑轨31上；这样点焊冶具台板21可以在底板3上滑动，灵活度高。
如图5和图6所示，其中，所述点焊机构13包括焊针131、焊针固定座132、焊座主体133以及用于调节焊针压力的压力调节装置134；所述焊座主体133内嵌设有正极导向柱135和负极导向柱136，所述焊针固定座132与所述焊座主体133的正极导向柱135和负极导向柱136连接；所述焊针固定座132嵌设有所述焊针131；所述压力调节装置134嵌设在所述焊座主体133的尾部且与所述正极导向柱135和负极导向柱136连接。
所述焊座本体133上并排相对设置有一冶具气缸137和一用于旋转正极导向柱135的旋转装置138，所述旋转装置138包括一摆臂1381和一推杆1382；所述摆臂1381的一端嵌套在所述正极导向柱135上，另一端固定连接所述的推杆1382；所述推杆1382和所述的冶具气缸137的气缸轴(未图示)连接；这样点焊机构13中的冶具气缸137对旋转装置138的推杆1382做功使得摆臂1381进行转动从而使正极导向柱135旋转，破除了焊针131粘针的现象。
所述压力调节装置134包括一组调压旋钮1341、一组过渡套1342、一组螺杆1343、一组弹簧1344、一组弹簧上支撑台1345以及一组弹簧下支撑台1346；所述一组弹簧下支撑台1346分别套设在所述正极导向柱135和负极导向柱136；所述一组调压旋钮1341分别对应套设于所述的过渡套1342且通过螺杆1343进行固定；所述螺杆1343的尾部套设有所述弹簧上支撑台1345；所述弹簧1344嵌套于所述上支撑台1345和下支撑台1346之间，且上支撑台1345和下支撑台1346相对应；这样调节旋钮1341旋转时螺杆1343一起旋转，从而压缩弹簧1344，弹簧1344的另一头连接的正极导向柱135和负极导向柱136就可以滑动，从而调节焊针131的压力。
如图7所示，其中本发明的点焊冶具4包括两侧均带有一上锁合部411的上模板41、两侧均带有一下锁合部421的下模板42、以及一组带有锁紧螺杆431的锁紧手轮43；所述上模板41的上锁合部411和下模板42的下锁合部421经所述的带有锁紧螺杆431的锁紧手轮43进行锁合，所述上模板41和下模板42表面均设有复数个点焊窗口44。其点焊冶具也可以是其他类型的点焊冶具。
本发明的工作原理如下：
在点焊系统开始工作前先通过压力调节装置134将焊针131压力调节好，再调整横梁11高度以适应所点焊电芯的高度，通过设置所述用于调节所述横梁高度的立柱12来调节所述横梁11的高度；当旋动立柱12上的手轮121时，螺杆122转动横梁固定座112便随着螺杆122转动上升或下降，从而调节横梁11高度，横梁11高度调节完毕后，将电池包装入点焊治具4，点焊治具4分为上模板41和下模板42，上模板41和下模板42固定电池包，通过带有锁紧螺杆431的锁紧手轮43进行锁合上模板41和下模板42，使两模板夹紧，从而固定住电池包。电池包装入点焊治具4后，通过点焊冶具导向定位板231和一点焊冶具限位块232将点焊治具4进行限位，旋转压紧手轮2331推动压紧板233向前伸，压紧点焊冶具4。点焊冶具4固定完成后，按系统的启动按钮，微机中储存有相应点焊位置数据，按启动后微机发送数据给PLC，PLC得到位置数据后通过X轴伺服电机163控制所述X轴滑台14在横梁11中的定位，即完成点焊机构13在横梁11中的位置；再通过Y轴伺服电机152控制所述点焊机构13在Y轴的定位；X/Y轴定位完成后，开始点焊作业，其中点焊装置1中的焊针131接触到电池镍片时，系统的PLC控制点焊电源放电，同时点焊装置1中的冶具气缸147对旋转装置148做功使得正极导向柱145旋转，破除了焊针粘针的现象。一次点焊完成，继续下一点点焊直到所有焊点全部完成。点焊治具4一面焊点全部完成后，松开夹具，将整个点焊冶具4翻转一面夹紧，点焊另一面，两面全部完成后松开夹具取出电池包，完成一次流程。
本发明具有两轴(X、Y轴)运动机构，且横梁还可以在立柱上调节高度即完成Z轴的调节。本发明有如下优点：1、具有三轴运动能力，自动点焊灵活准确、生产效率高。2、Z轴高度可大范围调整，极大的提高了焊机对不同高度电芯的适应能力。3、一次装夹电芯数量大。4、系统的设备模块化组合设计可以同时适应横式、卧式点焊机，且压力、间距可调、正极焊针可旋转。本发明的点焊冶具4配合PLC精确控制，保证焊针快速运动和精确定位。焊针配备精密弹簧及压力调节装置保证点焊压力一致，同时焊针装配冶具气缸在焊接完成后做旋转动作解决粘针问题。系统PLC长期高速扫描输入电压，电源一波动，便立即计算补偿资料，改变焊接能量，使焊接不因电压波动而出现虚焊或炸火现象，通过系统PLC控制实现双脉冲焊接，即预焊和续焊。预焊清除氧化层，消除杂物，减小火花；续焊保证焊点美观牢固，焊点大小均匀无毛刺，保证每次焊接效果一致，保证了焊接质量和外观。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种电池组的龙门式自动点焊系统，其特征在于：包括上下设置且与所述系统的PLC连接的点焊装置和点焊冶具固定装置；所述点焊装置包括横梁、一组并排相对设置的用于调节所述横梁高度的立柱、点焊机构、用于固定所述点焊机构的X轴滑台、使所述点焊机构横向移动的Y轴运动机构以及使所述X轴滑台横向移动的X轴运动机构；所述横梁底部平行设置有两导轨，所述横梁表面设置有一组相对称的横梁固定座，所述两横梁固定座分别通过一带有手轮的螺杆可滑动地嵌在所述立柱上，以利于所述横梁在立柱上移动；所述立柱端部设有用于固定螺杆的螺杆固定座；所述X轴滑台垂直设于所述横梁底部且嵌套在所述两导轨上；所述Y轴运动机构设置于所述X轴滑台上，所述点焊机构固定设置于所述Y轴运动机构上且与所述点焊冶具固定装置相垂直；所述使X轴滑台横向移动的X轴运动机构设置设于所述横梁底部且位于所述两导轨之间；所述点焊冶具固定装置包括点焊冶具台板和用于夹紧点焊冶具的夹紧机构，所述夹紧机构设置于所述点焊冶具台板上且与所述点焊机构相垂直。
2.根据权利要求1所述的电池组的龙门式自动点焊系统，其特征在于：所述Y轴运动机构包括模组滑台和用于控制模组滑台横向移动的Y轴伺服电机；所述模组滑台上表面设有用于固定所述点焊机构的固定板；所述模组滑台垂直设于所述X轴滑台上，所述固定板固定于所述模组滑台上，所述Y轴伺服电机设于所述模组滑台的端部以控制模组滑台的纵向移动；所述X轴运动机构包括横梁丝杆、一组并排相对设置的用于固定横梁丝杆的轴承座以及用于控制所述X轴滑台在所述两导轨上滑动的X轴伺服电机；所述轴承座固定于所述横梁底部且位于所述两导轨之间，所述横梁丝杆固定在所述两轴承座之间且与所述横梁平行；所述X轴伺服电机固定于所述横梁底部且与所述横梁丝杆连接。
3.根据权利要求1所述的电池组的龙门式自动点焊系统，其特征在于：所述点焊机构包括焊针、焊针固定座、焊座主体以及用于调节焊针压力的压力调节装置；所述焊座主体内嵌设有正极导向柱和负极导向柱，所述焊针固定座与所述焊座主体的正极导向柱和负极导向柱连接；所述焊针固定座嵌设有所述焊针；所述压力调节装置嵌设在所述焊座主体的尾部且与所述正极导向柱和负极导向柱连接。
4.根据权利要求3所述的动力电池组电极片点焊系统，其特征在于：所述焊座本体上并排相对设置有一冶具气缸和一用于旋转正极导向柱的旋转装置，所述旋转装置包括一摆臂和一推杆；所述摆臂的一端嵌套在所述正极导向柱上，另一端固定连接所述的推杆；所述推杆和所述的冶具气缸的气缸轴连接。
5.根据权利要求3所述的动力电池组电极片点焊系统，其特征在于：所述压力调节装置包括一组调压旋钮、一组过渡套、一组螺杆、一组弹簧、一组弹簧上支撑台以及一组弹簧下支撑台；所述一组弹簧下支撑台分别套设在所述正极导向柱和负极导向柱；所述一组调压旋钮分别对应套设于所述的过渡套且通过螺杆进行固定；所述螺杆的尾部套设有所述弹簧上支撑台；所述弹簧嵌套于所述上支撑台和下支撑台之间，且上支撑台和下支撑台相对应。
6.根据权利要求1所述的动力电池组电极片点焊系统，其特征在于：所述夹紧机构包括一组并排相对设置的点焊冶具导向定位板和一点焊冶具限位块；所述点焊冶具导向定位板固定于所述点焊冶具台板上，所述点焊冶具导向定位板上架设有一带压紧手轮的压紧板，所述压紧板与所述点焊冶具导向定位板相垂直；所述点焊冶具限位块固定于所述点焊冶具台板上且与所述压紧板相垂直，所述点焊冶具限位块、所述两压紧板围成一用于夹紧点焊冶具的空间。
7.根据权利要求1所述的动力电池组电极片点焊系统，其特征在于：所述系统还包括一底板，所述底板固定于所述立柱下且位于所述点焊冶具台板底部；所述的底板上表面设有以利用所述点焊冶具台板滑动的一组滑轨，该组滑轨并排相对设置；所述点焊冶具台板可滑动地嵌设于所述滑轨上。
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