CN102554450A - 一种动力电池多层电极超声波机械手焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，包括超声波机械手装置和电气控制系统，前者包括机械同步器和滑轨滑动装置，以及均受控于电气控制系统的驱动件和两套超声波点焊系统，滑轨滑动装置包括沿竖直方向导向的滑轨和与滑轨滑动配合连接的上、下布置的上、下滑块，两套超声波点焊系统分别安装于上、下滑块上，以分别从待焊电池的上方和下方将极片和极耳焊接在一起，驱动件通过机械同步器带动上、下滑动沿相反的方向同步运动。本发明的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备利用一驱动件驱动两套超声波点焊系统，可以很好地保证焊接作业的同步性和一致性，并且可满足厚极片的焊接要求。

Description

一种动力电池多层电极超声波机械手焊接设备

技术领域

本发明涉及一种用于自动焊接动力电池极片与极耳的焊接设备，尤其涉及一种超声波机械手焊接设备。

背景技术

目前，超声波焊接设备在具有两套以上的超声波焊接系统的应用中，需要为每套超声波焊接系统各配置一套驱动系统，由于各套驱动系统的动作是相互独立的，因此，很难保证各套超声波焊接系统的动作的同步性和焊接力的一致性，容易造成焊接效果达不到现在动力电池多层焊接工艺的要求。因此，在动力电池多层极片与极耳或极柱的焊接中，就需要特殊的焊接压力和超声波频率，否则会损坏动力电池多层极片与极耳或极柱，影响到电池的生产合格率。另外，在现有超声波焊接设备的基础上，动力电池多层电极焊接工艺一般是采用单点焊接和手动方式进给工件，这就导致现有超声波焊接设备具有焊接效率较低，无法保证焊接质量，无法满足大批量、规模化、产品一致性生产要求的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种可保证焊接同步性和焊接力一致性的超声波机械手焊接设备。

本发明采用的技术方案为：一种动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，包括超声波机械手装置和电气控制系统，所述超声波机械手装置包括机械同步器和滑轨滑动装置，以及均受控于电气控制系统的驱动件和两套超声波点焊系统，所述滑轨滑动装置包括沿竖直方向导向的滑轨和与滑轨滑动配合连接的上、下布置的上、下滑块，两套超声波点焊系统分别安装于上、下滑块上，以分别从待焊电池的上方和下方将极片和极耳焊接在一起，所述驱动件通过机械同步器带动上、下滑动沿相反的方向同步运动。

其中，所述机械同步器包括固定块、主动件、第一连杆和第二连杆，所述固定块固定安装于机械同步器的安装架上，固定块具有沿竖直方向导向的连杆滑轨，所述第一连杆与连杆滑轨滑动配合连接，第一连杆的上端与上滑块固连，第一连杆的下端与第二连杆的第一端铰接，第二连杆在中部与机械同步器的安装架铰接，第二连杆的第二端上设置有滑槽，固连于下滑块上的柱销与滑槽滑动配合连接，以在第二连杆绕其与安装架的铰接点转动进而带动下滑块沿滑轨滑动时调节柱销与所述铰接点间的距离；所述驱动件通过主动件带动第一连杆沿连杆滑轨在竖直方向上运动。

其中，所述固定块具有沿第一水平方向导向的主动件滑轨，所述主动件与主动件滑轨滑动配合连接，所述主动件上设置有与竖直方向和水平方向均成角度设置的斜槽，所述第一连杆上的连接柱与斜槽滑动配合连接，以在驱动件带动主动件在第一水平方向上运动时通过改变连接柱在斜槽中的位置带动第一连杆在竖直方向上运动。

其中，所述连杆滑轨和主动件滑轨彼此贯通，所述第一连杆具有一开口槽，所述主动件穿设于开口槽中，所述连接柱贯穿主动件上的斜槽与第一连杆的形成开口槽的侧壁固连。

其中，所述主动件设置有与竖直方向和水平方向均成角度设置的斜面，所述第一连杆上的针杆与斜面相接触，以在驱动件带动主动件在第一水平方向上运动时通过改变针杆与斜面的接触位置调整第一连杆在竖直方向上的位置。

其中，所述主动件为凸轮，所述驱动件带动凸轮转动，所述第一连杆上的针杆与凸轮的作用面相接触。

其中，所述动力电池多层电极超声波机械手焊接设备还包括电池装夹装置，所述电池装夹装置包括定于放置电池和极耳的定位板和用于保持电池的极片与极耳的相对位置关系的装夹压板，其中，所述装夹压板与极耳之间具有供位于上方的超声波点焊系统的超声模具从极片的上表面将极片与极耳焊接在一起的上焊接间隙，所述定位板上设置有供位于下方的超声波点焊系统的超声模具从极片的下表面将极片与极耳焊接在一起的下焊接间隙，极片与极耳的焊接点沿上、下焊接间隙顺次排列。

其中，所述动力电池多层电极超声波机械手焊接设备还包括带动所述电池装夹装置的定位板沿上、下焊接间隙的方向运动的输送装置，使两套超声波点焊系统可在输送装置的输送下顺次完成沿上、下焊接间隙方向排列的各焊接点的焊接作业。

其中，所述动力电池多层电极超声波机械手焊接设备还包括输送装置，所述输送装置包括受控于电气控制系统的电机和由电机驱动的丝杠螺母传动机构，所述电池装夹装置的定位板固定安装于丝杠螺母传动机构的螺母上，所述输送装置的输送方向与所述上、下焊接间隙的方向一致，使超声波点焊系统可在输送装置的输送下顺次完成沿上、下焊接间隙方向排列的各焊接点的焊接作业。

本发明的有益效果为：由于多层电极的极片比较厚，一般需要两套超声波点焊系统分别从极片的上、下表面同时进行焊接，因此，对两套超声波点焊系统的焊接同步性要求较高，而本发明的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备利用一驱动件驱动两套超声波点焊系统，可以很好地保证焊接作业的同步性和一致性。另外，本发明的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备利用输送装置与超声波点焊系统的配合实现了自动焊接，有效地提高了焊接效率。

附图说明

图1为根据本发明动力电池多层电极超声波机械手焊接设备的一种实施方式的立体结构示意图；

图2为根据本发明动力电池多层电极超声波机械手焊接设备的一种实施方式的与图1视角不同的立体结构示意图；

图3、4和5分别为根据本发明动力电池多层电极超声波机械手焊接设备的一种实施方式的超声波机械手装置的采用不同视角绘制的立体结构示意图，其中图4和5相对图3还示出了附加的安装板和封装板等。

图6为根据本发明动力电池多层电极超声波机械手焊接设备的一种实施方式的输送装置和电池装夹装置的结构示意图；

图7为图6中电池装夹装置的结构示意图；

图8a和8b分别为示出电池的极片与极耳的相对位置关系的主视图和侧视图；

图9为图3至5中机械同步器的一种实施结构的剖视图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备包括超声波机械手装置2和例如是PLC控制系统的电气控制系统4，如图3至5所示，该超声波机械手装置2包括机械同步器2-1和滑轨滑动装置2-2，以及均受控于电气控制系统4的驱动件和两套超声波点焊系统，该滑轨滑动装置2-2包括沿竖直方向导向的滑轨和与滑轨滑动配合连接的上、下布置的上、下滑块，在此，该滑轨可包括上、下布置的分别与上、下滑块的运动行程相对应的上滑轨和下滑轨。两套超声波点焊系统分别安装于上、下滑块上，以分别从如图6所示的待焊电池A的上方和下方将如图8a和8b所示的电池的极片C和极耳B焊接在一起，该驱动件在电气控制系统4的控制下通过机械同步器2-1带动上、下滑动沿相反的方向同步运动，即相向运动后分别从极片C的上、下表面同步完成焊接，背向运动后脱离当前焊接点，为焊接下一个焊接点做准备。惯常使用的超声波点焊系统包括如图3所述的超声模具2-6和与超声模具2-6连接的超声波换能装置2-7，超声波换能装置2-7将超声波发生器6产生的高频交流电信号转换成机械量，并将该机械量提供给超声模具2-6，由超声模具2-6将机械量转换为热量对电池的极片与极耳(电极)进行焊接。

如图3至5所示，该机械同步器2-1可包括固定块2-16、主动件2-11、第一连杆2-13和第二连杆2-15，固定块2-16固定安装于机械同步器的安装架上，固定块2-16具有沿竖直方向导向的连杆滑轨，第一连杆2-13与连杆滑轨滑动配合连接，第一连杆2-13的上端与上滑块固连，在此第一连杆可包括与连杆滑轨滑动配合的竖直部和与竖直部承接的作为其上端的水平部，第一连杆2-13通过其水平部与上滑块固连，第一连杆2-13的下端与第二连杆2-15的第一端铰接，第二连杆2-15在中部与机械同步器2-1的安装架铰接，第二连杆2-15的第二端上设置有滑槽，固连于下滑块上的柱销与滑槽滑动配合连接，以在第二连杆绕其与安装架的铰接点转动进而带动下滑块沿滑轨滑动时调节柱销与所述铰接点间的距离，在此，本领域的技术人员应当清楚，柱销与滑槽的配合间隙要保证第二连杆转动时可通过柱销带动下滑块运动，又可使二者之间可相对滑动；该驱动件通过主动件2-11带动第一连杆2-13沿连杆滑轨在竖直方向上运动，根据上述结构，当第一连杆2-13在竖直方向上运动时会因其与第二连杆2-15铰接而带动第二连杆转动，进而实现上、下滑块沿相反方向运动。机械同步器2-1可通过安装板2-5安装于如图1和2所示的工作台1上。

第一连杆2-13与主动件2-11之间可采用但不局限于以下结构：

实施例1：固定块2-16具有沿第一水平方向(水平面上的一方向)导向的主动件滑轨，主动件2-11与主动件滑轨滑动配合连接，如图9所示，主动件2-11上设置有与竖直方向和水平方向均成角度设置的斜槽2-12，即斜槽即不沿竖直方向也不沿水平方向(包括水平面上的任意方向)，第一连杆2-13上的连接柱2-14与斜槽2-13滑动配合连接，以在例如是气缸2-3的驱动件带动主动件2-11在第一水平方向上运动时通过改变连接柱2-14在斜槽中的位置带动第一连杆2-13在竖直方向上运动。其中，该斜槽优选是在竖直方向与第一水平方向构成的平面上设置，而斜槽2-12相对竖直方向与第一水平方向成角度设置。为了便于布局，该第一水平方向特别是与超声波点焊系统的轴向一致，及超声模具2-6的轴向一致。

在实施例1的基础上，该连杆滑轨可与主动件滑轨彼此贯通，形成“十”字型交叉滑轨，如图4和9所示，该第一连杆2-13具有一开口槽，主动件2-11穿设于开口槽中，即通过开口槽贯穿第一连杆2-13，连接柱2-14贯穿主动件上的斜槽2-12与第一连杆2-13的形成开口槽的侧壁固连，该开口槽的侧壁可在与第一水平方向垂直的第二水平方向上相对设置。该第二连杆2-15的第一端可嵌入开口槽的底部与第一连杆2-13的下端铰接。

实施例2：该主动件2-11可设置有与竖直方向和水平方向均成角度设置的斜面，第一连杆2-13上的针杆与斜面相接触，以在如图4所示的例如是气缸2-3的驱动件带动主动件2-11在第一水平方向上运动时通过改变针杆与斜面的接触位置调整第一连杆2-13在竖直方向上的位置，通常该斜面为主动件2-11的上表面。

实施例3：主动件2-13为凸轮，驱动件带动凸轮转动，第一连杆2-13上的针杆与凸轮的作用面相接触，以通过凸轮的转动改变针杆进而改变第一连杆2-13在竖直方向上的位置。

为了保证焊接位置的准确度，该动力电池多层电极超声波机械手焊接设备还可包括如图1和2所示的电池装夹装置5，如图6和7所示，该电池装夹装置5可包括定于放置如图9所示的电池A和极耳B的定位板5-1和用于保持电池A的极片C与极耳B的相对位置关系的装夹压板5-3，其中，装夹压板5-3与极耳B之间具有供位于上方的超声波点焊系统的超声模具2-6从极片C的上表面将极片C与极耳B焊接在一起的上焊接间隙，定位板5-1上设置有供位于下方的超声波点焊系统的超声模具2-6从极片C的下表面将极片C与极耳B焊接在一起的下焊接间隙，这样上、下超声模具从极片的上、下表面同步进行焊接，即可保证焊接的可靠性，又可提高焊接效率。其中，该装夹压板5-3在固定好电池与极耳后即可通过紧固件固定于定位板5-1上。

为了使动力电池多层电极超声波机械手焊接设备可自动完成焊接，如图1和2所示，其还可包括带动电池装夹装置5的定位板5-1沿上、下焊接间隙的方向运动的输送装置5，使两套超声波点焊系统可在输送装置的输送下顺次完成沿上、下焊接间隙方向排列的如图8a和8b所示的各焊接点a-a的焊接作业。

如图6所示，该输送装置5可包括受控于电气控制系统4的电机3-1和由电机驱动的丝杠螺母传动机构3-3，电池装夹装置的定位板5-1可通过输送装置的输送平台3-2固定安装于丝杠螺母传动机构的螺母上，输送装置的输送方向与上、下焊接间隙的方向一致，使超声波点焊系统可在输送装置的输送下顺次完成沿上、下焊接间隙方向排列的各焊接点的焊接作业。另外，该输送方向通常为与超声模具2-6的轴向垂直的第二水平方向。

本发明的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备焊接电池极片与极耳的步骤如下：

A.先将待焊接电池装夹于电池装夹装置5上，并将电池装夹装置5安放在输送平台3-2上；

B.启动电气控制系统4，输送平台3-2在电气控制系统4的控制下进给，当进给到第一个焊接点时停止进给，此时电气控制系统4已控制两个超声模具2-6到达第一个焊接点，并使二者分别从极片的上、下表面完成第一个焊接点的焊接；焊接完成后，电气控制系统4控制驱动件2-3使超声模具分别向上和向下离开第一个焊接点，并控制电机3-1带动输送平台3-2继续进给直到到达第二个焊接点，以此类推，直到完成所有焊接点处的焊接。

C.当前待焊接电池完成所有点的焊接后，取下电池装夹装置，拆卸装夹，取出已焊接的电池。

与现有超声波焊接设备相比较，本发明的焊接设备更能有效解决当今厚电极的多层焊接工艺，通常情况下，本发明的焊接设备对动力电池多层电极的焊接压力为0.1～0.8MPa，超声波焊接最佳时长为0.02～2S，点焊功率为800～20000W，超声波频率为15～40KHz。利用本发明的焊接设备可以解决十几层至一百多层的单面或双面焊的动力电池多层极片与电极焊接要求。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用来限定本发明的实施范围，但凡在本发明的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：包括超声波机械手装置和电气控制系统，所述超声波机械手装置包括机械同步器和滑轨滑动装置，以及均受控于电气控制系统的驱动件和两套超声波点焊系统，所述滑轨滑动装置包括沿竖直方向导向的滑轨和与滑轨滑动配合连接的上、下布置的上、下滑块，两套超声波点焊系统分别安装于上、下滑块上，以分别从待焊电池的上方和下方将极片和极耳焊接在一起，所述驱动件通过机械同步器带动上、下滑动沿相反的方向同步运动。

2.根据权利要求1所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述机械同步器包括固定块、主动件、第一连杆和第二连杆，所述固定块固定安装于机械同步器的安装架上，固定块具有沿竖直方向导向的连杆滑轨，所述第一连杆与连杆滑轨滑动配合连接，第一连杆的上端与上滑块固连，第一连杆的下端与第二连杆的第一端铰接，第二连杆在中部与机械同步器的安装架铰接，第二连杆的第二端上设置有滑槽，固连于下滑块上的柱销与滑槽滑动配合连接，以在第二连杆绕其与安装架的铰接点转动进而带动下滑块沿滑轨滑动时调节柱销与所述铰接点间的距离；所述驱动件通过主动件带动第一连杆沿连杆滑轨在竖直方向上运动。

3.根据权利要求2所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述固定块具有沿第一水平方向导向的主动件滑轨，所述主动件与主动件滑轨滑动配合连接，所述主动件上设置有与竖直方向和水平方向均成角度设置的斜槽，所述第一连杆上的连接柱与斜槽滑动配合连接，以在驱动件带动主动件在第一水平方向上运动时通过改变连接柱在斜槽中的位置带动第一连杆在竖直方向上运动。

4.根据权利要求3所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述连杆滑轨和主动件滑轨彼此贯通，所述第一连杆具有一开口槽，所述主动件穿设于开口槽中，所述连接柱贯穿主动件上的斜槽与第一连杆的形成开口槽的侧壁固连。

5.根据权利要求2所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述主动件设置有与竖直方向和水平方向均成角度设置的斜面，所述第一连杆上的针杆与斜面相接触，以在驱动件带动主动件在第一水平方向上运动时通过改变针杆与斜面的接触位置调整第一连杆在竖直方向上的位置。

6.根据权利要求2所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述主动件为凸轮，所述驱动件带动凸轮转动，所述第一连杆上的针杆与凸轮的作用面相接触。

7.根据权利要求1所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述动力电池多层电极超声波机械手焊接设备还包括电池装夹装置，所述电池装夹装置包括定于放置电池和极耳的定位板和用于保持电池的极片与极耳的相对位置关系的装夹压板，其中，所述装夹压板与极耳之间具有供位于上方的超声波点焊系统的超声模具从极片的上表面将极片与极耳焊接在一起的上焊接间隙，所述定位板上设置有供位于下方的超声波点焊系统的超声模具从极片的下表面将极片与极耳焊接在一起的下焊接间隙，极片与极耳的焊接点沿上、下焊接间隙顺次排列。

8.根据权利要求7所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述动力电池多层电极超声波机械手焊接设备还包括带动所述电池装夹装置的定位板沿上、下焊接间隙的方向运动的输送装置，使两套超声波点焊系统可在输送装置的输送下顺次完成沿上、下焊接间隙方向排列的各焊接点的焊接作业。

9.根据权利要求8所述的动力电池多层电极超声波机械手焊接设备，其特征在于：所述输送装置包括受控于电气控制系统的电机和由电机驱动的丝杠螺母传动机构，所述电池装夹装置的定位板固定安装于丝杠螺母传动机构的螺母上。

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