CN106271071A - 一种激光焊接工作站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光焊接工作站，包括激光焊接装置、输送装置、抓取装置和控制装置；输送装置包括用于传送电池模块的输送带，激光焊接装置和抓取装置分别设置在输送带的相对两侧；抓取装置包括第一夹持机构、第二夹持机构和转臂，激光焊接装置用于产生用于焊接的激光；该激光焊接装置和抓取装置均与控制装置电连接。因此，本发明提供的激光焊接工作站，能同步完成电池极耳与连接排的按压组装和焊接过程，提高极耳焊接精准度和工作效率；根据极耳材料控制焊缝形状，提高焊接后极耳的拉伸性能；通过机械按压整组，并且辅助设置除尘设备降低焊接过程中杂质的引入，提高电池模块的电学性能。

Description

一种激光焊接工作站

技术领域

本发明涉及电池加工设备技术领域，尤其涉及一种激光焊接工作站。

背景技术

随着新能源汽车行业的迅速发展，电池作为重要的部件之一，其装配工艺越来越受人们的关注，装配效率的高低直接影响到产品的市场占有率。动力锂电池因为使用寿命长，能量密度高，体积小，质量轻，使用安全等优点广泛应用在新能源汽车电池动力系统中。

动力锂电池一般包括锂电池电芯和安装于锂电池两侧端部的极耳，通过极耳可以方便的与其他动力系统连接。每个锂电池都有正负极耳，通过正负极耳与连接排固定在一起实现电池的串并联。如果极耳与连接排连接不良，会造成锂电池电阻增大，在充放电的过程中温度过高，动态压差增大，导致电池续航能力下降。为保证极耳的连接质量，在目前的锂电池制造工艺中，一般采用焊接的方法，首先将极耳与连接排按压组装，再将极耳和连接排焊接在一起。

然而现有的极耳焊接技术中存在着以下的缺点：1、通常采用的点焊方法焊接效率低，并不适用各种极耳材料，导致焊接处材料的电学和力学性能均较差；2、人工进行极耳的按压组装，劳动强度增大但生产效率远远达不到实际要求，并且人工按压会导致极耳和连接排连接不紧密，易导致虚焊或焊穿极耳，焊接合格率较低；3、点焊过程中，没有处理焊渣，这会在极耳和连接排中带入杂质，导致产品的电学性能下降。

发明内容

本发明提供一种激光焊接工作站，能同步完成电池极耳的按压组装和焊接过程，提高极耳焊接精准度和工作效率，根据极耳材料选取相应焊缝形状，提高焊接后极耳的拉伸性能，通过机械按压组装，辅助除尘设备，降低焊接过程中杂质的引入，提高电池模块的电学性能。

本发明提供一种激光焊接工作站，包括激光焊接装置、输送装置、抓取装置和控制装置；输送装置包括用于传送电池模块的输送带，输送带具有供电池模块抓取和焊接的预设焊接区域，激光焊接装置和抓取装置位于该预设焊接区域内；

该抓取装置包括第一夹持机构、第二夹持机构和转臂，该第一夹持机构和第二夹持机构均设置在转臂的末端，该第一夹持机构用于从第一方向夹持电池模块，该第二夹持机构用于从第二方向夹持电池模块，第一方向和第二方向均为水平方向，且第一方向和第二方向垂直；该转臂可自由转动，以使电池模块在第一夹持机构和第二夹持机构的夹持下进行翻转，并将电池模块上的极耳移动至预设焊接区域；

该激光焊接装置用于产生用于焊接的激光；

该激光焊接装置和抓取装置均与控制装置电连接，该控制装置用于控制抓取装置对电池模块进行翻转和移动，并在电池模块位于预设焊接区域时，控制激光焊接装置对电池模块上的极耳进行焊接操作。

可选的，该第一夹持机构包括第一气缸和第二气缸、第一夹持部和第二夹持部，该第一夹持部和第一气缸连接，该第二夹持部和第二气缸连接，该第一夹持部和第二夹持部相对设置，该第一气缸和第二气缸分别用于带动第一夹持部和第二夹持部移动，以使第一夹持部和第二夹持部沿第一方向上夹紧电池模块。

可选的，该第二夹持机构包括第三气缸和第四气缸、第三夹持部和第四夹持部，该第三夹持部和第三气缸连接，该第四夹持部和第四气缸连接，该第三夹持部和第四夹持部相对设置，该第三气缸和第四气缸分别用于带动第三夹持部和第四夹持部移动，以使第三夹持部和第四夹持部沿第二方向上夹紧电池模块。

可选的，该激光焊接工作站还包括：极耳压臂，该极耳压臂分别固定于第三夹持部和第四夹持部上，该极耳压臂上具有可压设在电池模块的极耳上的压头。

可选的，该极耳压臂上开设有通槽，该通槽的边缘形状为锯齿状。

可选的，该激光焊接工作站还包括：位置传感器，该位置传感器设置在抓取装置上，该位置传感器和控制装置电连接，该位置传感器用于检测电池模块的极耳是否在预设焊接区域内。

可选的，该激光焊接工作站还包括：风刀，该风刀位于抓取装置上，该风刀用于吹出可吹散焊接粉尘的气流。

可选的，该激光焊接装置包括振镜和用于产生激光束的激光源，该振镜的入光方向和激光源的出光方向相对，该振镜的角度可偏转，以改变激光源产生的激光束在预设焊接区域内的位置。

可选的，该激光焊接工作站还包括：监控屏幕和/或观察窗，该观察窗位于激光焊接装置一侧，且观察窗与振镜相对设置；该监控屏幕用于显示电池模块的焊接状态。

可选的，该传送带为倍速链。

本发明提供一种激光焊接工作站，通过输送装置和抓取装置能够自动传送和移动电池模块，实现电池极耳的按压组装和焊接过程同步完成，缩短现有技术中电池极耳焊接所需工时，在提高极耳焊接精准度的同时也提高了工作效率。根据被焊接极耳的材料，通过振镜和通槽边缘形状控制相应焊缝形状，提高焊接后极耳的拉伸性能。通过机械按压组装，辅助设置除尘设备，降低焊接过程中杂质的引入，提高电池模块的电学性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的激光焊接工作站结构示意图；

图2是本发明实施例提供的激光焊接装置细节图；

图3是本发明实施例提供的抓取装置细节图；

图4是本发明实施例提供的两个极耳位于电芯同侧的电池模块结构示意图；

图5是本发明实施例提供的两个极耳位于电芯异侧的电池模块结构示意图。

附图标记说明：

1-激光焊接装置； 2-输送装置； 3-抓取装置；

4-控制装置； 5-电池模块； 6-极耳压臂；

7-风刀； 8-位置传感器； 9-监控屏幕；

10-观察窗； 11-振镜； 12-激光源；

21-输送带； 31-第一夹持机构； 32-第二夹持机构；

33-转臂； 311-第一气缸； 312-第二气缸；

313-第一夹持部； 314-第二夹持部； 321-第三气缸；

322-第四气缸； 323-第三夹持部； 324-第四夹持部；

51-极耳； 52-电芯； 61-压头；

62-通槽。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的激光焊接工作站结构示意图，图2是本发明实施例提供的激光焊接装置结构示意图，图3是本发明实施例提供的抓取装置的结构示意图，图4是本发明实施例提供的两个极耳位于电芯同侧的电池模块结构示意图，图5是本发明实施例提供的两个极耳位于电芯异侧的电池模块结构示意图。如图1-5所示，本发明提供一种激光焊接工作站，包括激光焊接装置1、输送装置2、抓取装置3和控制装置4；输送装置2包括用于传送电池模块5的输送带21，输送带21具有供电池模块5抓取和焊接的预设焊接区域，激光焊接装置1和抓取装置3位于该预设焊接区域内。

需要说明的是，输送带21可以一条完整的或两条拼接而成的。当输送带21为一条时，该预设焊接区域可位于输送带21的侧边，激光焊接装置1和抓取装置3即位于输送带21的同侧，亦可位于输送带21的相对两侧。当输送带21位两条拼接而成时，该预设焊接区域位于两条输送带21的连接处，这两条输送带21的输送方向相同。

该抓取装置3包括第一夹持机构31、第二夹持机构32和转臂33，该第一夹持机构31和第二夹持机构32均设置在转臂33的末端，该第一夹持机构31用于从第一方向夹持电池模块5，第一方向为第一夹持机构31运动的轴向方向；该第二夹持机构32用于从第二方向夹持电池模块5，第二方向为第二夹持机构32运动的轴向方向。第一方向和第二方向均为水平方向，且第一方向和第二方向垂直；该转臂33可自由转动，以使电池模块5在第一夹持机构31和第二夹持机构32的夹持下进行翻转，并将电池模块5上的极耳51移动至预设焊接区域。

该激光焊接装置1用于产生用于焊接的激光。

该激光焊接装置1和抓取装置3均与控制装置4电连接，该控制装置4用于控制抓取装置3对电池模块5进行翻转和移动，并在电池模块5位于预设焊接区域时，控制激光焊接装置1对电池模块5上的极耳51进行焊接操作。

需要说明的是，本发明选取激光焊接电池模块5的极耳51，激光焊接速度快，焊接后焊斑较小，所以焊斑形成的焊缝也较小。本发明优选的焊斑直径仅为0.3mm。在焊接过程中的焊接热量较小，使得随焊接发生的热变形较少，此种焊接方式适合于类似于电池极耳51的需要精细焊接工艺的产品。

需要说明的是，本发明通过第一夹持机构31、第一夹持机构31和转臂33，实现电池模块5的移动和翻转。相比于现有技术中人工移动和翻转电池模块5完成按压组装，通过机械实现移动和翻转，保证极耳51紧密贴合连接排，防止在焊接过程中发生虚焊或是焊穿极耳51，提高工作效率，降低工作强度的同时保证较高的焊接合格率。现有技术中，为平衡生产线节拍，在极耳51按压组装和焊接工位通常需要4人，所需工时为3分钟。使用本发明提供的激光焊接工作站，经过优化的程序控制，该工位无需工人，优选的所需工时为40s。

需要说明的是，实际生产中，电池模块5是由若干个极耳51和若干个电芯52组装而成。图4和图5仅表示了一个电芯和两个极耳51组装形成电池模块5。当两个极耳51位于电芯52同侧时，焊接可一次性完成两个极耳51与连接排的焊接。当两个极耳51位于电芯52异侧时，焊接分两次完成，先焊接一侧的极耳51与连接排后，再通过抓取装置3翻转电池模块5，焊接另一侧极耳51与连接排。

可选的，该第一夹持机构31包括第一气缸311和第二气缸312、第一夹持部313和第二夹持部314，该第一夹持部313和第一气缸311连接，该第二夹持部314和第二气缸312连接，该第一夹持部313和第二夹持部314相对设置，该第一气缸311和第二气缸312分别用于带动第一夹持部313和第二夹持部314移动，以使第一夹持部313和第二夹持部314沿第一方向上夹紧电池模块5。

可选的，该第二夹持机构32包括第三气缸321和第四气缸322、第三夹持部323和第四夹持部324(图中未示出)，该第三夹持部323和第三气缸321连接，该第四夹持部324和第四气缸322连接，该第三夹持部323和第四夹持部324相对设置，该第三气缸321和第四气缸322分别用于带动第三夹持部323和第四夹持部324移动，以使第三夹持部323和第四夹持部324沿第二方向上夹紧电池模块5。

需要说明的是，第一夹持机构31主要是从输送带21上夹取电池模块5，通过第一气缸311和第二气缸312的推杆带动第一夹持部313和第二夹持部314移动，从第一方向上固定位于第一夹持部313和第二夹持部314内部的电池模块5，在第一夹持部313和第二夹持部314的底部均设有防止电池模块5滑脱的弯钩状夹持件。

第二夹持机构32主要是夹紧已夹取的电池模块5，便于后期移动和翻转。通过第三气缸321和第四气缸322的推杆带动第三夹持部323和第四夹持部324移动，从第二方向上施加作用力夹紧位于第三夹持部323和第四夹持部324内部的电池模块5，进一步防止电池模块5滑脱。

可选的，该激光焊接工作站还包括：极耳压臂6，该极耳压臂6分别固定于第三夹持部323和第四夹持部324上，该极耳压臂6上具有可压设在电池模块5的极耳51上的压头61。

需要说明的是，该极耳压臂6位于第三夹持部323和第四夹持部324上，在夹紧电池模块5的同时，通过压头61按压极耳51，使其紧密贴合连接排并保持此状态，直至完成焊接。

可选的，该极耳压臂6上开设有通槽62，该通槽62的边缘形状为锯齿状。

可选的，该激光焊接工作站还包括：位置传感器8，该位置传感器8设置在抓取装置3上，该位置传感器8和控制装置4电连接，该位置传感器8用于检测电池模块5的极耳51是否在预设焊接区域内。

需要说明的是，通过抓取装置3在X、Y和Z方向上调节电池模组的具体位置，通过位置传感器8检测电池模组的极耳51是否位于预设焊接区域内，精确定位后开始焊接。

可选的，该激光焊接工作站还包括：风刀7，该风刀7位于抓取装置3上，该风刀7用于吹出可吹散焊接粉尘的气流。

可选的，该激光焊接装置1包括振镜11和用于产生激光束的激光源12，该振镜11的入光方向和激光源12的出光方向相对，该振镜11的角度可偏转，以改变激光源12产生的激光束在预设焊接区域内的位置。

需要说明的是，激光源12位于恒温房内，并且配备设置有冷水机，维持激光源12的温度，保证产生稳定的激光源12。

该振镜11通过角度偏转，改变激光束的位置，同时配合使用具有不同边缘形状的通槽62，可以改变极耳51焊缝的形状，一般焊缝形状有线性、弧形或锯齿形等。现有的正负极的极耳51所选取的材料并不相同，正极一般选用铝，负极选用铜或者铜镀镍等，不同材料在焊接过程中，选定不同的焊缝形状，焊接后的极耳51拉伸性能会有所不同。在实际生产过程中，根据极耳51的材料，选用相应边缘形状的通槽62，改变振镜11的角度偏转形成相应的焊缝形状，使得焊接后的极耳51具有最佳的拉伸性能。

可选的，该激光焊接工作站还包括：监控屏幕9和/或观察窗10，该观察窗10位于激光焊接装置1一侧，且观察窗10与振镜11相对设置；该监控屏幕9用于显示电池模块5的焊接状态。

可选的，该传送带为倍速链。

需要说明的是，监控屏幕9和观察窗10两者共同用于实时监测系统的运行状态，在监控屏幕9的相对侧还设置有维修门。观察窗10可直接观察电池模块5在倍速链上的位置与焊接状态，当电池模块5随倍速链移动，活动位置距观察窗10较远无法清晰观察时，可通过监控屏幕9进行细节监测，该倍速链的传输速度可根据实际生产需要调节。如遇该激光焊接工作站出现故障或是监测到电池模块5焊接出现问题时，首先关停激光焊接装置1和倍速链5，然后通过维修门对其内部进行故障排查。

本发明提供一种激光焊接工作站，通过输送装置2和抓取装置3能够自动传送和移动电池模块5，实现电池极耳51与连接排的按压组装和焊接过程同步完成，缩短现有技术中电池极耳51焊接所需工时，在提高极耳51焊接精准度的同时也提高了工作效率。根据被焊接极耳51的材料，通过振镜11和通槽62边缘形状控制相应焊缝形状，提高焊接后的极耳51的拉伸性能。通过机械按压组装，辅助设置除尘设备，降低焊接过程中杂质的引入，提高电池模块5的电学性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种激光焊接工作站，其特征在于，包括激光焊接装置、输送装置、抓取装置和控制装置；所述输送装置包括用于传送电池模块的输送带，所述输送带具有供电池模块抓取和焊接的预设焊接区域，所述激光焊接装置和所述抓取装置位于所述预设焊接区域内；

所述抓取装置包括第一夹持机构、第二夹持机构和转臂，所述第一夹持机构和所述第二夹持机构均设置在所述转臂的末端，所述第一夹持机构用于从第一方向夹持所述电池模块，所述第二夹持机构用于从第二方向夹持所述电池模块，所述第一方向和所述第二方向均为水平方向，且所述第一方向和所述第二方向垂直；所述转臂可自由转动，以使所述电池模块在所述第一夹持机构和所述第二夹持机构的夹持下进行翻转，并将所述电池模块上的极耳移动至所述预设焊接区域；

所述激光焊接装置用于产生用于焊接的激光；

所述激光焊接装置和所述抓取装置均与所述控制装置电连接，所述控制装置用于控制所述抓取装置对所述电池模块进行翻转和移动，并在所述电池模块位于所述预设焊接区域时，控制所述激光焊接装置对所述电池模块上的极耳进行焊接操作。

2.根据权利要求1所述的激光焊接工作站，其特征在于，所述第一夹持机构包括第一气缸和第二气缸、第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和所述第一气缸连接，所述第二夹持部和所述第二气缸连接，所述第一夹持部和所述第二夹持部相对设置，所述第一气缸和所述第二气缸分别用于带动所述第一夹持部和所述第二夹持部移动，以使所述第一夹持部和所述第二夹持部沿所述第一方向上夹紧所述电池模块。

3.根据权利要求1或2所述的激光焊接工作站，其特征在于，所述第二夹持机构包括第三气缸和第四气缸、第三夹持部和第四夹持部，所述第三夹持部和所述第三气缸连接，所述第四夹持部和所述第四气缸连接，所述第三夹持部和所述第四夹持部相对设置，所述第三气缸和所述第四气缸分别用于带动所述第三夹持部和所述第四夹持部移动，以使所述第三夹持部和所述第四夹持部沿所述第二方向上夹紧所述电池模块。

4.根据权利要求3所述的激光焊接工作站，其特征在于，还包括：极耳压臂，所述极耳压臂分别固定于所述第三夹持部和所述第四夹持部上，所述极耳压臂上具有可压设在所述电池模块的极耳上的压头。

5.根据权利要求4所述的激光焊接工作站，其特征在于，所述极耳压臂上开设有通槽，所述通槽的边缘形状为锯齿状。

6.根据权利要求1或2所述的激光焊接工作站，其特征在于，还包括：位置传感器，所述位置传感器设置在所述抓取装置上，所述位置传感器和所述控制装置电连接，所述位置传感器用于检测所述电池模块的极耳是否在所述预设焊接区域内。

7.根据权利要求1或2所述的激光焊接工作站，其特征在于，还包括：风刀，所述风刀位于所述抓取装置上，所述风刀用于吹出可吹散焊接粉尘的气流。

8.根据权利要求1或2所述的激光焊接工作站，其特征在于，所述激光焊接装置包括振镜和用于产生激光束的激光源，所述振镜的入光方向和所述激光源的出光方向相对，所述振镜的角度可偏转，以改变所述激光源产生的激光束在所述预设焊接区域内的位置。

9.根据权利要求1或2所述的激光焊接工作站，其特征在于，还包括：监控屏幕和/或观察窗，所述观察窗位于所述激光焊接装置一侧，且所述观察窗与所述振镜相对设置；所述监控屏幕用于显示所述电池模块的焊接状态。

10.根据权利要求1或2所述的激光焊接工作站，其特征在于，所述传送带为倍速链。