CN106733706A - 一种电芯分选设备及其分选方法 - Google Patents

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华周发
蒋中林
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Abstract

本发明所提供的一种电芯分选设备，具有设备前端的上料区、位于设备后端的合格品待料区以及设备一侧的不合格品暂存区，还具有配电柜，上料区具有电芯原料存放装置，电芯原料存放装置为电芯夹具，电芯夹具上安装有重量传感器，所述的重量传感器接入设备的PLC控制电路中，本发明还包括支撑机构、测试机构以及传送机构。本发明还提供了上述电芯分选设备的分选方法，达到了提高电芯各项指标测量自动化程度，减小人工测量误差以及降低人工生产成本的目的。

Description

一种电芯分选设备及其分选方法
技术领域
本发明涉及电芯测试技术领域，特别属于一种电芯分选设备及其分选方法。
背景技术
为了解决能源危机和环境危机，新能源行业的高度发展已全球化，尤其是电动汽车动力电池在汽车上广泛应用。而动力电池系统的性能和寿命跟系统成组的单个电芯一致性有着直接的联系，这些一致性包括电芯的质量，尺寸，极柱外观，电压和内阻。
电芯质量与电芯容量有着直接的关系，而系统容量会因为某个低容量电芯引起短板效应，即整体容量降低。对于同一款电芯，电芯间的质量差异主要来源于电芯活性材料的填充量，填充量偏多，则电芯容量较高；填充量偏少，则容量较低。如果要控制电芯容量的一致性，控制电芯质量可作为一种检测手段。
电芯尺寸差异会影响电池模块成组，例如电芯厚度差异较大则会影响电池模块厚度方向上的固定，电芯高度一致性差异较大则会影响后续电芯极柱的焊接，高度低的电芯极柱会与电芯连接条产生距离造成焊接失效或产生较大的焊接应力，这个应力具有在后期使用时发生断裂的风险。
电芯极柱外观不良，如破损，裂纹，凹坑，锈蚀，其他杂质都会影响后续电芯焊接工艺，造成焊接不良，导致连接失效，以及造成其他安全隐患。
电芯电压和内阻一致性差，根据电池的短板效应，会造成电池系统整体性能和寿命下降。
综上所述，对电芯的质量、尺寸、极柱外观、电压和内阻控制是必须的，而目前行业里大部分电池系统生产商会对电芯的电压和内阻进行控制，但对电芯质量，尺寸和极柱外观没有做全部控制，而且所有的测量基本靠人工用手测量，测量误差较大，效率低下。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种电芯分选设备及其分选方法，以达到提高电芯各项指标测量的自动化程度，减小人工测量误差以及降低人工生产成本的目的。
本发明所提供的一种电芯分选设备，具有设备前端的上料区、位于设备后端的合格品待料区以及设备一侧的不合格品暂存区，还具有配电柜，其特征在于，上料区具有电芯原料存放装置，所述的电芯原料存放装置为电芯夹具，电芯夹具上安装有重量传感器，所述的重量传感器接入设备的PLC控制电路中，此外，本发明还包括支撑机构、测试机构以及传送机构，所述的测试机构以及传送机构分别连接配电柜，其中，支撑机构为设备支架构成，支架与支架之间通过螺栓紧固连接；测试机构由前向后依次包括在线称重机、红外测量仪、电子拍照摄像头、内阻仪、扫码设备以及喷码设备，所述的在线称重机、红外测量仪、电子拍照摄像头、内阻仪、扫码设备以及喷码设备分别通过螺栓紧固至独立的支架，传送机构包括机械手以及不合格品传送道，所述的在线称重机、红外测量仪、电子拍照摄像头、内阻仪、扫码设备以及喷码设备、机械手分别接入设备的PLC控制电路中，所述的不合格品传送道于底端连接不合格品暂存区。
进一步的，所述的机械手为电驱动机器人或气缸驱动机器人的任意一种。
进一步的，所述的机械手与电芯夹具相配合构成电芯上料工位；机械手与在线称重机相配合构成电芯质量测量工位；机械手与红外测量仪相配合构成电芯尺寸测量工位；机械手与电子拍照摄像头相配合构成电芯极柱拍照工位；机械手与内阻仪相配合构成电芯电压内阻测试工位；机械手与扫码设备相配合构成电芯扫码工位；机械手与喷码设备相配合构成电芯喷码工位。
进一步的，相对于所述的不合格品暂存区位于设备的另一侧，还设有L型挡板。
进一步的，所述的不合格品传送道为具有倾斜角度且表面光滑的轨道。
本发明所提供的一种电芯分选设备的分选方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过PLC系统控制，当电芯放置电芯夹具上，电芯夹具通过重量感应，将信号发送至PLC系统，PLC系统发出指令给电芯上料工位的机械手，将电芯夹起并运送至电芯质量测量工位，释放电芯后返回至原处；
步骤2：当在线称重机3测出电芯质量后，将质量信号发送至PLC系统，并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯质量上下限，判断该电芯是否合格，如果在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令给电芯尺寸测量工位上的机械手，将在线称重机上的电芯夹起并运送至电芯尺寸测量工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯尺寸测量工位上的机械手，将在线称重机上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤3：当电芯经过红外尺寸测量后，数据会传输至PLC并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯尺寸上下限，来判断该电芯是否合格，如果在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令给电芯极柱拍照工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至电芯极柱拍照工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯极柱拍照工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤4：当电芯极柱拍照工位感知电芯质量后，PLC系统发出指令给电子拍照摄像头进行电子拍照，经过极柱拍照后，照片会传输至PLC并保存，PLC系统中设置了合格极柱照片和不合格极柱照片，系统会将拍照的图片与设置的照片进行对比分析，来判断该电芯极柱外观是否合格，如果合格，PLC系统发出指令给电芯电压内阻测量工位上的机械手，将电芯极柱拍照工位上电芯夹起并运送至电芯电压内阻测量工位，释放电芯后机械手返回原处；如果不合格，PLC系统发出指令给电芯电压内阻测量工位上的机械手，将电芯极柱拍照工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤5：当电芯电压内阻测量工位感知电芯质量后，PLC发出指令给电压内阻测试设备测试头下降并压在电芯极柱，进行电压内阻测量，测试头下降的距离是由PCL事先设定好的，电芯经过电压内阻测量后，数据会传输至PLC并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯电压和内阻的上下限，来判断该电芯是否合格，如果均在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令让电芯扫码工位上的机械手，将电芯电压内阻工位上电芯夹起并运送至电芯扫码工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯扫码工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤6：当电芯扫码工位感知到电芯质量后，PLC系统发出指令让扫码设备进行扫码，电芯经过扫码后，数据会传输至PLC并保存，如果扫码正常，PLC系统发出指令给电芯喷码工位上的机械手，将电芯扫码工位上电芯夹起并运送至电芯喷码工位，释放电芯后机械手返回原处；如果电芯扫码不成功，PLC系统发出指令让电芯喷码工位上的机械手，将电芯扫码工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤7：当电芯喷码工位感知电芯质量后，PLC系统发出指令给喷码设备进行喷码，喷码内容事先设定好，电芯经过喷码后，PLC系统发出指令给电芯喷码工位上的机械手，将电芯喷码工位上的电芯夹起并运输至筛选合格的合格品待料区，供下个工序的使用。
进一步的，在PLC系统中每个电芯的质量、尺寸、极柱外观、电压内阻的喷码内容都与电芯扫出的条码相对应，且同时显示不合格电芯的不合格指标。
本发明所提供的一种电芯分选设备及其分选方法，通过控制电芯的电压、内阻、质量、尺寸、极柱外观来达到。首先电芯上料后，会被运至质量测量区进行质量测量，如果该电芯质量在设定范围内，则判定为合格。然后被运至尺寸测量区进行尺寸测量，如果该电芯尺寸在设定范围内，则判定为合格。再被运至极柱外观鉴别区进行外观鉴别，如果该电芯的极柱外观被鉴定为在设定范围内，则判定为合格。再被运至电芯电压和内阻测量区进行电压和内阻测量。如果该电芯的电压和内阻在设定范围内，则判定为合格。再被运至电芯扫码区进行扫码，再被运至喷码区进行喷码，最后被运至下个工序的带料区。如果电芯在各个测量区测量结果不在设计范围，则被判定为不合格，视为不良品，且该电芯会在被判定为不合格的测量区被剔除。
本发明具有以下优点：
1)电芯质量、电压和内阻的高度一致性提高电池系统性能和寿命；
2)尺寸的一致性提高电池模块成组一致性，减少因为尺寸公差累积造成模组零部件间装配异常；
3)电芯极柱外观的一致性保证焊接质量的一致性，避免极柱的损失和表面杂质或锈蚀影响后续的焊接工艺；
4)实现电芯质量，尺寸，极柱外观，电压和内阻的全自动测量，提高生产效率，较小测量误差，降低产线的人工成本；
5)所以测量所得数据可记录保存，可用于工程分析和产品质量追溯；
6)该设备的产能可以按档位调整，用以满足生产线的不同需求；
7)该分选设备可以很好的与整条自动化产线融合等。
综上所述，本发明具有提高电芯指标测试过程的工作效率和可靠性的积极效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的分选流程图。
图中，1、机器手；2、电芯夹具；3、在线称重机；4、不合格品传送道；5、红外测量仪；6、电子拍照摄像头；7、内阻仪；8、扫码设备；9、喷码设备；10、不合格品暂存区；11、支撑机构；12、配电柜；13、待料区；14、挡板。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1-2所示，本发明所提供的一种电芯分选设备，具有设备前端的上料区、位于设备后端的合格品待料区13以及设备一侧的不合格品暂存区10，还具有配电柜12，上料区具有电芯原料存放装置，所述的电芯原料存放装置为电芯夹具2，电芯夹具2上安装有重量传感器，所述的重量传感器接入设备的PLC控制电路中，此外，本发明还包括支撑机构11、测试机构以及传送机构，所述的测试机构以及传送机构分别连接配电柜12，其中，支撑机构11为设备支架构成，支架与支架之间通过螺栓紧固连接；测试机构由前向后依次包括在线称重机3、红外测量仪5、电子拍照摄像头6、内阻仪7、扫码设备8以及喷码设备9，所述的在线称重机3、红外测量仪5、电子拍照摄像头6、内阻仪7、扫码设备8以及喷码设备9分别通过螺栓紧固至独立的支架，传送机构包括机械手1以及不合格品传送道4，所述的在线称重机3、红外测量仪5、电子拍照摄像头6、内阻仪7、扫码设备8以及喷码设备9、机械手1分别接入设备的PLC控制电路中，所述的不合格品传送道4于底端连接不合格品暂存区10。
进一步的，所述的机械手1为电驱动机器人或气缸驱动机器人的任意一种。
进一步的，所述的机械手1与电芯夹具2相配合构成电芯上料工位；机械手1与在线称重机3相配合构成电芯质量测量工位；机械手1与红外测量仪5相配合构成电芯尺寸测量工位；机械手1与电子拍照摄像头6相配合构成电芯极柱拍照工位；机械手1与内阻仪7相配合构成电芯电压内阻测试工位；机械手1与扫码设备8相配合构成电芯扫码工位；机械手1与喷码设备9相配合构成电芯喷码工位。
另外，在相对于所述的不合格品暂存区10位于设备的另一侧，还设有L型挡板14，并螺栓固定至设备支架上，起到了很好的电芯原料防掉落的作用。
为实现不合格品的有效传送，所述的不合格品传送道4为具有倾斜角度且表面光滑的轨道，经各个测试不合格的电芯会顺着轨道滑至不合格品暂存区10。
本发明所提供的一种电芯分选设备的分选方法，包括以下步骤：
步骤1：通过PLC系统控制，当电芯放置电芯夹具2上，电芯夹具2通过重量感应，将信号发送至PLC系统，PLC系统发出指令给电芯上料工位的机械手1，将电芯夹起并运送至电芯质量测量工位，释放电芯后返回至原处；
步骤2：当在线称重机3测出电芯质量后，将质量信号发送至PLC系统，并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯质量上下限，判断该电芯是否合格，如果在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令给电芯尺寸测量工位上的机械手，将在线称重机3上的电芯夹起并运送至电芯尺寸测量工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯尺寸测量工位上的机械手，将在线称重机3上电芯夹起并运送至不合格品传送道4，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区10；
步骤3：当电芯经过红外尺寸测量后，数据会传输至PLC并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯尺寸上下限，来判断该电芯是否合格，如果在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令给电芯极柱拍照工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至电芯极柱拍照工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯极柱拍照工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道4，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区10；
步骤4：当电芯极柱拍照工位感知电芯质量后，PLC系统发出指令给电子拍照摄像头6进行电子拍照，经过极柱拍照后，照片会传输至PLC并保存，PLC系统中设置了合格极柱照片和不合格极柱照片，系统会将拍照的图片与设置的照片进行对比分析，来判断该电芯极柱外观是否合格，如果合格，PLC系统发出指令给电芯电压内阻测量工位上的机械手，将电芯极柱拍照工位上电芯夹起并运送至电芯电压内阻测量工位，释放电芯后机械手返回原处；如果不合格，PLC系统发出指令给电芯电压内阻测量工位上的机械手，将电芯极柱拍照工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道4，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区10；
步骤5：当电芯电压内阻测量工位感知电芯质量后，PLC发出指令给电压内阻测试设备测试头下降并压在电芯极柱，进行电压内阻测量，测试头下降的距离是由PCL事先设定好的，电芯经过电压内阻测量后，数据会传输至PLC并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯电压和内阻的上下限，来判断该电芯是否合格，如果均在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令让电芯扫码工位上的机械手，将电芯电压内阻工位上电芯夹起并运送至电芯扫码工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯扫码工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道4，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区10；
步骤6：当电芯扫码工位感知到电芯质量后，PLC系统发出指令让扫码设备进行扫码，电芯经过扫码后，数据会传输至PLC并保存，如果扫码正常，PLC系统发出指令给电芯喷码工位上的机械手，将电芯扫码工位上电芯夹起并运送至电芯喷码工位，释放电芯后机械手返回原处；如果电芯扫码不成功，PLC系统发出指令让电芯喷码工位上的机械手，将电芯扫码工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道4，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区10；
步骤7：当电芯喷码工位感知电芯质量后，PLC系统发出指令给喷码设备9进行喷码，喷码内容事先设定好，电芯经过喷码后，PLC系统发出指令给电芯喷码工位上的机械手，将电芯喷码工位上的电芯夹起并运输至筛选合格的合格品待料区，供下个工序的使用。
进一步的，在PLC系统中每个电芯的质量、尺寸、极柱外观、电压内阻的喷码内容都与电芯扫出的条码相对应，且同时显示不合格电芯的不合格指标。
在本实施例中，在线称重机3的精度至少在0.01g及以上；红外测量仪5的精度至少在0.02mm及以上；电子拍照摄像头6的拍照时间不能超过5秒；内阻仪7的精度在0.0001V和0.00001Ω及以上；且电芯进行质量、尺寸、极柱外观、电压和内阻的测量、扫码、喷码的顺序可根据需要任意调整；电芯测量质量、尺寸、极柱外观、电压和内阻、扫码、喷码的各待测量指标，可以根据实际需要进行电芯测量具体的实施过程的增减。

Claims (7)

1.一种电芯分选设备，具有设备前端的上料区、位于设备后端的合格品待料区以及设备一侧的不合格品暂存区，还具有配电柜，其特征在于，上料区具有电芯原料存放装置，所述的电芯原料存放装置为电芯夹具，电芯夹具上安装有重量传感器，所述的重量传感器接入设备的PLC控制电路中，此外，本发明还包括支撑机构、测试机构以及传送机构，所述的测试机构以及传送机构分别连接配电柜，其中，支撑机构为设备支架构成，支架与支架之间通过螺栓紧固连接；测试机构由前向后依次包括在线称重机、红外测量仪、电子拍照摄像头、内阻仪、扫码设备以及喷码设备，所述的在线称重机、红外测量仪、电子拍照摄像头、内阻仪、扫码设备以及喷码设备分别通过螺栓紧固至独立的支架，传送机构包括机械手以及不合格品传送道，所述的在线称重机、红外测量仪、电子拍照摄像头、内阻仪、扫码设备以及喷码设备、机械手分别接入设备的PLC控制电路中，所述的不合格品传送道于底端连接不合格品暂存区。
2.根据权利要求1所述的电芯分选设备，其特征在于，所述的机械手为电驱动机器人或气缸驱动机器人的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的电芯分选设备，其特征在于，所述的机械手与电芯夹具相配合构成电芯上料工位；机械手与在线称重机相配合构成电芯质量测量工位；机械手与红外测量仪相配合构成电芯尺寸测量工位；机械手与电子拍照摄像头相配合构成电芯极柱拍照工位；机械手与内阻仪相配合构成电芯电压内阻测试工位；机械手与扫码设备相配合构成电芯扫码工位；机械手与喷码设备相配合构成电芯喷码工位。
4.根据权利要求3所述的电芯分选设备，其特征在于，相对于所述的不合格品暂存区位于设备的另一侧，还设有L型挡板。
5.根据权利要求1所述的电芯分选设备，其特征在于，所述的不合格品传送道为具有倾斜角度且表面光滑的轨道。
6.一种根据权利要求1所述的电芯分选设备的分选方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过PLC系统控制，当电芯放置电芯夹具上，电芯夹具通过重量感应，将信号发送至PLC系统，PLC系统发出指令给电芯上料工位的机械手，将电芯夹起并运送至电芯质量测量工位，释放电芯后返回至原处；
步骤2：当在线称重机3测出电芯质量后，将质量信号发送至PLC系统，并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯质量上下限，判断该电芯是否合格，如果在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令给电芯尺寸测量工位上的机械手，将在线称重机上的电芯夹起并运送至电芯尺寸测量工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯尺寸测量工位上的机械手，将在线称重机上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤3：当电芯经过红外尺寸测量后，数据会传输至PLC并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯尺寸上下限，来判断该电芯是否合格，如果在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令给电芯极柱拍照工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至电芯极柱拍照工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯极柱拍照工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤4：当电芯极柱拍照工位感知电芯质量后，PLC系统发出指令给电子拍照摄像头进行电子拍照，经过极柱拍照后，照片会传输至PLC并保存，PLC系统中设置了合格极柱照片和不合格极柱照片，系统会将拍照的图片与设置的照片进行对比分析，来判断该电芯极柱外观是否合格，如果合格，PLC系统发出指令给电芯电压内阻测量工位上的机械手，将电芯极柱拍照工位上电芯夹起并运送至电芯电压内阻测量工位，释放电芯后机械手返回原处；如果不合格，PLC系统发出指令给电芯电压内阻测量工位上的机械手，将电芯极柱拍照工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤5：当电芯电压内阻测量工位感知电芯质量后，PLC发出指令给电压内阻测试设备测试头下降并压在电芯极柱，进行电压内阻测量，测试头下降的距离是由PCL事先设定好的，电芯经过电压内阻测量后，数据会传输至PLC并保存，PLC系统会根据事先设置好的电芯电压和内阻的上下限，来判断该电芯是否合格，如果均在上下限范围内，则合格，PLC系统发出指令让电芯扫码工位上的机械手，将电芯电压内阻工位上电芯夹起并运送至电芯扫码工位，释放电芯后机械手返回原处；反之则不合格，PLC系统发出指令给电芯扫码工位上的机械手，将电芯尺寸测量工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤6：当电芯扫码工位感知到电芯质量后，PLC系统发出指令让扫码设备进行扫码，电芯经过扫码后，数据会传输至PLC并保存，如果扫码正常，PLC系统发出指令给电芯喷码工位上的机械手，将电芯扫码工位上电芯夹起并运送至电芯喷码工位，释放电芯后机械手返回原处；如果电芯扫码不成功，PLC系统发出指令让电芯喷码工位上的机械手，将电芯扫码工位上电芯夹起并运送至不合格品传送道，释放电芯后机械手返回原处，电芯顺着轨道滑至电芯不合格品暂存区；
步骤7：当电芯喷码工位感知电芯质量后，PLC系统发出指令给喷码设备进行喷码，喷码内容事先设定好，电芯经过喷码后，PLC系统发出指令给电芯喷码工位上的机械手，将电芯喷码工位上的电芯夹起并运输至筛选合格的合格品待料区，供下个工序的使用。
7.根据权利要求6所述的电芯分选设备的分选方法，其特征在于，在PLC系统中每个电芯的质量、尺寸、极柱外观、电压内阻的喷码内容都与电芯扫出的条码相对应，且同时显示不合格电芯的不合格指标。
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