CN107742734B - 一种电芯成型设备及电芯成型方法 - Google Patents

一种电芯成型设备及电芯成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电芯成型设备及电芯成型方法，电芯成型设备包括卷绕单元，卷绕单元包括第一卷针、第二卷针、第一卷针座、第二卷针座及开针器，第一卷针和第二卷针相对设置，开针器驱动第一卷针和第二卷针同时做相向或相背运动，开针器分别与第一活动座和第二活动座相配合或脱开配合。该电芯成型设备卷绕时第一卷针和第二卷针的外侧周面位于同一椭圆周上，使卷绕过程中角速度与线速度的变化逐渐接近，角速度变化平缓，从而使卷绕时张力波动变小；且退针时，第一卷针和第二卷针均可相互靠近使裸电芯内周空间松驰，同时可防止隔膜或极片在退针时的抽动，以降低电芯成型过程中的张力不均匀。

Description

一种电芯成型设备及电芯成型方法
技术领域
本发明涉及电池生产制造技术领域，具体涉及一种电芯成型设备及电芯成型方法。
背景技术
现有的电池制造领域内，如锂电池、聚合物及动力电池制造卷绕工艺中，电池的电芯包括隔膜和极片，通常是采用菱形卷针将极片与隔膜卷绕成菱形电芯。如附图1示出了目前所普遍采用的电芯加工装置，其中卷针为菱形结构，其具有第一外针1’、第一内针2’、第二外针3’、第二内针4’， 第一内针2’与第二内针4’相向运动时将隔膜与极片的端部夹紧，第一外针1’与第二外针3’相互远离而形成菱形结构，该菱形卷针旋转而卷绕形成菱形的电芯5’。 在电芯5’卷绕完成后，由下料机械手6’实现卷针自动下料与自动传送，并从卷针上自动卸料卷绕完成菱形裸电芯，在裸电芯组件运输过程中完成对裸电芯的预压成方形裸电芯，然后由下料机械手将方形裸电芯组件转移到设备外部拉带上，不良裸电芯自动卸料到不良品裸电芯收集处。
在上述电芯加工的过程中，卷绕步骤时需要采用电子凸轮控制技术，控制卷绕角速度变化使其达到恒线速度。然而，在卷绕的过程中因张力变化和动力滞后产生的凸轮曲线差异，影响了卷绕时卷针的角速度变化的差异和精度，在卷针转动实现卷绕过程中，极片及隔膜的张力不均匀，影响电芯的质量和产能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的问题提供一种新型的电芯成型设备。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电芯成型设备，包括卷绕单元，所述卷绕单元包括能够同步旋转的第一卷针、第二卷针、第一卷针座和第二卷针座，所述第一卷针座包括第一底座和能够滑动地设置在所述第一底座上的第一活动座，所述第二卷针座包括第二底座和能够滑动地设置在所述第二底座上的第二活动座，所述第一卷针固定设置在所述第一活动座上，所述第二卷针固定设置在所述第二活动座上，所述第一卷针和所述第二卷针相对设置，所述卷绕单元还包括用于驱动所述第一卷针和所述第二卷针同时做相向或相背运动的开针器，所述开针器能够分别与所述第一活动座和所述第二活动座相配合或脱开配合，所述卷绕单元具有第一工作状态与第二工作状态，当所述卷绕单元处于第一工作状态时，所述开针器分别与所述第一活动座和所述第二活动座相配合，从而驱使所述第一活动座和所述第二活动座相互远离，使所述第一卷针和所述第二卷针相远离，所述第一卷针的外侧周面与所述第二卷针的外侧周面位于同一椭圆周上；当所述卷绕单元处于第二工作状态时，所述开针器与所述第一活动座和所述第二活动座之间的配合脱开，所述第一卷针和所述第二卷针在所述第一活动座和所述第二活动座的带动下相互靠近。
优选地，所述卷绕单元还包括用于驱使所述第一卷针和所述第二卷针绕转轴同步旋转的驱动装置，所述驱动装置包括电机和固定设置在所述电机活动端的轴套，所述轴套的中心轴线与所述转轴的中心轴线沿同一直线方向延伸，所述第一卷针座和所述第二卷针座均能够沿所述轴套的中心轴线延伸方向滑动地设置在所述轴套中。
进一步地，所述开针器能够沿所述轴套的中心轴线的延伸方向滑动地设置在所述轴套中，所述开针器包括相连接的配合部和操作部，所述配合部能够分别与所述第一活动座和所述第二活动座相配合或脱开配合，所述操作部伸出到所述轴套及所述电机的外部。
更进一步地，所述第一活动座和所述第二活动座对称设置在所述配合部的相对两侧。
进一步地，所述轴套中设有沿所述轴套的中心轴线方向延伸的第一滑轨和第二滑轨，所述卷绕单元还包括能够沿所述第一滑轨的长度延伸方向滑动地设置在所述第一滑轨上的第一滑块、能够沿所述第二滑轨的长度延伸方向滑动地设置在所述第二滑轨上的第二滑块，所述第一底座固定设置在所述第一滑块上，所述第二底座固定设置在所述第二滑块上。
进一步地，所述卷绕单元还包括固定设置在所述第一底座上的第一拔针器和固定设置在所述第二底座上的第二拔针器。
优选地，所述卷绕单元还包括当所述开针器与所述第一活动座和所述第二活动座脱开配合后用于驱使所述第一活动座和所述第二活动座做相互靠近的运动的第一弹性件和第二弹性件。
优选地，所述电芯成型设备还包括用于夹持并搬运退针后的裸电芯的下料机械手。
优选地，所述电芯成型设备还包括用于对退针后的裸电芯进行整形的预成型装置。
本发明还提供一种电芯成型方法，采用如上述任一项所述的电芯成型设备加工，所述成型方法为：
（1）电芯卷绕，所述电芯卷绕时，所述卷绕单元处于第一工作状态，所述第一卷针和所述第二卷针绕转轴同步旋转直至卷绕成椭圆形的裸电芯；
（2）操作所述开针器使所述卷绕单元处于第二工作状态，然后使所述第一卷针和所述第二卷针沿所述转轴的中心轴线延伸方向移动，实现所述第一卷针和所述第二卷针从椭圆形的裸电芯上退针；
（3）将退针后的椭圆形的裸电芯搬运到预成型工位；
（4）对椭圆形的裸电芯整形以形成方形的裸电芯。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的电芯成型设备结构简单，在电芯卷绕过程中，第一卷针和第二卷针的外侧周面位于同一椭圆周上，这使得电芯卷绕过程中角速度与线速度的变化逐渐接近，有利于实现第一卷针和第二卷针的高速旋转，同时由于角速度变化平缓，使得卷绕时张力波动变小，极大的提高了生产的能力和稳定性；且电芯卷绕完成后退针前，第一卷针和第二卷针均可相互靠近，从而使裸电芯内周空间松驰，从而方便退针，同时可防止隔膜或极片在退针时的抽动，以降低电芯成型过程中隔膜或极片的张力不均匀。
附图说明
附图1为现有技术中电芯成型设备的结构示意图；
附图2为本发明的电芯成型设备的结构示意图；
附图3为本发明的电芯成型设备的主视图；
附图4为附图3中沿A-A线的剖视图。
其中：1、第一卷针；2、第二卷针；3、第一卷针座；31、第一底座；32、第一活动座；41、第二底座；42、第二活动座；51、电机；52、轴套；53、轴承；6、开针器；61、配合部；62、操作部；7、转轴；81、第一拔针器；82、第二拔针器；83、第一滑轨；84、第二滑轨。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
如图2~4所示，本发明的电芯成型设备包括卷绕单元，卷绕单元包括第一卷针1、第二卷针2、第一卷针座3和第二卷针座4。
第一卷针1和第二卷针2相对设置，二者能够绕同一转轴7同步旋转。第一卷针座3包括第一底座31和能够滑动地设置在第一底座31上的第一活动座32，第二卷针座4包括第二底座41和能够滑动地设置在第二底座41上的第二活动座42。第一活动座32相对第一底座31的滑动方向、第二活动座42相对第二底座41的滑动方向与转轴7的延伸方向相垂直，第一卷针1固定设置在第一活动座32上，第二卷针2固定设置在第二活动座42上，这样，第一活动座32相对第一底座31的滑动、第二活动座42相对第二底座41的滑动时可实现第一卷针1和第二卷针2相互靠近或相互远离。
该卷绕单元还包括用于驱动第一卷针1和第二卷针2绕同一转轴7同步旋转的驱动装置。驱动装置包括电机51和轴套52，电机包括电机轴，轴套52的一端部固定设置在电机轴上，另一端部固定设置在轴承53上，轴套52的中心轴线的与转轴7的中心轴线沿同一直线方向延伸，第一卷针座3和第二卷针座4均部分设置在轴套52中，当电机51驱动轴套52转动时，带动第一卷针座3和第二卷针座4同步转动，进而实现第一卷针1和第二卷针2同步旋转。本实施例中，电机51采用中空伺服电机。
该卷绕单元还包括开针器6，开针器6用于驱使第一活动座32相对第一底座31滑动、以及驱使第二活动座42相对第二底座41滑动，从而使第一活动座32和第二活动座42相互远离或靠近，进而使第一卷针1和第二卷针2相互远离或靠近。本实施例中，开针器6包括相互连接的配合部61和操作部62，配合部61位于轴套52中，配合部61能够分别与第一活动座32和第二活动座42相配合或脱开配合，当配合部61分别与第一活动座32和第二活动座42相配合时，驱使第一活动座32和第二活动座42分别向相互远离的方向滑动，当配合部61分别与第一活动座32和第二活动座42脱开配合时，第一活动座32和第二活动座42分别向相互靠近的方向滑动；操作部62从轴套52及中空伺服电机的内部伸出。开针器6能够沿轴套52的中心轴线的延伸方向相对轴套52滑动地设置，当操作操作部62使开针器6相对轴套52滑动并逐渐从轴套52及中空伺服电机的内部伸出时，配合部61与第一活动座32和第二活动座42之间的配合逐渐脱开；当操作操作部62使开针器6相对轴套52滑动并逐渐伸入轴套52及中空伺服电机的内部时，配合部61与第一活动座32和第二活动座42之间逐渐相配合。本实施例中，第一活动座32和第二活动座42对称设置在配合部61的相对两侧，这样，可通过开针器6使两侧的第一活动座32和第二活动座42同步靠近或同步远离，从而使第一卷针1和第二卷针2同步靠近或同步远离。
该卷绕单元还包括当配合部61分别与第一活动座32和第二活动座42脱开配合时驱使第一活动座32和第二活动座42分别向相互靠近的方向滑动的第一弹性件和第二弹性件，此处第一弹性件和第二弹性件均采用压簧，第一弹性件的两端部分别固定设置在第一活动座32和第一底座31上，第二弹性件的两端部分别固定设置在第二活动座42和第二底座41上。
第一卷针1和第二卷针2均能够沿转轴7的中心轴线的延伸方向滑动，这样可实现退针。具体的，该卷绕单元还包括第一拔针器81、第二拔针器82、第一滑轨83、第二滑轨84、第一滑块和第二滑块，第一拔针器81和第二拔针器82用于驱使第一卷针1和第二卷针2沿转轴7的中心轴线的延伸方向滑动，第一滑轨83和第二滑轨84均固定设置在轴套52中，第一滑轨83和第二滑轨84均沿转轴7的中线轴线方向延伸，第一滑块能够沿第一滑轨83的长度延伸方向滑动地设置在第一滑轨83上，第二滑块能够沿第二滑轨84的长度延伸方向滑动地设置在第二滑轨84上，第一拔针器81固定设置在第一滑块上，第二拔针器82固定设置在第二滑块上，第一底座31与第一拔针器81相固定，第二底座41与第二拔针器82相固定，这样，当拉动第一拔针器81和第二拔针器82使其沿转轴7的中线轴线的延伸方向滑动时，通过第一卷针座3和第二卷针座4带动第一卷针1和第二卷针2也沿转轴7的中线轴线的延伸方向滑动，从而实现退针。
该卷绕单元具有第一工作状态与第二工作状态，当卷绕单元处于第一工作状态时，开针器6的配合部61分别与第一活动座32和第二活动座42相配合，驱使第一活动座32和第二活动座42相互远离，这使得第一卷针1和第二卷针2相互远离，此时第一卷针1的外侧周面与第二卷针2的外侧周面位于同一椭圆周上；当卷绕单元处于第二工作状态时，开针器6的配合部61与第一活动座32和第二活动座42之间的配合均脱开，此时第一卷针1和第二卷针2在第一活动座32和第二活动座42的带动下分别由第一弹性件和第二弹性件驱动相互靠近。
该电芯成型设备还包括用于夹持并搬运退针后的裸电芯的下料机械手和用于对退针后的裸电芯进行整形的预成型装置。
采用该电芯成型设备制作电芯的具体过程如下：
（1）电芯卷绕
电芯卷绕时，卷绕单元处于第一工作状态，第一卷针1和第二卷针2在电机51的驱动下绕转轴7同步旋转，最终卷绕成椭圆形的裸电芯；
（2）退针
卷绕完成后，操作开针器6的操作部62使开针器6逐渐从轴套52及中空伺服电机的内部伸出时，配合部61与第一活动座32和第二活动座42之间的配合逐渐脱开，第一弹性件驱动第一活动座32并带动第一卷针1滑动，第二弹性件驱动第二活动座42并带动第二卷针2滑动，使第一卷针1和第二卷针2相互靠近，直至卷绕单元处于第二工作状态，使裸电芯内周空间松驰；然后操作第一拔针器81和第二拔针器82使第一卷针1和第二卷针2沿转轴7的中心轴线延伸方向滑动，直至第一卷针1和第二卷针2从椭圆形的裸电芯上退针；
（3）通过下料机械手将退针后的椭圆形的裸电芯搬运到预成型工位；
（4）通过预成型装置对椭圆形的裸电芯整形，最终形成方形的裸电芯。
综上，本发明的电芯卷绕设备，卷绕时无需内针夹持隔膜或极片，采用椭圆形卷针，使卷绕过程中角速度与线速度的变化逐渐接近，有利于实现卷针的高速旋转，同时由于角速度变化平缓，使得卷绕时张力波动变小，极大的提高了生产能力和稳定性；同时在退针时，第一卷针和第二卷针可同时横向运动相互靠近，防止了隔膜或极片在退针时的抽动,从而进一步降低了卷绕过程中隔膜或极片的张力不均匀。该电芯卷绕设备再将电芯卷绕形成椭圆形的裸电芯后，再经预成型装置形成方形的裸电芯，上述过程完全可实现自动化加工，加工质量好、加工效率高，极大地提高了生产的能力和稳定性，同时还极大地节省了成本。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电芯成型设备，包括卷绕单元，其特征在于：所述卷绕单元包括能够同步旋转的第一卷针、第二卷针、第一卷针座和第二卷针座，所述第一卷针座包括第一底座和能够滑动地设置在所述第一底座上的第一活动座，所述第二卷针座包括第二底座和能够滑动地设置在所述第二底座上的第二活动座，所述第一卷针固定设置在所述第一活动座上，所述第二卷针固定设置在所述第二活动座上，所述第一卷针和所述第二卷针相对设置，所述卷绕单元还包括用于驱动所述第一卷针和所述第二卷针同时做相向或相背运动的开针器，所述开针器能够分别与所述第一活动座和所述第二活动座相配合或脱开配合，所述卷绕单元具有第一工作状态与第二工作状态，当所述卷绕单元处于第一工作状态时，所述开针器分别与所述第一活动座和所述第二活动座相配合，从而驱使所述第一活动座和所述第二活动座相互远离，使所述第一卷针和所述第二卷针相远离，所述第一卷针的外侧周面与所述第二卷针的外侧周面位于同一椭圆周上；当所述卷绕单元处于第二工作状态时，所述开针器与所述第一活动座和所述第二活动座之间的配合脱开，所述第一卷针和所述第二卷针在所述第一活动座和所述第二活动座的带动下相互靠近；
所述卷绕单元还包括用于驱使所述第一卷针和所述第二卷针绕转轴同步旋转的驱动装置，所述驱动装置包括电机和固定设置在所述电机活动端的轴套，所述轴套的中心轴线与所述转轴的中心轴线沿同一直线方向延伸，所述第一卷针座和所述第二卷针座均能够沿所述轴套的中心轴线延伸方向滑动地设置在所述轴套中；
所述开针器能够沿所述轴套的中心轴线的延伸方向滑动地设置在所述轴套中，所述开针器包括相连接的配合部和操作部，所述配合部能够分别与所述第一活动座和所述第二活动座相配合或脱开配合，所述操作部伸出到所述轴套及所述电机的外部。
2.根据权利要求1所述的电芯成型设备，其特征在于：所述第一活动座和所述第二活动座对称设置在所述配合部的相对两侧。
3.根据权利要求1所述的电芯成型设备，其特征在于：所述轴套中设有沿所述轴套的中心轴线方向延伸的第一滑轨和第二滑轨，所述卷绕单元还包括能够沿所述第一滑轨的长度延伸方向滑动地设置在所述第一滑轨上的第一滑块、能够沿所述第二滑轨的长度延伸方向滑动地设置在所述第二滑轨上的第二滑块，所述第一底座固定设置在所述第一滑块上，所述第二底座固定设置在所述第二滑块上。
4.根据权利要求1所述的电芯成型设备，其特征在于：所述卷绕单元还包括固定设置在所述第一底座上的第一拔针器和固定设置在所述第二底座上的第二拔针器。
5.根据权利要求1所述的电芯成型设备，其特征在于：所述卷绕单元还包括当所述开针器与所述第一活动座和所述第二活动座脱开配合后用于驱使所述第一活动座和所述第二活动座做相互靠近的运动的第一弹性件和第二弹性件。
6.根据权利要求1所述的电芯成型设备，其特征在于：所述电芯成型设备还包括用于夹持并搬运退针后的裸电芯的下料机械手。
7.根据权利要求1所述的电芯成型设备，其特征在于：所述电芯成型设备还包括用于对退针后的裸电芯进行整形的预成型装置。
8.一种电芯成型方法，其特征在于：采用如权利要求1~7中任一项所述的电芯成型设备加工，所述成型方法为：
（1）电芯卷绕，所述电芯卷绕时，所述卷绕单元处于第一工作状态，所述第一卷针和所述第二卷针绕转轴同步旋转直至卷绕成椭圆形的裸电芯；
（2）操作所述开针器使所述卷绕单元处于第二工作状态，使所述第一卷针和所述第二卷针沿所述转轴的中心轴线延伸方向移动，实现所述第一卷针和所述第二卷针从椭圆形的裸电芯上退针；
（3）将退针后的椭圆形的裸电芯搬运到预成型工位；
（4）对椭圆形的裸电芯整形以形成方形的裸电芯。
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