CN107863546A - 一种动力电池电芯堆垛机及电池堆垛方法 - Google Patents

Abstract

一种动力电池电芯堆垛机及电池堆垛方法，堆垛机包括基础组件、举升组件、定位组件、压紧组件；所述基础组件为设置有电芯模组放置板的框架结构，所述压紧组件安装在基础组件电芯模组放置板的上端，所述定位组件安装在基础组件电芯模组放置板的下端，所述举升组件安装在基础组件电芯模组放置板下方的框架中，在所述电芯模组放置板上设置有螺栓穿接孔。本发明可以在PACK组装过程中辅助人工完成电池电芯的半自动堆垛，设备具有电芯和电芯组定位工装，可以实现全自动穿入螺栓和全自动预压电芯组。相对于其他传统的工装，堆垛效率大幅提高，具有操作简单、使用方便、精确度高等特点，同时还能避免电芯在穿螺栓、预压环节损坏。

Description

一种动力电池电芯堆垛机及电池堆垛方法

技术领域

本发明涉及机械装配制造领域，尤其涉及一种动力电池电芯堆垛机及电池堆垛方法。

背景技术

动力电池作为一种典型的新能源，已经被广泛应用与汽车、储能等领域。新能源软包动力电池电芯在PACK组装过程中，多数都采用螺栓来对预压紧的电芯组进行连接紧固。现有的穿螺栓机构多为纯手动工装，在电池电芯堆垛过程中，操作不方便，效率比较低。另外，当需要堆垛电芯数量较多的时候，因连接螺栓比较长，螺栓插入电芯孔时阻力大，而且极易损坏电芯结构，造成不必要的经济损失。螺栓插入后，需要先将电池电芯组预压紧，再拧紧连接螺母，预压力值应当适中，过大则可能损坏电芯，过小则不能使螺栓的螺纹露出电芯孔，从而导致无法安装螺母。所以电芯的向下预压力和位移也是很重要的一个指标。

发明内容

本发明的目的是提供一种动力电池电芯半自动堆垛机及电池堆垛方法，可以在PACK组装过程中辅助人工完成电池电芯的半自动堆垛，设备具有电芯和电芯组定位工装，可以实现全自动穿入螺栓和全自动预压电芯组。相对于其他传统的工装，堆垛效率大幅提高，具有操作简单、使用方便、精确度高等特点，同时还能避免电芯在穿螺栓、预压环节损坏。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种动力电池电芯堆垛机，包括基础组件、举升组件、定位组件、压紧组件；所述基础组件为设置有电芯模组放置板的框架结构，所述压紧组件安装在基础组件电芯模组放置板的上端，所述定位组件安装在基础组件电芯模组放置板的下端，所述举升组件安装在基础组件电芯模组放置板下方的框架中，在所述电芯模组放置板上设置有螺栓穿接孔。

所述举升组件包括穿螺栓电机、螺栓安放底板、螺旋丝杠、导向柱，所述螺旋丝杠在穿螺栓电机的驱动下旋转并通过丝扣带动螺栓安放底板上下移动，所述导向柱上下两端固定并穿过螺栓安放底板与螺栓安放底板滑动连接，在所述螺栓安放底板上设置有螺栓定位槽。

所述压紧组件包括压紧电机支架、压紧伺服电机、压紧板，所述压紧伺服电机安装在压紧电机支架上，压紧电机支架固定在电芯模组放置板的上端，压紧伺服电机通过丝杠连接压紧板。

所述压紧伺服电机通过压紧电机安装板固定在压紧电机支架上，在压紧电机安装板与压紧板之间设置有压紧导向柱，所述压紧电机支架上用于安装压紧电机安装板的螺栓孔为长孔。

所述定位组件包括定位气缸、夹块，夹块安装在定位气缸的夹爪上，定位气缸对螺栓进行夹持定位。

一种采用动力电池电芯堆垛机进行电池堆垛的方法，该方法是通过自动举升螺栓对电池电芯小单元完成半自动穿螺栓过程，最终堆垛成动力电池，具体方法如下：

1)首先将螺栓的下端放入螺栓定位槽内，并使螺栓的上端穿接在电芯放置板的螺栓穿接孔中，将定位气缸闭合，扶持螺栓；

2)在电芯放置板上放一块电芯模组盖板，电芯模组盖板上的螺栓孔与底部的螺栓对齐，将电池电芯小单元放在电芯模组盖板上，孔位与螺栓对齐，启动穿螺栓电机驱动螺旋丝杠带动螺栓上升一个电池电芯小单元的高度，完成一个电池电芯小单元的自动穿螺栓过程；

3)再在此基础上放置一个电池电芯小单元，启动穿螺栓电机，控制螺栓上升一个电池电芯小单元的高度，如此重复；

4)完成要求数量的电池电芯模组小单元自动穿螺栓后，在电池电芯模组上端放置一块电芯模组盖板，在穿螺栓动作完成后，启动压紧伺服电机，驱动压紧板实现对堆垛完成的电池电芯模组压紧，通过螺母在螺栓的上下两端拧紧，至此，动力电池组装完成，人工将其取下。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

一种动力电池电芯半自动堆垛机及电池堆垛方法，可以在PACK组装过程中辅助人工完成电池电芯的半自动堆垛，设备具有电芯和电芯组定位工装，可以实现全自动穿入螺栓和全自动预压电芯组。相对于其他传统的工装，堆垛效率大幅提高，具有操作简单、使用方便、精确度高等特点，同时还能避免电芯在穿螺栓、预压环节损坏。

相对于传统的手工操作，本发明主要利用伺服机构，完成全自动穿螺栓和对电芯模组的预压紧。通过改变相关参数的设定值，能够满足多规格螺栓的穿出，也能够满足压紧压力与压紧位移的调整。压紧伺服电机的位置可以调节，因此可以实现对不同高度的电池模组进行自动堆垛。

附图说明

图1是本发明一种动力电池电芯半自动堆垛机的结构示意图；

图2是本发明一种动力电池电芯半自动堆垛机的仰视图；

图3是动力电池电芯半自动堆垛机工作原理示意图一；

图4是动力电池电芯半自动堆垛机工作原理示意图二；

图5是动力电池电芯半自动堆垛机工作原理示意图三。

图中：1-螺旋丝杠；2-型材架；3-螺栓安放底板；4-穿螺栓电机；5-底板；6-丝杠支座；7-地脚；8-螺栓定位槽；9-铜套；10-螺栓；11-导向柱；12-电芯模组放置板；13-压紧电机支架；14-压紧板；15-压紧电机安装板；16-压紧导向柱；17-压紧伺服电机；18-压紧电机位置调节板；19-定位气缸；20-夹块；21-气动过滤器；22-电池电芯小单元；23-电芯模组盖板；24-螺母；25-动力电池。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

如图1-图2所示，一种动力电池电芯堆垛机，包括基础组件、举升组件、定位组件、压紧组件；所述基础组件为设置有电芯模组放置板12的框架结构，所述压紧组件安装在基础组件电芯模组放置板12的上端，所述定位组件安装在基础组件电芯模组放置板12的下端，所述举升组件安装在基础组件电芯模组放置板12下方的框架中，在所述电芯模组放置板12上设置有螺栓穿接孔。

基础组件主要是对整个设备起到支撑和安装作用，包括型材架2、地脚7、电芯模组放置板12，型材架2为一个框架结构，电芯放置板12固定在型材架2的上端用来放置待堆垛的电池电芯小单元22。地脚7安装在型材架2的四个支腿的底部。在使用时，型材架2对整体设备起到支撑的作用，地脚7起到支撑作用的同时，在移动该设备时也比较方便。

所述举升组件包括穿螺栓电机4、螺栓安放底板3、螺旋丝杠1、导向柱11，所述螺旋丝杠1在穿螺栓电机4的驱动下旋转并通过丝扣带动螺栓安放底板3上下移动，所述导向柱11上下两端固定并穿过螺栓安放底板3与螺栓安放底板3滑动连接，在所述螺栓安放底板3上设置有螺栓定位槽8。

在型材架2的底部固定有底板5，穿螺栓电机4安装在底板5上，螺旋丝杠1的上下两端通过丝杠支座6安装在电芯放置板12的底部和底板5上，穿螺栓电机4通过齿轮传动机构驱动螺旋丝杠1旋转，螺旋丝杠1与螺栓安放底板3螺纹连接，可带动螺栓安放底板3上下移动，螺栓安放底板3上的螺栓定位槽8用于安装螺栓10的底端，螺栓10的上端穿过电芯放置板12上的螺栓穿接孔，并通过电芯放置板12底部的定位气缸19和夹块20夹持定位。

导向柱11的上下两端分别固定在电芯放置板12的底部和底板5上，在导向柱11与螺栓安放底板3之间设置有铜套，可以减小导向柱11与螺栓安放底板3之间的摩擦。

所述压紧组件包括压紧电机支架13、压紧伺服电机17、压紧板14，所述压紧伺服电机17安装在压紧电机支架13上，压紧电机支架13固定在电芯模组放置板12的上端，压紧伺服电机17通过丝杠连接压紧板14。

所述压紧伺服电机17通过压紧电机安装板15固定在压紧电机支架13上，在压紧电机安装板15与压紧板14之间设置有压紧导向柱16，所述压紧电机支架13上用于安装压紧电机安装板15的螺栓孔为长孔。

在压紧电机支架13的上端设置有压紧电机位置调节板18，在压紧电机位置调节板18上设有纵向的长孔，用于螺栓连接压紧电机安装板15，可以调节压紧电机安装板15的高度。

压紧组件部分主要是在穿螺栓完成后，螺母拧紧之前对电池电芯模组进行压紧，控制压下位移和压紧力。压紧伺服电机17安装在电机位置调节板18上，通过丝杠与压紧板14相连，压紧导向柱16的底部与压紧板14固定连接，上端穿过压紧电机安装板15起到导向的作用，保证压紧板14平稳下压。可以预先设定压紧伺服电机17的下压位移，在此过程中使用磁栅尺检测压下位移、压力传感器检测压紧力，预压位移和力反馈的双重保护下，可精确保证预压状态。压紧板14使得在压紧时整个电池模组均匀受力。整个压紧组件可以在压紧电机位置调节板18上上下调节，以针对不同高度的电池电芯模组完成半自动堆垛过程。

所述定位组件包括定位气缸19、夹块20，夹块20安装在定位气缸19的夹爪上，定位气缸19对螺栓10进行夹持定位。

定位组件主要是在螺栓10上升过程中对长螺栓10进行扶持和定位，起到给螺栓10导向的作用。还设置有气源过滤器21，主要是用来检测气压和过滤气源。定位气缸19夹爪上装有夹块20，定位气缸19夹紧形成中孔，螺栓10穿接在中孔中。

一种采用动力电池电芯堆垛机进行电池堆垛的方法，该方法是通过自动举升螺栓10对电池电芯小单元22完成半自动穿螺栓过程，最终堆垛成动力电池25，具体方法如下：

1)见图3，首先将螺栓10的下端放入螺栓定位槽8内，并使螺栓10的上端穿接在电芯放置板12的螺栓穿接孔中，使螺栓10略高于电芯放置板12，将定位气缸19闭合，扶持螺栓10。

2)见图4，在电芯放置板12上放一块电芯模组盖板22，电芯模组盖板22上的螺栓孔与4个螺栓10对齐，将电池电芯小单元22放在电芯模组盖板22上，孔位与螺栓10对齐，启动穿螺栓电机4驱动螺旋丝杠1带动螺栓10上升一个电池电芯小单元22的高度，完成一个电池电芯小单元22的自动穿螺栓过程。

穿螺栓电机4按照设定的位移和速度驱动螺旋丝杠1转动，带动螺栓安放底板3向上移动，螺栓10随之而起。

3)再在此基础上放置一个电池电芯小单元22，启动穿螺栓电机4，控制螺栓10上升一个电池电芯小单元22的高度，如此重复。

4)见图5，完成要求数量的电池电芯模组小单元自动穿螺栓后，在电池电芯模组上端放置一块电芯模组盖板23，在穿螺栓10动作完成后，启动压紧伺服电机17，驱动压紧板14实现对堆垛完成的电池电芯模组压紧，通过螺母24在螺栓10的上下两端拧紧，至此，动力电池25组装完成，人工将其取下。

当螺栓10上升到接近电芯放置板12时，定位气缸19会阻碍螺栓10的上升，因此需要将定位气缸19夹爪打开。

穿螺栓电机4和压紧伺服电机17的开关均可采用脚踏触发，便于触碰开启和关闭。

预设定压紧伺服电机17的压下位移，在此过程中使用磁栅尺检测压下位移、压力传感器检测压紧力，完成堆垛后，脚踏触发电机开关，压紧机构自动缩回，穿螺栓机构将螺栓安放底板3退回到原始位置。

实施例1：

堆垛的电芯大小规格为232mm×164mm×8mm；电池电芯小单元22由三个电芯、三个个塑料支架和两个隔板组成，其规格为256mm×184mm×42mm；整个动力电池25由10个电池电芯小单元22组成，其大小规格为256mm×184mm×426mm。

螺栓10单次上升高度设定为42mm，共上升10次，累计上升高度420mm。

穿螺栓电机4为交流伺服电机，功率为100W，额定转速为3000r/min，额定电流为0.9A；螺旋丝杠1直径为16mm，最大行程为600mm，螺距为5mm；螺栓10为特制螺栓，规格为M8×445mm，螺母24为GB/T M8。

实施例2：

堆垛的电芯大小规格为279mm×159mm×11mm；电池电芯小单元22由四个电芯、四个塑料支架和三个隔板组成，其规格为307mm×181mm×54mm；整个动力电池25由10个电池电芯小单元22组成，其大小规格为307mm×181mm×550mm。

螺栓10单次上升高度设定为54mm，共上升10次，累计上升高度540mm。

螺旋丝杠1直径为20mm，最大行程为700mm，螺距为10mm；穿螺栓电机4为交流伺服电机，其额定功率为200W，额定转速为3000r/min，额定电流为1.55A；螺栓10为特制螺栓，规格为M12×575mm，螺母24为GB/T M12。

本发明设计了一种动力电池电芯半自动堆垛机，主要利用人机交互方式工作，在人工将电池电芯小单元22逐块放置到固定工装的过程中，电芯的紧固螺栓10自动伸出，从电池电芯小单元22的定位孔穿过；待所有电池电芯小单元22堆放完毕后，该堆垛机还可以对电池电芯模组进行自动预压，以方便完成螺母紧固。电机可精确控制工装，对电池电芯小单元22完成自动穿螺栓和对电池电芯模组完成自动预压功能，随着堆垛电芯数量的增加，螺栓10同步升高，螺栓10穿入的可靠性得以提高；在预压位移和力反馈的双重保证下，可精准保证预压状态，堆垛质量和效率均得到提升。

本发明主要是依靠电机做为动力元件，将安放螺栓10的机构举升，实现自动穿螺栓10过程；利用伺服电机推动丝杠的方式压紧电池电芯模组，磁栅尺检测压下位移，压力传感器检测压紧力，即保证了螺母10可以顺利紧固，又保证了堆垛过程中电芯不被损坏。本发明是与其他传统的纯手动堆垛工装相比，具有专业性强，操作简单、使用方便、精确度高等特点，同时还可大幅提高电芯堆垛效率。

Claims (6)

1.一种动力电池电芯堆垛机，其特征在于，包括基础组件、举升组件、定位组件、压紧组件；所述基础组件为设置有电芯模组放置板的框架结构，所述压紧组件安装在基础组件电芯模组放置板的上端，所述定位组件安装在基础组件电芯模组放置板的下端，所述举升组件安装在基础组件电芯模组放置板下方的框架中，在所述电芯模组放置板上设置有螺栓穿接孔。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池电芯堆垛机，其特征在于，所述举升组件包括穿螺栓电机、螺栓安放底板、螺旋丝杠、导向柱，所述螺旋丝杠在穿螺栓电机的驱动下旋转并通过丝扣带动螺栓安放底板上下移动，所述导向柱上下两端固定并穿过螺栓安放底板与螺栓安放底板滑动连接，在所述螺栓安放底板上设置有螺栓定位槽。

3.根据权利要求1所述的一种动力电池电芯堆垛机，其特征在于，所述压紧组件包括压紧电机支架、压紧伺服电机、压紧板，所述压紧伺服电机安装在压紧电机支架上，压紧电机支架固定在电芯模组放置板的上端，压紧伺服电机通过丝杠连接压紧板。

4.根据权利要求3所述的一种动力电池电芯堆垛机，其特征在于，所述压紧伺服电机通过压紧电机安装板固定在压紧电机支架上，在压紧电机安装板与压紧板之间设置有压紧导向柱，所述压紧电机支架上用于安装压紧电机安装板的螺栓孔为长孔。

5.根据权利要求1所述的一种动力电池电芯堆垛机，其特征在于，所述定位组件包括定位气缸、夹块，夹块安装在定位气缸的夹爪上，定位气缸对螺栓进行夹持定位。

6.一种采用如权利要求1所述的动力电池电芯堆垛机进行电池堆垛的方法，其特征在于，该方法是通过自动举升螺栓对电池电芯小单元完成半自动穿螺栓过程，最终堆垛成动力电池，具体方法如下：

1)首先将螺栓的下端放入螺栓定位槽内，并使螺栓的上端穿接在电芯放置板的螺栓穿接孔中，将定位气缸闭合，扶持螺栓；

2)在电芯放置板上放一块电芯模组盖板，电芯模组盖板上的螺栓孔与底部的螺栓对齐，将电池电芯小单元放在电芯模组盖板上，孔位与螺栓对齐，启动穿螺栓电机驱动螺旋丝杠带动螺栓上升一个电池电芯小单元的高度，完成一个电池电芯小单元的自动穿螺栓过程；

3)再在此基础上放置一个电池电芯小单元，启动穿螺栓电机，控制螺栓上升一个电池电芯小单元的高度，如此重复；

4)完成要求数量的电池电芯模组小单元自动穿螺栓后，在电池电芯模组上端放置一块电芯模组盖板，在穿螺栓动作完成后，启动压紧伺服电机，驱动压紧板实现对堆垛完成的电池电芯模组压紧，通过螺母在螺栓的上下两端拧紧，至此，动力电池组装完成，人工将其取下。