CN109921096B - 一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，电池封口机包括PLC控制器和工作转盘，沿所述工作转盘依次设有抽液封口机构、切边机构、NG分选机构和下料机构，所述NG分选机构靠近工作转盘一侧设有扫码机构，所述NG分选机构靠近下料机构一侧设有称重机构，所述扫码机构、称重机构、切边机构、NG分选机构、下料机构和抽液封口机构均与PLC控制器连接，所述切边机构上端一侧设有上切刀调节机构，所述上切刀调节机构下方一侧设有千分尺调节机构，所述上切刀调节机构和千分尺调节机构均与PLC控制器连接，本发明结构新颖，安全可靠，可极其方便的对锂电池完成封口处理，且具有闭环系统，封口效率高，质量稳定，适合制造推广和使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种封口机，特别涉及一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，属于锂电池制造技术领域。
背景技术
随着智能手机、平板电脑、充电宝、动力电池新能源汽车等的高速发展，对于用来为各种产品（如智能手机、充电宝等）提供电力的软包锂电池的需求猛增，同时对于软包锂电池的各方面的性能要求也越来越高，目前市场上的半自动封口机大多没有闭环系统控制，效率低下且质量不稳定，不适宜大规模生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明的一种带保液量闭环控制的电池封口机，包括机架和PLC控制器，所述机架上设有工作转盘，沿所述工作转盘依次设有抽液封口机构、切边机构、NG分选机构和下料机构，所述NG分选机构靠近工作转盘一侧设有扫码机构，所述NG分选机构靠近下料机构一侧设有称重机构，所述扫码机构、称重机构、切边机构、NG分选机构、下料机构和抽液封口机构均与PLC控制器连接，所述切边机构上端一侧设有上切刀调节机构，所述上切刀调节机构下方一侧设有千分尺调节机构，所述上切刀调节机构和千分尺调节机构均与PLC控制器连接。
作为本发明的一种优选方案，所述切边机构包括切边支架、上切刀移动气缸、电池压板、压板移动气缸、上切刀、下切刀和下切刀移动气缸，所述切边支架的上下两端分别设有上切刀安装板和下切刀安装板，所述上切刀移动气缸固定安装于上切刀安装板上，所述上切刀设于上切刀安装板的下方，并可由上切刀移动气缸控制上下活动，所述下切刀设于上切刀正下方，并可由固定安装于下切刀安装板上的下切刀移动气缸控制上下活动，所述上切刀的前侧设有电池压板和控制电池压板上下活动的压板移动气缸。
作为本发明的一种优选方案，所述切刀支架上端一侧设有上切刀调节机构，所述上切刀调节机构与上切刀安装板连接，所述上切刀调节机构下方一侧设有用于调节下切刀安装板位置的千分尺调节机构，所述压板移动气缸的内侧设有电池防错位传感器。
作为本发明的一种优选方案，所述抽液封口机构包括封口支架、上封头移动气缸、伺服压紧机构、上腔移动气缸、泄真空阀、上腔体、上封头、下封头、下腔体和下腔移动气缸，所述封口支架的上下两端分别设有上腔体安装板和下腔体安装板，所述上腔体安装板的上方设有上封头气缸安装板，所述上腔移动气缸固定安装于上腔体安装板的上表面，所述上腔体安装于上腔体安装板的下方，并可由上腔移动气缸控制上下活动，所述上封头设于上腔体下方，所述上封头移动气缸固定安装于上封头气缸安装板的上表面，所述上封头移动气缸的活动杆先后穿过上封头气缸安装板、上腔体安装板和上腔体与上封头驱动连接，所述下腔体设于上腔体的正下方，并可由固定安装于下腔体安装板下表面的下腔移动气缸控制上下活动，所述下腔体内设有与上封头对应的下封头。
作为本发明的一种优选方案，所述上腔体安装板的上端还安装有用于使上腔体和下腔体密封压合的伺服压紧机构，所述上腔体的上端设有泄真空阀。
作为本发明的一种优选方案，所述称重机构包括称重支架，所述称重支架上设有配重板，所述配重板上通过支撑杆安装有大理石板，所述大理石板上设有精密电子称，所述精密电子称上设有用于放置电池的电池支撑治具，所述称重支架的下端设有可调防震脚杯，所述扫码机构包括设于工作转盘上方的上扫码枪和设于工作转盘下方的下扫码枪，所述下扫码枪固定安装于支撑杆上。
作为本发明的一种优选方案，所述下料机构包括下料拉带，所述NG分选机构包括分选支架，所述称重机构设于分选支架的下方，所述下料拉带与称重机构之间设有用于存放NG电池的临时储料台，所述分选支架的上端设有用于将工作转盘上的电池移到称重机构的移料机械手，所述移料机械手的下方设有用于将称重机构处的电池移到下料拉带或临时储料台的下料双联机械手。
作为本发明的一种优选方案，所述移料机械手下端设有旋转气缸，所述旋转气缸驱动连接有移料吸盘，所述上扫码枪固定安装于移料机械手的一侧。
作为本发明的一种优选方案，所述下料双联机械手包括两个并排设置的直线模组，所述直线模组上均设有一个下料吸盘。
本发明具有以下几方面功能：
（1）电池扫码、称重；
（2）从系统数据交换库（MFG）获得注液前电池重量；
（3）提供电池称重、电解液保有量统计过程控制（SPC）；
（4）通过SPC预警，利用保有量闭环控制算法对封装位置、压力等进行控制，实现保有量闭环控制功能；
（5）保存数据，并将过程和结果数据上传至系统数据交换库（MFG）；
（6）提供查看历史数据、修改历史数据和导出历史数据功能。
本发明控制过程包括以下步骤：
（1）获取电池注液前重量：通过扫码枪扫描电池上的条形码，以码号为主键从MES系统查询获取电池注液前重量；
（2）计算电解液保有量：依照预设参数对电池进行抽液封口，然后对电池切边，称取电池切边后重量，将电池切边后重量加上扣减系数再减去电池注液前重量，从而得到电解液保有量；扣减系数为切掉的边重量常数；
（3）保有量闭环控制：在连续封装过程中，实时通过电解液保有量统计过程控制（SPC）预警进行数据分析，当电解液保有量在正常范围内时，封装压力、真空控制保持预设参数；当电解液保有量超出预警范围时，通过参数模型增加压板的下压位置、下压压力以及抽真空时间值；当电解液保有量低于预警范围时，通过参数模型减小压板的下压位置、下压压力以及抽真空时间值；经过调整让保有量维持在正常范围，同时通过多次对压力数据、抽真空时间及保有量关系的数据分析，形成保有量控制的对应参数模型，保存参数模型。
本发明所达到的有益效果是：本发明的一种带保液量闭环控制的电池封口机，布局合理，当需要对锂电池进行封口时，通过设置的工作转盘可通过人工进行上料处理，通过在抽液封口机构设置有上封头和下封头可对锂电池进行抽液封口处理，同时通过设置在切边机构设置有上切刀和上切刀可对锂电池多余的边沿进行切除，同时通过设置的电池压板可对锂电池进行压紧固定，防止其在切边过程中移动，提高生产质量，通过在称重机构设置有精密电子秤可对锂电池进行称重处理，同时通过设置的上、下扫码枪可对锂电池进扫码处理，从而完成锂电池的称重扫码工作，PLC控制器通过对比锂电池封装前后的重量对封装压板位置、压力等进行控制，实现保有量闭环控制功能，使电解液保有量维持在正常范围，具有较好的使用性，通过在NG分选机构对锂电池进行转移，从而通过设置的下料机构可完成对锂电池的下料工作，使用性能强，本发明的一种带保液量闭环控制的电池封口机，结构新颖，实用性强，结构稳固性高，安全可靠，可极其方便的对锂电池完成封口处理，且具有闭环系统，封口效率高，质量稳定，适合制造推广和使用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一侧用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的主观结构示意图；
图2是本发明的切边机构侧视结构示意图；
图3是本发明的切边机构立体结构示意图；
图4是本发明的抽液封口机构侧视结构示意图；
图5是本发明的抽液封口机构立体结构示意图；
图6是本发明的称重扫码机构示意图；
图7是本发明的NG分选机构示意图；
图8是本发明的闭环控制流程示意图。
图中：1、工作转盘；2、切边机构；3、抽液封口机构；4、NG分选机构；5、称重扫码机构；6、下料机构；26、上切刀移动气缸；8、上切刀调节机构；28、电池压板；29、压板移动气缸；11、千分尺调节机构；24、上切刀；25、下切刀；27、下切刀移动气缸；371、上封头移动气缸；39、伺服压紧机构；351、上腔移动气缸；352、泄真空阀；35、上腔体；37、上封头；38、下封头；361、下腔移动气缸；23、电池；24、电池支撑治具；25、精密电子秤；26、配重板；3616、下扫扫码枪；28、可调防震脚杯；43、下料转移机械手；30、直线模组；31、临时储料台；32、电池吸盘；33、旋转气缸；34、上扫描枪、35、下腔体；36、电池转移机械手。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-8所示，本发明的一种带保液量闭环控制的电池封口机，包括机架8和PLC控制器，所述机架8上设有工作转盘1，沿所述工作转盘1依次设有抽液封口机构3、切边机构2、NG分选机构4和下料机构6，所述NG分选机构4靠近工作转盘1一侧设有扫码机构5，所述NG分选机构4靠近下料机构6一侧设有称重机构7，所述扫码机构5、称重机构7、切边机构2、NG分选机构4、下料机构6和抽液封口机构3均与PLC控制器连接，所述切边机构2上端一侧设有上切刀调节机构231，所述上切刀调节机构231下方一侧设有千分尺调节机构211，所述上切刀调节机构231和千分尺调节机构211均与PLC控制器连接。
如图2-3所示，所述切边机构2包括切边支架21、上切刀移动气缸26、电池压板28、压板移动气缸29、上切刀24、下切刀25和下切刀移动气缸27，所述切边支架21的上下两端分别设有上切刀安装板23和下切刀安装板22，所述上切刀移动气缸26固定安装于上切刀安装板23上，所述上切刀24设于上切刀安装板23的下方，并可由上切刀移动气缸26控制上下活动，所述下切刀25设于上切刀24正下方，并可由固定安装于下切刀安装板22上的下切刀移动气缸27控制上下活动，所述上切刀24的前侧设有电池压板28和控制电池压板28上下活动的压板移动气缸29。所述切刀支架21上端一侧设有上切刀调节机构231，所述上切刀调节机构231与上切刀安装板23连接，所述上切刀调节机构231下方一侧设有用于调节下切刀安装板22位置的千分尺调节机构211，所述压板移动气缸29的内侧设有电池防错位传感器281。
如图4-5所示，所述抽液封口机构3包括封口支架31、上封头移动气缸371、伺服压紧机构39、上腔移动气缸351、泄真空阀352、上腔体35、上封头37、下封头38、下腔体36和下腔移动气缸361，所述封口支架31的上下两端分别设有上腔体安装板32和下腔体安装板33，所述上腔体安装板32的上方设有上封头气缸安装板34，所述上腔移动气缸351固定安装于上腔体安装板32的上表面，所述上腔体35安装于上腔体安装板32的下方，并可由上腔移动气缸351控制上下活动，所述上封头37设于上腔体35下方，所述上封头移动气缸371固定安装于上封头气缸安装板34的上表面，所述上封头移动气缸371的活动杆先后穿过上封头气缸安装板34、上腔体安装板32和上腔体35与上封头37驱动连接，所述下腔体36设于上腔体35的正下方，并可由固定安装于下腔体安装板33下表面的下腔移动气缸361控制上下活动，所述下腔体36内设有与上封头37对应的下封头38。所述上腔体安装板32的上端还安装有用于使上腔体35和下腔体36密封压合的伺服压紧机构39，所述上腔体35的上端设有泄真空阀352。
如图6-7，所述称重机构7包括称重支架71，所述称重支架71上设有配重板72，所述配重板72上通过支撑杆73安装有大理石板74，所述大理石板74上设有精密电子称75，所述精密电子称75上设有用于放置电池的电池支撑治具76，所述称重支架71的下端设有可调防震脚杯77，所述扫码机构5包括设于工作转盘1上方的上扫码枪51和设于工作转盘1下方的下扫码枪52，所述下扫码枪52固定安装于支撑杆73上。所述下料机构6包括下料拉带，所述NG分选机构4包括分选支架41，所述称重机构7设于分选支架41的下方，所述下料拉带与称重机构7之间设有用于存放NG电池的临时储料台81，所述分选支架41的上端设有用于将工作转盘1上的电池9移到称重机构7的移料机械手42，所述移料机械手42的下方设有用于将称重机构7处的电池移到下料拉带或临时储料台81的下料双联机械手43。
所述移料机械手42下端设有旋转气缸44，所述旋转气缸44驱动连接有移料吸盘45，所述上扫码枪51固定安装于移料机械手42的一侧。所述下料双联机械手43包括两个并排设置的直线模组46，所述直线模组46上均设有一个下料吸盘47。
使用时，PLC控制器与客户系统对接，获取注液前的电池重量及对应电池的二维码，当需要对电池进行封口时，通过设置的工作转盘1可通过人工进行上料处理，通过在抽液封口机构3设置有上封头37和下封头38可对锂电池进行抽液封口处理，同时通过设置在切边机构2设置有上切刀24和下切刀25可对锂电池9好多余的边沿进行切除，同时通过设置的电池压板28可对锂电池9进行压紧固定，防止其在切边过程中移动，提高生产质量，通过在称重机构7设置有精密电子秤75可对锂电池9进行称重处理，同时通过设置的扫码机构5对锂电池进扫码处理，从而完成锂电池的称重扫码工作，通过SPC预警，利用保有量闭环控制算法对封装压板位置、压力等进行控制，从而保证电池的品质，实现保有量闭环控制功能，并将称重、扫码过程和结果数据上传至客户数据系统，具有较好的使用性；通过在NG分选机构4设置移料机械手42，通过移料吸盘45可对工作转盘1上的经过扫码后的锂电池9进行吸附，同时通过旋转气缸44控制转动一定角度后放置到称重机构5进行称重，通过设置的下料双联机械手43可对锂电池进行分选转移或临时储料台81或下料拉带。
本发明具有以下几方面功能：
（1）电池扫码、称重；
（2）从系统数据交换库（MFG）获得注液前电池重量；
（3）提供电池称重、电解液保有量统计过程控制（SPC）；
（4）通过SPC预警，利用保有量闭环控制算法对封装位置、压力等进行控制，实现保有量闭环控制功能；
（5）保存数据，并将过程和结果数据上传至系统数据交换库（MFG）；
（6）提供查看历史数据、修改历史数据和导出历史数据功能。
如图8所示，本发明控制过程包括以下步骤：
（1）获取电池注液前重量：通过扫码枪扫描电池上的条形码，以码号为主键从MES系统查询获取电池注液前重量；
（2）计算电解液保有量：依照预设参数对电池进行抽液封口，然后对电池切边，称取电池切边后重量，将电池切边后重量加上扣减系数再减去电池注液前重量，从而得到电解液保有量；扣减系数为切掉的边重量常数；
（3）保有量闭环控制：在连续封装过程中，实时通过电解液保有量统计过程控制（SPC）预警进行数据分析，当电解液保有量在正常范围内时，封装压力、真空控制保持预设参数；当电解液保有量超出预警范围时，通过参数模型增加压板的下压位置、下压压力以及抽真空时间值；当电解液保有量低于预警范围时，通过参数模型减小压板的下压位置、下压压力以及抽真空时间值；经过调整让保有量维持在正常范围，同时通过多次对压力数据、抽真空时间及保有量关系的数据分析，形成保有量控制的对应参数模型，保存参数模型。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）获取电池注液前重量：通过扫码枪扫描电池上的条形码，以码号为主键从MES系统查询获取电池注液前重量；
（2）计算电解液保有量：依照预设参数对电池进行抽液封口，然后对电池切边，称取电池切边后重量，将电池切边后重量加上扣减系数再减去电池注液前重量，从而得到电解液保有量；扣减系数为切掉的边重量常数；
（3）保有量闭环控制：在连续封装过程中，实时通过电解液保有量统计过程控制（SPC）预警进行数据分析，当电解液保有量在正常范围内时，封装压力、真空控制保持预设参数；当电解液保有量超出预警范围时，通过参数模型增加压板的下压位置、下压压力以及抽真空时间值；当电解液保有量低于预警范围时，通过参数模型减小压板的下压位置、下压压力以及抽真空时间值；经过调整让保有量维持在正常范围，同时通过多次对压力数据、抽真空时间及保有量关系的数据分析，形成保有量控制的对应参数模型，保存参数模型；
电池封口机的结构包括机架（8）和PLC控制器，所述机架（8）上设有工作转盘（1），沿所述工作转盘（1）依次设有抽液封口机构（3）、切边机构（2）、NG分选机构（4）和下料机构（6），所述NG分选机构（4）靠近工作转盘（1）一侧设有扫码机构（5），所述NG分选机构（4）靠近下料机构（6）一侧设有称重机构（7），所述扫码机构（5）、称重机构（7）、切边机构（2）、NG分选机构（4）、下料机构（6）和抽液封口机构（3）均与PLC控制器连接，所述切边机构（2）上端一侧设有上切刀调节机构（231），所述上切刀调节机构（231）下方一侧设有千分尺调节机构（211），所述上切刀调节机构（231）和千分尺调节机构（211）均与PLC控制器连接；PLC控制器通过对比锂电池封装前后的重量对封装压板的下压位置、下压压力及抽真空时间值进行控制，实现保有量闭环控制功能，使电解液保有量维持在正常范围；
所述抽液封口机构（3）包括封口支架（31）、上封头移动气缸（371）、伺服压紧机构（39）、上腔移动气缸（351）、泄真空阀（352）、上腔体（35）、上封头（37）、下封头（38）、下腔体（36）和下腔移动气缸（361），所述封口支架（31）的上下两端分别设有上腔体安装板（32）和下腔体安装板（33），所述上腔体安装板（32）的上方设有上封头气缸安装板（34），所述上腔移动气缸（351）固定安装于上腔体安装板（32）的上表面，所述上腔体（35）安装于上腔体安装板（32）的下方，并可由上腔移动气缸（351）控制上下活动，所述上封头（37）设于上腔体（35）下方，所述上封头移动气缸（371）固定安装于上封头气缸安装板（34）的上表面，所述上封头移动气缸（371）的活动杆先后穿过上封头气缸安装板（34）、上腔体安装板（32）和上腔体（35）与上封头（37）驱动连接，所述下腔体（36）设于上腔体（35）的正下方，并可由固定安装于下腔体安装板（33）下表面的下腔移动气缸（361）控制上下活动，所述下腔体（36）内设有与上封头（37）对应的下封头（38）；
所述称重机构（7）包括称重支架(71)，所述称重支架(71)上设有配重板(72)，所述配重板(72)上通过支撑杆(73)安装有大理石板(74)，所述大理石板(74)上设有精密电子称(75)，所述精密电子称(75)上设有用于放置电池的电池支撑治具（76），所述称重支架(71)的下端设有可调防震脚杯（77），所述扫码机构(5)包括设于工作转盘(1)上方的上扫码枪(51)和设于工作转盘(1)下方的下扫码枪(52)，所述下扫码枪(52)固定安装于支撑杆(73)上；
所述下料机构（6）包括下料拉带，所述NG分选机构（4）包括分选支架(41)，所述称重机构(7)设于分选支架(41)的下方，所述下料拉带与称重机构(7)之间设有用于存放NG电池的临时储料台(81)，所述分选支架(41)的上端设有用于将工作转盘(1)上的电池(9)移到称重机构(7)的移料机械手(42)，所述移料机械手(42)的下方设有用于将称重机构(7)处的电池移到下料拉带或临时储料台(81)的下料双联机械手（43）。
2.根据权利要求1所述的一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，其特征在于，所述切边机构（2）包括切边支架（21）、上切刀移动气缸（26）、电池压板（28）、压板移动气缸（29）、上切刀（24）、下切刀（25）和下切刀移动气缸（27），所述切边支架（21）的上下两端分别设有上切刀安装板（23）和下切刀安装板（22），所述上切刀移动气缸（26）固定安装于上切刀安装板（23）上，所述上切刀（24）设于上切刀安装板（23）的下方，并可由上切刀移动气缸（26）控制上下活动，所述下切刀（25）设于上切刀（24）正下方，并可由固定安装于下切刀安装板（22）上的下切刀移动气缸（27）控制上下活动，所述上切刀（24）的前侧设有电池压板（28）和控制电池压板（28）上下活动的压板移动气缸（29）。
3.根据权利要求2所述的一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，其特征在于，所述切刀支架（21）上端一侧设有上切刀调节机构（231），所述上切刀调节机构（231）与上切刀安装板（23）连接，所述上切刀调节机构（231）下方一侧设有用于调节下切刀安装板（22）位置的千分尺调节机构（211），所述压板移动气缸（29）的内侧设有电池防错位传感器（281）。
4.根据权利要求1所述的一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，其特征在于，所述上腔体安装板（32）的上端还安装有用于使上腔体（35）和下腔体（36）密封压合的伺服压紧机构（39），所述上腔体（35）的上端设有泄真空阀（352）。
5.根据权利要求1所述的一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，其特征在于，所述移料机械手(42)下端设有旋转气缸（44），所述旋转气缸（44）驱动连接有移料吸盘（45），所述上扫码枪(51)固定安装于移料机械手(42)的一侧。
6.根据权利要求1所述的一种电池封口机的电解液保液量闭环控制方法，其特征在于，所述下料双联机械手（43）包括两个并排设置的直线模组（46），所述直线模组（46）上均设有一个下料吸盘(47)。
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