CN110479687B - 一种动力电池铝壳的超声清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池铝壳的超声清洗装置，包括清洗机构，在所述清洗机构相对的两侧壁上设有超声信号互射的第一超声换能元，在所述清洗容器的底壁设有若干第二超声换能元，所述第一超声换能元和所述第二超声换能元的超声频率不同；所述第一超声换能元与所述第二超声换能元结构相同，其均包括本体和热管，所述本体包括依次连接的前盖板、后盖板和法兰，本体将压电陶瓷元件包裹住，所述热管通过所述法兰固定插设在所述本体内。工作时在清洗容器内形成分布均匀的混响声场，使清洗无盲区，且由于压电陶瓷元件被包裹住，解决了现有的超声清洗机存在清洗盲区，以及风机散热效果不佳导致的发热部件压电陶瓷的压电性能失效的问题。

Description

一种动力电池铝壳的超声清洗装置

技术领域

本发明属于动力锂电池生产技术领域，具体涉及一种动力电池铝壳的超声清洗装置。

背景技术

动力锂电池作为一种新型功能电池，其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中。

其中方形锂电池作为新能源汽车的动力能源，其出货量日益增多。方形锂电池的外壳通常为铝壳，铝壳在经过机床冲压成型之后，表面会附着大量的油渍和杂物，因此需要对其进行清洗。现有技术是通过超声波清洗系统利用超声在溶液中独有的空化作用将壳体表面的污渍冲刷掉，但现有的超声清洗机主要是将超声换能器均匀布置在清洗机底部且使用同一频率的振子，导致清洗机内声场分布不均匀，从而存在使得铝壳两侧有清洗盲区，清洗不彻底的问题。

且传统的超声系统在大功率状态下连续长时间工作时，由于换能器中压电陶瓷存在介电损耗，通过的电流会有一部分以热的形式散失，宏观表现为超声换能器的温度升高，当换能器温度升高时，超声器件的性能会大幅度下降，严重时可能会导致陶瓷破碎继而影响整个超声系统的运行。

尤其对于一些连续长时间工作的大功率超声换能器而言，合适的冷却系统必不可少，现在的普遍做法是在换能器附近安装一个风机，通过强制风冷使超声换能器温度降低，但当环境恶劣以及超声换能器工作产热过高时，风冷系统不足以使温度将至正常范围，且风机可能会将空气中的粉尘集中吹至超声换能器内部，严重可能造成超声换能器短路爆炸，且由于超声换能器的发热部件主要为压电陶瓷，陶瓷的导热性能较差，无法将热量顺利的导出，热量日积月累最终可能导致陶瓷的压电性能失效。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种动力电池铝壳超声清洗装置，在清洗容器相对的两侧壁及底壁均设置超声换能元，并设置底壁超声换能元与两侧侧壁的超声换能元频率不同，从而在清洗容器内形成分布均匀的混响声场，使清洗无盲区，解决了现有的超声清洗机存在清洗盲区，以及风机散热效果不佳导致的发热部件压电陶瓷的压电性能失效的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

.一种动力电池铝壳的超声清洗装置，包括清洗机构，所述清洗机构包括清洗容器，所述清洗容器包括依次首尾相接的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，在所述第一侧壁和所述第三侧壁上分别设有超声信号互射的第一超声换能元，在所述清洗容器的底壁设有若干第二超声换能元，所述第一超声换能元和所述第二超声换能元的超声频率不同；

所述第一超声换能元与所述第二超声换能元结构相同，其均包括本体和热管，所述本体内包裹有n个压电陶瓷元件，其中，n≥2且n为偶数，相邻的所述压电陶瓷元件之间设有导电极片；所述热管固定插设在所述本体内被所述压电陶瓷元件环绕，用于将所述压电陶瓷元件产生的热量散出。

进一步的，所述本体包括依次连接的前盖板、后盖板和法兰，所述前盖板和所述后盖板螺纹连接，所述前盖板与所述后盖板连接的端部设有内螺纹，所述后盖板与所述前盖板连接的端部设有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹啮合，所述前盖板和所述后盖板形成一空腔，所述压电陶瓷元件设于所述空腔内；所述热管通过所述法兰固定插设在所述本体内。

进一步的，所述热管的管壳材质为黄铜、不锈钢或碳钢，所述热管插设在所述本体内的部分与所述本体的间隙处填充有导热剂，所述导热剂为导热硅脂。

进一步的，在所述第一侧壁、所述第三侧壁和所述底壁上设有分别与所述第一超声换能元、所述第二超声换能元连接且配合使用的超声波振板。

进一步的，所述清洗容器的底壁上方设有滤网，所述滤网将所述清洗容器分隔成上部的清洗区和下部的加热区，所述清洗区的侧壁上设有温度传感器和液位传感器，所述加热区内设有加热管；所述清洗容器的任一侧壁的上部设有液体进口，任一侧壁的下部设有液体出口阀门。

进一步的，所述超声清洗装置还包括一运输机构，所述运输机构自所述第二侧壁延伸至所述第四侧壁，且经过所述清洗机构的部分位于所述清洗容器的内部。

优选的，所述运输机构包括输送链，所述输送链依靠电机驱动，所述输送链上设有用于固定动力电池铝壳的工装夹具。

进一步的，所述超声清洗装置还包括一设于所述清洗机构的下部、用于对所述第二超声换能元进行循环水冷散热的换热机构，所述换热机构为循环水冷却装置，所述循环冷却水装置包括水槽和循环水泵，所述水槽分别设有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别与所述循环水泵连通。

进一步的，所述超声清洗装置还包括用于对清洗后的铝壳沥干的热风沥干机构，所述热风沥干机构设于第四侧壁的一侧，所述热风沥干机构与所述第四侧壁相邻的两侧壁上开设有出风口。

优选的，所述热风沥干机构出风口所在的侧壁内侧设有用于检测铝壳的感应器。

与现有技术相比，本发明中的动力电池铝壳超声清洗装置具有以下有益效果：

本发明中的超声清洗装置在清洗容器相对的两侧壁设有超声信号相互对射的第一超声换能元，在底壁上设有第二超声换能元，并设置第一超声换能元与第二超声换能元的频率不同，从而工作时在清洗容器内形成分布均匀的混响声场，使清洗无盲区；

本发明中的第一超声换能元和第二超声换能元的结构相同，本体的前、后盖板做成带螺纹的结构通过内外螺纹将前盖板和后盖板连接将整个换能器形成一个整体，在前盖板和后盖板中间形成一空腔，压电陶瓷元件位于所述空腔内，也就是说将压电陶瓷元件处在前、后盖板的包裹中，从而屏蔽外界恶劣环境（如灰尘等）的影响，保证压电陶瓷元件的性能；

在超声换能元本体内插设一热管，热管与本体的间隙部分填充导热系数较大的导热剂，这种结构可以将换能元的热量通过热管传递出去完成散热，其结构简单，成本较低，易于保养维修。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例中的超声清洗装置的结构示意图 ；

图2为图1中超声清洗装置加热管13的俯视面示意图；

图3为图1中第一超声换能元51或第二超声换能元52的剖面示意图；

图4为图1超声清洗装置的正面结构示意图；

图5为图1的超声清洗装置的背面结构示意图；

图6为图1中输送链80的结构示意图。

图中：11-清洗容器、111-第一侧壁、112-第二侧壁、113-第三侧壁、114-第四侧壁、12-滤网、13-加热管、14-温度传感器、15-液位传感器、16-清洗液进口、17-清洗液出口阀门；

51-第一超声换能元、52-第二超声换能元、50-超声波振板、500-本体、501-前盖板、502-后盖板、503-法兰、504-压电陶瓷元件、505-导电极片、506-热管、507-变幅杆、508-导热剂；

60-水槽、61-循环水泵、62-进水口、63-出水口；

70-通风槽体、71-送风口、72-感应器；

80-输送链、81-工装夹具。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

需要特别说明的是，下文中的“设有”、“安装有”、“连接”等，如未作特别说明，均为本领域技术人员知晓的常规连接方式，如铆接、焊接、螺纹连接、一体加工成型等。

一种动力电池铝壳的超声清洗装置，具体请参加图1，包括清洗机构、运输机构、换热机构和热风沥干机构。

清洗机构包括清洗容器11，继续参见图1，清洗容器11包括依次首尾相接的第一侧壁111、第二侧壁112、第三侧壁113和第四侧壁114，其中，第一侧壁111和第三侧壁113相对设置，第二侧壁112与第四侧壁114相对设置，在本实施例中，如图1所述，清洗容器11为一体成型的长方体水槽形状。在第一侧壁111和第三侧壁113分别设有超声信号互射的第一超声换能元51，在清洗容器11的底壁上设有第二超声换能元52，可以理解的是，第一超声换元51和第二超声换能元52的安装为本领域技术人员知晓的常规手段，在本实施例中，通过双组分环氧糊状胶粘剂（AB胶）安装在清洗容器11的侧壁和底壁上，且作为本领域技术人员都知晓，在安装超声换能元时，需要配套与其连接的超声波振板50，超声波振板50的位置与第一超声换能元51和第二超声换能元52有关，如本实施例中，超声波振板50分别螺栓安装在第一侧壁111、第三侧壁113和底壁的外侧，并与对应的超声换能元连接，由于超声波振板50与超声换能元的连接为本领域常规手段，这里不再详细赘述。

在本实施例中，第一超声换能元51和第二超声换能元52的超声频率不同，从而使得其在工作时在清洗容器11的内部形成均匀的混响声场，使得铝壳的清洗无盲区，可全方位清洗铝壳。

此外，在本实施例中，在清洗容器11的底部设有滤网12，本实施例中的滤网12为金属滤网，滤网12的大小形状与清洗容器11的底壁相同，滤网12的两侧设有挂钩，尺寸与清洗容器11的侧壁配合，通过挂钩固定在清洗容器11的底部，滤网12将清洗容器11分隔成上部的清洗区和下部的加热区，加热区内设有加热管13，具体可参见图2和图1，在本实施例中，加热管13为U型加热管，加热更快，加热面积更多，加热管13通过一智能控温装置（图中未示出）控制加热频率；在清洗区的内侧壁上分别设有温度传感器14和液位传感器15，可以理解的是，温度传感器14、液位传感器15的安装可通过胶粘或螺纹安装等本领域常规的固定安装手段，且为了保证清洗的效果，温度传感器14和液位传感器15位于清洗区的上部，温度传感器14用于监控清洗容器11内的温度，从而保持合适的超声清洗温度，液位传感器15用于监控清洗容器11内清洗液的液面高度，保证铝壳始终在清洗液内，防止有清洗遗漏。同时，清洗容器11的任一侧壁的上部设有清洗液进口16，任一侧壁的下部设有清洗液出口阀门17，在本实施例中，为了不妨碍其他元件的位置和方便操作，清洗液进口16位于第一侧壁111的上部，清洗液出口阀门17位于第三侧壁113的下部，具体可参见图1，由于清洗液进口16和清洗液出口阀门17的位置可以根据需要进行调整，因此，未做具体的限定，其分别与外部设好的清洗液储存罐（图中未示出）连接，用于向清洗容器11内加入清洗液或放出清洗容器11内的清洗液。

更具体的，本实施例中，第一超声换能元51与第二超声换能元52结构相同，其均包括本体500和热管506，所述本体500包括依次连接的前盖板501、后盖板502和法兰503，前盖板501和后盖板502形成一空腔，本实施例中，前盖板501和后盖板502螺纹连接，前盖板501与后盖板502连接的端部设有内螺纹，后盖板502与前盖板501连接的端部设有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹啮合，从而形成空腔。所述空腔内设有n个压电陶瓷元件504，其中，n≥2且n为偶数，相邻的压电陶瓷元件504之间设有导电极片505，具体看参见图3，前盖板501与后盖板502形成的空腔刚刚好可以容置压电陶瓷元件504和导电极片505，压电陶瓷元件504和导电极片505被前盖板501和后盖板502包覆在内部，从而有效屏蔽外部环境（如灰尘等）对压电陶瓷元件504的影响。在本实施例中，导热极片505为导电散热的铜极薄片，压电陶瓷元件504之间通过树脂橡胶粘连。热管506通过后盖板502一侧的法兰503固定插设在本体500中被压电陶瓷元件504包围，具体的，压电陶瓷元件504和导电极片为圆环状，本实施例中的压电陶瓷元件504可采用如PZT-4、PZT-8或PZT-4H等具有良好压电效应的陶瓷圆环。在前盖板501上开设有两个通孔，其中一个通孔用于将压电陶瓷元件504的正负电极片电缆伸出，从而将压电陶瓷元件504与外部电源如超声波发生器（图中未示出）连接，另外一个通孔用于将本体500与变幅杆507的螺柱连接，从而使得第一超声换能元51或第二超声换能元52分别与变幅杆507、外部超声波发生器共同形成超声振动系统，实现超声清洗。在后盖板502上开有通孔，陶瓷圆环和后盖板502上通孔的内径略大于热管506的外径，刚好可以插设热管506，同时还留有一定的间隙，从而使得热管506插设在本体500内，在热管506与本体500之间的间隙内填充有导热剂508，导热剂508优选导热系数大的导热剂，在本实施例中优选为导热硅脂。热管506在本实施例中的作用主要是将陶瓷元件中的热量吸走并散出，因此，热管506可分为三段，位于压电陶瓷元件504的部分为加热段、位于后盖板502部分为过渡段，位于本体500外部的部分为冷凝段，冷凝段的作用就是散热，可以在空气中自然散热，也可以采用水夹套或水冷散热。本实施例中，热管506包括管壳、吸热芯和端盖，为本领域的常用热管，本实施例中，热管506的管壳材料优先选用导热良好的黄铜、不锈钢或碳钢制成，热管506内的热介质为导热液体，导热液体可以为丙酮、甲苯、甲醇或水，保证压电陶瓷元件504的散热效果。

换热机构设于清洗机构的下方，换热机构为循环水冷装置，具体可参见图4和图5，其包括水槽60和循环水泵61，在水槽60的侧壁上分别开设有进水口62和出水口63，进水口62和出水口63分别与循环水泵61连通，通过循环水泵61控制水槽60内的水循环流动。第二超声换能元52的冷凝段全部浸没在水槽60的冷却水内，从而实现循环水冷却散热，其与热管506配合使用，从而更进一步的提高散热效果。

请继续参见图1、图4和图5，本实施例中的热风沥干机构为一通风槽体70，其设于清洗容器11的第四侧壁114的一侧，通风槽体70与所述第四侧壁114相邻的两侧壁上开设有送风口71，在送风口71所在的侧壁内侧设有用于检测铝壳的感应器72，通过设置在送风口外侧的热风机（图中未示出），对清洗后的铝壳进行热风沥干。

本实施例中的运输机构，具体参见图1和图6，包括输送链80，输送链80自清洗容器11的第二侧壁112延伸至第四侧壁114，再继续延伸经过通风槽体70，其输送链80在通风槽体70的链段高度与送风口71等高，输送链80经过清洗容器11的部分位于所述清洗容器11的内部，从而使得铝壳清洗更加彻底。输送链80依靠电机驱动（图中未示出），为本领域常规结构，因此未示出，所述输送链80上设有用于固定动力电池铝壳的工装夹具81，具体来说，利用加工现场的上料机械手（图未示）将动力电池铝壳夹持到输送链80的工装夹具81上固定后，经过输送链80的输送，动力电池铝壳依次经过清洗容器11清洗后，进入通风槽体70通过热风机加热沥干后，再利用现场的下料机械手将清洗干燥后的动力电池铝壳夹持走。

具体工作时，本实施例中超声清洗装置可人工监控操作也可通过与PLC控制柜连接实现完全自动化操作。

具体操作时，在清洗容器11内加入清洗液，通过液位传感器15加到指定液位，启动加热管13将清洗液加热超声清洗所需的最佳温度（根据不同清洗液，所需温度也不同），并通过温度传感器14、加热管13和智能控温装置调节加热功率控制水温（温度传感器14、加热管13与是智能控温装置的连接为本领域常识因此未作具体阐述）。现场上料手将多个动力电池铝壳依次放置在输送链80上，电机驱动输送链80将铝壳输送到清洗容器内，启动外部电源，第一超声换能元51和第二超声换能元52振动使清洗液中形成正负交替的声压带动清洗液体出现瞬间生成崩裂的气核，由于空化作用使铝壳表面的铝渣，油污等落下至滤网12上（通过清洗滤网12，使清洗液可重复利用，清洗液可通过清洗液出口16和清洗液出口阀门17更换），超声清洗的同时，启动循环水泵61，使水槽60里的冷却水循环流动，持续冷却清洗容器11底壁的第二超声换能元52。清洗后的铝壳继续经输送链80传送到通风槽体70处，热风机通过两侧的送风口71吹出干燥的热空气，使铝壳表面的清洗液沥到通风槽体70中，最后通过输送链80将清洗干燥后的铝壳运至下道工序。

本实施例中的超声清洗装置，可将温度传感器14、加热管13、液位传感器15、清洗液进口16的阀门、清洗液出口阀门17、感应器72、循环水泵61、进水口62和出水口63的阀门均与PLC控制柜连接，通过PLC控制柜控制整个清洗过程完全自动化完成，具体来说，将液位传感器15、清洗液进口16、清洗液出口阀门17与PLC控制柜连接，可自动控制清洗液的添加和放出。当液位传感器15检测到液面低于待清洗铝壳高度时，输出信号给PLC控制柜，PLC控制柜输出信号使清洗液进口16的阀门开启，清洗液通过清洗液进口16流入清洗容器11内，当液位传感器15检测到液面到达指定位置时，PLC控制柜控制清洗液进口16的阀门关闭，同时控制智能控温装置工作使加热管13工作加热清洗液。当温度传感器14检测到温度达到预设值时，PLC控制柜控制智能控温装置停止工作，同时，PLC控制柜驱动超声波发生器，铝壳输送链80的驱动电机和循环水泵61工作。发生器将市电转换为高频高压的超声电能传给第一超声换能元51和第二超声换能元52，第一超声换能元51和第二超声换能元52输出超声波传递给变幅杆507，进而将超声能量传递至清洗液中；循环水泵61使水槽60的冷却水循环流动，完成第二超声换能元52的散热；铝壳通过输送链80一次经过清洗容器11内进行清洗，再经过通风槽体70。当感应器72检测到有铝壳到达时，PLC控制柜控制热风机工作，通过送风口71向铝壳吹风。整个系统完成铝壳的自动清洗流程，无需人工操作且清洗无死角，系统稳定性好，散热能力强，适合连续长时间的清洗工作，极大的提高了铝壳清洗的效率和质量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种动力电池铝壳的超声清洗装置，包括清洗机构，所述清洗机构包括清洗容器，所述清洗容器包括依次首尾相接的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，其特征在于，在所述第一侧壁和所述第三侧壁上分别设有超声信号互射的第一超声换能元，在所述清洗容器的底壁设有若干第二超声换能元，所述第一超声换能元和所述第二超声换能元的超声频率不同；

所述第一超声换能元与所述第二超声换能元结构相同，其均包括本体和热管，所述本体内包裹有n个压电陶瓷元件，其中，n≥2且n为偶数，相邻的所述压电陶瓷元件之间设有导电极片；所述热管插设于所述本体中，用于将所述压电陶瓷元件产生的热量散出，其分为三段，包括被所述压电陶瓷元件环绕的加热段、被所述本体环绕的过渡段以及位于所述本体外部的冷凝段；所述热管的管壳材质为黄铜、不锈钢或碳钢，所述热管插设在所述本体内的部分与所述本体的间隙处填充有导热剂。

2.如权利要求1所述的超声清洗装置，其特征在于，所述本体包括依次连接的前盖板、后盖板和法兰，所述前盖板和所述后盖板螺纹连接，所述前盖板与所述后盖板连接的端部设有内螺纹，所述后盖板与所述前盖板连接的端部设有外螺纹，所述外螺纹与所述内螺纹啮合，所述前盖板和所述后盖板形成一空腔，所述压电陶瓷元件设于所述空腔内；所述热管通过所述法兰固定插设在所述本体内。

3.如权利要求1所述的超声清洗装置，其特征在于，所述导热剂为导热硅脂。

4.如权利要求1所述的超声清洗装置，其特征在于，在所述第一侧壁、所述第三侧壁和所述底壁上设有分别与所述第一超声换能元、所述第二超声换能元连接且配合使用的超声波振板。

5.如权利要求1所述的超声清洗装置，其特征在于，所述清洗容器的底壁上方设有滤网，所述滤网将所述清洗容器分隔成上部的清洗区和下部的加热区，所述清洗区的侧壁上设有温度传感器和液位传感器，所述加热区内设有加热管；所述清洗容器的任一侧壁的上部设有液体进口，其任一侧壁的下部设有液体出口阀门。

6.如权利要求1所述的超声清洗装置，其特征在于，所述超声清洗装置还包括一运输机构，所述运输机构自所述第二侧壁延伸至所述第四侧壁，且经过所述清洗机构的部分位于所述清洗容器的内部。

7.如权利要求6所述的超声清洗装置，其特征在于，所述运输机构包括输送链，所述输送链上设有用于固定动力电池铝壳的工装夹具。

8.如权利要求1所述的超声清洗装置，其特征在于，所述超声清洗装置还包括一设于所述清洗机构的下部、用于对所述第二超声换能元进行循环水冷散热的换热机构，所述换热机构为循环水冷却装置，所述循环水 冷却装置包括水槽和循环水泵，所述水槽分别设有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别与所述循环水泵连通。

9.如权利要求1所述的超声清洗装置，其特征在于，所述超声清洗装置还包括用于对清洗后的铝壳沥干的热风沥干机构，所述热风沥干机构设于第四侧壁的一侧，所述热风沥干机构与所述第四侧壁相邻的两侧壁上开设有出风口。

10.如权利要求9所述的超声清洗装置，其特征在于，所述热风沥干机构出风口所在的侧壁内侧设有用于检测铝壳的感应器。

Images