CN110672354A - 一种锂离子电池涂布自动取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池涂布自动取样装置，属于锂离子电池涂布技术辅助设备领域。所述取样装置安装于极片涂覆机上，包括设置于极片上方的取样单元，以及设置于极片下方的收集单元，还包括控制单元和导轨；所述取样单元包括上支撑轴和n个取样刀头，所述n个取样刀头均匀固定在上支撑轴上，其中，n为正整数；所述收集单元用于收集取样单元切割下来的极片；所述导轨设有两个，分别可滑动连接上支撑轴和收集单元长度方向上的两端；所述控制单元用于控制上支撑轴和收集单元在导轨上的移动，以及控制取样刀头旋转。本发明的取样装置设计合理、结构简单、成本低廉，并且能够在极片涂覆时在线对极片进行检测，以便及时对涂覆机械进行调整。

Description

一种锂离子电池涂布自动取样装置

技术领域

本发明属于锂离子电池涂布技术辅助设备领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池涂布自动取样装置。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、使用寿命长等突出优点，目前被广泛应用于手机、笔记本、蓝牙设备类的数码产品与电动汽车、电动自行车等动力产品。

在锂离子电池的生产工艺流程中，有一道涂布工序，涂布的质量、精度以及稳定性是保证动力锂离子电池电极质量及可靠性的基础，因此涂布制得的极片好坏直接影响电池性能的好坏，需要在涂布的时候对极片进行取样检验。目前，通常的检验方法是在一卷极片涂覆完成后，关闭机器，停止涂布，剪切极片取样，采用手动的取样器进行检测，对极片表面活性物质的面密度进行检验测量，如果面密度在规定的范围之内，即制得的极片合格，就可以启动机器继续涂布，否则需要调整涂布工艺条件，重新涂布、取样、测面密度等一系列操作，直到制得的极片合格为止。上述方法过于复杂，而且在取样后极片涂覆不合格的话，这卷极片便会报废，无法继续涂布使用。

例如，中国专利申请号为201721595614.4，申请公开日为2018年5月29日的专利申请文件公开了极片生产用在线打孔取样器。该专利打孔取样器包括极片涂覆机机架以及设置在极片涂覆机机架上的导辊，所述极片涂覆机机架一端设置有极片卷筒，所述极片涂覆机机架的一侧设置有在线打孔取样装置，所述在线打孔取样装置包括设置在极片涂覆机机架上的旋转平台，所述旋转平台的顶部连接有旋转杆，所述旋转杆上设置有取样杆，所述取样杆远离旋转杆的一端设置有取样机构，所述取样机构包括与取样杆固定连接的气缸以及设置在气缸动力端的取样刀，所述取样刀包括呈环形的取样刀本体以及设置在取样刀本体上的锯齿，所述取样刀内设置有吸附盘，所述吸附盘上设置有吸附孔，所述吸附孔连接有负压抽风机。但是，该取样器一次只能取一个点的极片，若想得到极片在宽度方向上是否涂布均匀的信息，必须多次取样，而且取样后，样片容易卡在刀片内，需手动取片，容易污染样片，影响取样检测信息。

因此，亟需开发一种更为方便且高效的锂离子电池涂布取样装置。

发明内容

1、要解决的问题

本发明提供了一种锂离子电池涂布自动取样装置，其目的在于解决现有对于较宽的极片，在线取样只能取单个样片，检测多个取样点的涂布质量较为困难的问题，同时，还可以实现取样的自动化。

本发明一种锂离子电池涂布自动取样装置还进一步解决了刀片切割极片结束后，极片取样片易卡在刀片内不易取出的问题。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种锂离子电池涂布自动取样装置，所述取样装置安装于极片涂覆机上，包括设置于极片上方的取样单元，以及设置于极片下方的收集单元，还包括控制单元和导轨；所述取样单元包括上支撑轴和n个取样刀头，所述n个取样刀头均匀固定在上支撑轴上，其中，n为正整数；所述收集单元用于收集取样单元切割下来的极片；所述导轨设有两个，分别可滑动连接上支撑轴和收集单元长度方向上的两端；所述控制单元用于控制上支撑轴和收集单元在导轨上的移动，以及控制取样刀头旋转。

进一步地，所述收集单元包括下支撑轴和n个托盘，所述n个托盘均匀设在下支撑轴上，在取样过程中，取样刀头与托盘在竖直方向上一一对应，其中，n为正整数。

进一步地，所述收集单元还包括收集板，所述收集板可拆卸安装于下支撑轴上，所述收集板上均匀设有n个托盘，在取样过程中，取样刀头与托盘在竖直方向上一一对应，其中，n为正整数。

优选地，所述收集板通过滑动槽滑动连接在下支撑轴上；

优选地，所述收集板通过螺栓固定在下支撑轴上；

进一步地，所述取样刀头和托盘个数分别为10个，保证电池极片在宽度方向上可取样均匀。

进一步地，所述上支撑轴和收集板均为中空的管道，所述上支撑轴连通上支气管，所述上支气管连接气泵A，气泵A提供正压气体，便于将刀片割下的取样极片吹出；所述收集板连通下支气管，所述下支气管连接气泵B，其中，所述取样刀头与上支撑轴连通，所述收集板与托盘的连接面开设通孔，气泵B提供负压气体，用于将取样极片吸附在托盘上。

进一步地，所述取样刀头包括中空的旋转杆和刀片，所述旋转杆一端连通上支撑轴，另一端连接刀片。

进一步地，所述取样刀头还包括包覆旋转杆杆身的刀座，所述刀座的长度小于旋转杆的长度，旋转杆下端伸出刀座下底面，用以固定刀片。

进一步地，所述刀片设有锯齿状刀刃。

进一步地，所述刀片优选设有两个锯齿。

进一步地，所述控制单元包括定位机构和启动机构；所述定位机构包括依次电连接的电磁阀A、PLC控制器A和限位开关，所述PLC控制器A用以控制上支撑轴和下支撑轴的上下移动，所述限位开关安装在导轨上，并且限位开关与极片位于同一个水平面上，用来感应刀片并向PLC控制器A传递停止信号；所述启动机构包括电连接的电磁阀B和PLC控制器B，所述PLC控制器B用来控制旋转杆的旋转以及气泵A、气泵B的开合。

进一步地，所述控制单元还包括急停机构，所述急停机构包括电磁阀C和PLC控制器C，所述PLC控制器C分别电连接电磁阀A和电磁阀B，用来控制电磁阀A或电磁阀B的断开。

进一步地，所述控制单元位于机柜内，机柜上还设有定位键、启动键和急停键，所述定位键用于开启电磁阀A，所述启动键用于开启电磁阀B，所述急停键用于开启电磁阀C。

进一步地，所述机柜与导轨之间还设有线槽，用于收纳控制单元与取样单元、收集单元之间连接的电线。

一种基于上述锂离子电池涂布自动取样装置的取样方法，其步骤为：

(1)首先安装将取样装置安装到涂覆机上，开始取样时，根据所需取样点选择取样刀头的数目，并拆卸不使用的取样刀头，闭合电磁阀A，利用PLC控制器A控制上支撑轴下行至刀片接触极片表面，限位开关反馈信号至PLC控制器A，控制电磁阀A断开；

(2)闭合电磁阀B，使得启动机构的电路通电，PLC控制器B控制旋转杆旋转，带动刀片旋转，切割极片，得到所需取样片，取样片落到下方收集单元相应位置的托盘上，取样工作完成。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的取样装置均匀设有多个取样刀头，可对电池极片的宽度方向上做精确的取样检测工作，达到取样点的多样性，更好监控电池极片涂布的质量，以适应对电池极片涂布质量要求高的场所，进而生产高质量的电池；

(2)本发明的取样装置通过控制单元来控制取样工作，实现全自动化，减小劳动强度，降低成本，提高工作效率；

(3)本发明的取样装置设计合理、结构简单、成本低廉，并且能够在极片涂覆时在线对极片进行检测，以便及时对涂覆机械进行调整，避免传统涂布结束后取样测试结果不合格导致一卷极片报废的问题，节约成本；

(4)本发明的取样装置设置收集单元，当切下取样极片时，取样极片可自由落到收集单元内，便于收集取样极片，且避免人体接触取样极片导致取样极片被污染影响检测结果的问题；更为方便的是，收集单元上的每个托盘均在取样刀头的正下方，可保证取样极片落到托盘上，便于记录与整理取样极片的测试数据；另外，若取样片卡在刀片内不易取出或者取样片不能准确落入托盘上，可开启气泵A吹出取样片，以及开启气泵B吸附取样片；

(5)本发明的刀片设有锯齿状刀刃，取样切割极片的过程中容易切割，且不易牵扯拉破极片；

(6)本发明的上支撑轴可在导轨上上下滑动，带动其上的取样刀头上下移动，开始取样时，可使取样刀头向下，结束取样后，将取样刀头远离极片，也可以取下上支撑轴，避免影响进一步地涂布操作；同理，下支撑轴也可在导轨上滑动，便于调整下支撑轴的高度。

附图说明

图1为本发明实施例2中取样装置的结构示意图；

图2为图1中A区域的放大示意图；

图3为本发明实施例2中收集单元的结构示意图；

图4为本发明取样刀头的结构示意图；

图5为本发明实施例2中取样装置进行取样工作的状态图；

图6为本发明控制单元的工作示意图；

图中：100、取样单元；110、取样刀头；111、刀座；112、旋转杆；113、刀片；120、上支撑轴；130、上支气管；140、气泵A；200、收集单元；210、托盘；211、通孔；220、下支撑轴；230、下支气管；240、收集板；250、气泵B；300、极片；400、控制单元；410、定位机构；411、定位键；412、电磁阀A；413、PLC控制器A；414、限位开关；420、启动机构；421、启动键；422、电磁阀B；423、PLC控制器B；430、急停机构；431、急停键；432、电磁阀C；433、PLC控制器C；440、线槽；450、机柜；500、导轨。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例的一种锂离子电池涂布自动取样装置，安装于电池极片300的涂覆机上，包括取样单元100、收集单元200、控制单元400和导轨500，其中，取样单元100位于极片300的上方，其两端固定在导轨500上，收集单元200固定于极片300的下方，其两端也固定在导轨500上，控制单元400控制取样单元100和收集单元200的取样工作，其中，取样单元100和收集单元200沿导轨500上下移动。应当注意的是，控制单元400电连接导轨500上的电机，驱动取样单元100和收集单元200移动，但是取样单元100和收集单元200在导轨500上移动，不作为本发明的创新点，即可采用任何一种可行的现有技术，例如，导轨500与取样单元100、收集单元200之间通过传动链条连接，再由电机带动传动链条然后带动两个单元上下移动；再如左右两个导轨500上各连接一个气缸，可采用亚德客气缸，控制单元400控制气缸，驱动取样单元100、收集单元200通过气压与气缸配合在导轨500上进行上下移动。

具体来说，取样单元100包括取样刀头110和上支撑轴120，上支撑轴120两端固定在导轨500的滑槽内，位于极片300的上方，便于从极片300上方开始切割取样片，并且上支撑轴120的长度与涂覆机的宽度一致，其上均匀开设10个通孔，用于安装取样刀头110，便于在极片300的宽度方向上均匀取多个取样片，保证取样点的多样性，使得取样片的检测数据更全面的代表极片的整体涂覆质量；取样刀头110均匀分布在上支撑轴120上，其包括旋转杆112和刀片113，旋转杆112配合插入上支撑轴120的通孔内，并采用轴承连接，使旋转杆112可在上支撑轴120上转动连接，值得注意的是，旋转杆112内安装有与之一体成型的台达A2型伺服电机，电机为其动力部件，连接控制单元400，驱动旋转杆112的转动；PLC控制系统通过限位开关414感应下达取样指令，台达A2型伺服电机启动，通过同步带带动旋转杆112进行驱动其转动完成取样。刀片113固定在旋转杆112的下端部，刀片113为中空的圆柱状，其中空的内壁还设有与旋转杆112杆身螺纹相配合的内螺纹，刀片113通过内螺纹可在旋转杆112上转动，并产生位移。

此外，本实施例的收集单元200包括托盘210和下支撑轴220，下支撑轴220两端固定在导轨500的滑槽内，位于极片300的下方，便于收集取样单元100切割下的取样片，并且下支撑轴220的长度与极片300的涂覆机宽度一致，其上均匀设有10个圆形的托盘210，在取样过程中，托盘210的圆心与刀片113的底面圆心在同一条竖直线上，保证刀片113切割的取样片落到托盘210上。

最后，控制单元400包括定位机构410和启动机构420；其中，定位机构410包括依次电连接的电磁阀A412、PLC控制器A413和限位开关414，其中限位开关414为基恩士FU系列光纤感应器。电磁阀A412的闭合使得定位机构410的电路处于通电状态，PLC控制器A413电连接驱动上支撑轴120和下支撑轴220移动的电机，用以控制上支撑轴120和下支撑轴220的上下移动；限位开关414固定在导轨500上，且与极片300位于同一水平面上，限位开关414用以感应同一水平面上的刀片113，即当刀片113接触到极片300时，限位开关414接收到信号，并将信号反馈到PLC控制器A413，使得PLC控制器A413发送关闭信号至电磁阀A412，电磁阀A412关闭，定位机构410的电路处于断电状态，上支撑轴120停止下移；启动机构420包括电连接的电磁阀B422和PLC控制器B423，电磁阀B422闭合使得启动机构420的电路处于通电状态，PLC控制器B423连接取样刀头110，用于控制取样刀头110的旋转杆112转动，进而带动其下端的刀片113转动切割极片300，得到取样片，落入收集单元200的托盘210上；取样工作结束后，启动定位机构410，使得上支撑轴120和下支撑轴220远离极片，便于后期取下取样单元100和收集单元200。

因此，基于本实施例自动取样装置的结构，得到本实施例锂离子电池涂布自动取样装置的使用方法：

(1)首先安装本实施例的取样装置，开始取样时，关闭涂覆机，根据所需取样点选择取样刀头110数目，根据涂覆宽度自由选择取样数量，不需使用的取样刀头110可人工拆卸，本实施例以取十个取样点为例，闭合电磁阀A412，利用PLC控制器A413控制上支撑轴120下行至刀片113接触极片表面，限位开关414反馈信号至PLC控制器A413，控制电磁阀A412断开；

(2)待刀片113接触极片300后，闭合电磁阀B422，使得启动机构420的电路通电，PLC控制器B423控制旋转杆112旋转，带动刀片113旋转，切割极片300，得到所需取样片，取样片落到下方收集单元200相应位置的托盘210上；

(3)若取样片卡在刀片113中空的内部不易取出时，将刀片113向上转动，使得旋转杆112尾部顶出取样片；

这里需要注意的是，取样点的个数根据需要可任意选择，也可任意选择取样点位置，本实施例选择十个取样点，即在极片300的宽度方向上均匀取10个取样片，依次检测这10个取样片的厚度，以判断这卷极片300是否还需继续涂布，能够方便及时调整涂覆，进而避免浪费；取样工作结束后，取下上、下支撑轴，以免影响涂覆机工作。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：结合图1所示，取样单元100还包括中空的刀座111、上支气管130，收集单元200还包括中空的收集板240、下支气管230，另外旋转杆112、上支撑轴120和下支撑轴220也为中空的结构，上支气管130一端连通上支撑轴120，另一端连接气泵A140，下支气管230一端连通收集板240，另一端连接气泵B250；控制单元400还包括急停机构430、线槽440和机柜450，其中，急停机构430避免发生紧急情况时及时停止控制单元400，机柜450用于安装控制单元400的电路及电子元器件，线槽440以容纳控制单元400与取样单元100、收集单元200之间连接的电线。

具体来说，如图4所示，取样单元100的上支撑轴120和旋转杆112为中空的结构，便于通入气体，当然，上支撑轴120上还设有上支气管130，上支气管130连接气泵A140，气泵A140提供气体，目的是将卡在刀片113内的取样片吹出，使其落到托盘210上；取样刀头110还包括刀座111，刀座111轴向上开设螺纹孔，在螺纹孔与上支撑轴120上通孔的轴心重合的位置，将刀座111采用螺钉固定在上支撑轴120上，旋转杆112的杆身布满螺纹，用于配合插入刀座111内并采用螺纹固定在刀座111上，这样的结构使得旋转杆112便于拆卸且可自由转动。

并且，收集单元200还包括中空的收集板240和与收集板240连通的下支气管230，如图3所示，收集板240可拆卸连接在下支撑轴220上方，并且收集板240的上方均匀开设10个托盘210，托盘210上设有三个通孔211，如图2所示，当然，一如实施例1的描述，在取样过程中，托盘210的圆心与刀片113的底面圆心在同一条竖直线上，保证刀片113切割的取样片落到托盘210上。这里下支撑轴220与收集板240的可拆卸连接有多种实施方式，一种方法是使用螺栓固定，简单易操作，便于随时拆卸，只需取下螺栓便可完成收集板240的分离；还可以以卡合固定的方式连接，如在下支撑轴220的上顶面开设长度方向的“T”形卡槽，另设置底面带有“T”形凸台的收集板240，“T”形卡槽与“T”形凸台相配合，实现下支撑轴220和收集板240可拆卸固定连接，这样的结构设计具有独特的优势，无需使用螺栓，只需取下下支撑轴220的一端部，便可滑动取出收集板240。下支气管230一端连通收集板240，另一端连接气泵B250，气泵B250提供负压气体，用于通过通孔211将取样片吸附在托盘210上。

根据上述取样单元100和收集单元200的结构变化，控制单元400还控制气泵A140和气泵B250的开启与关闭，即PLC控制器B423的PLC程序还设计了气泵A140和气泵B250的开启与关闭程序，当刀片113切割完成取样片后，气泵A140通气使得取样片下落，同时气泵B250提供负压气体，将落下的取样片吸附在托盘210上。

结合图6所示，控制单元400还包括急停机构430，急停机构430包括电连接的电磁阀C432和PLC控制器C433，电磁阀C432用于控制急停机构430电路的通电与断电，电磁阀C432闭合后，急停机构430电路的通电，PLC控制器C433控制定位机构410和启动机构420停止。控制单元400安装在机柜450内，机柜450上设有定位键411、启动键421、急停键431，分别用来控制电磁阀A412、电磁阀B422和电磁阀C432的开合；另外机柜450与导轨500之间设有收纳电线的线槽440，避免电线裸露在外存在安全隐患。

本实施例锂离子电池涂布自动取样装置的使用方法如下所述：

(1)首先安装本实施例的取样装置，如图5所示，开始取样时，关闭涂覆机，根据所需取样点选择取样刀头110数目，根据涂覆宽度自由选择取样数量，不需使用的取样刀头110可人工拆卸，本实施例以取十个取样点为例，按定位键411，利用PLC控制器A413控制上支撑轴120下行至刀片113接触极片表面，限位开关414反馈信号至PLC控制器A413，控制电磁阀A412断开；

(2)待刀片113接触极片300后，按启动键421，使得启动机构420的电路通电，PLC控制器B423控制旋转杆112旋转，带动刀片113旋转，切割极片300，得到所需取样片后，气泵A140开启通入正压气体，气泵B250开启通入负压气体，保证取样片落到下方收集单元200相应位置的托盘210上，取样完成；

(3)若取样工作中发生意外，可按动急停键431，强制停止取样工作。

同样，取样点的个数根据需要可任意选择，也可任意选择取样点位置，本实施例选择十个取样点，即在极片300的宽度方向上均匀取10个取样片，依次检测这10个取样片的厚度，以判断这卷极片300是否还需继续涂布，能够方便及时调整涂覆，进而避免浪费；取样工作结束后，取下上、下支撑轴，以免影响涂覆机工作。

Claims (8)

1.一种锂离子电池涂布自动取样装置，所述取样装置安装于极片(300)涂覆机上，其特征在于：包括设置于极片(300)上方的取样单元(100)以及设置于极片(300)下方的收集单元(200)、控制单元(400)和导轨(500)；所述取样单元(100)包括上支撑轴(120)和n个取样刀头(110)，所述n个取样刀头(110)均匀固定在上支撑轴(120)上，其中，n为正整数；所述收集单元(200)用于收集取样单元(100)切割下来的极片样品；所述导轨(500)设有两个，分别可滑动连接上支撑轴(120)和收集单元(200)长度方向上的两端；所述控制单元(400)用于控制上支撑轴(120)和收集单元(200)在导轨(500)上的移动，以及控制取样刀头(110)旋转。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池涂布自动取样装置，其特征在于：所述收集单元(200)包括下支撑轴(220)和n个托盘(210)，所述n个托盘(210)均匀设在下支撑轴(220)上，在取样过程中，取样刀头(110)与托盘(210)在竖直方向上一一对应，其中，n为正整数。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池涂布自动取样装置，其特征在于：所述收集单元(200)还包括收集板(240)，所述收集板(240)可拆卸安装于下支撑轴(220)上，所述收集板(240)上均匀设有n个托盘(210)，在取样过程中，取样刀头(110)与托盘(210)在竖直方向上一一对应，其中，n为正整数。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池涂布自动取样装置，其特征在于：所述上支撑轴(120)和收集板(240)均为中空的管道，所述上支撑轴(120)连通上支气管(130)，所述上支气管(130)连接气泵A(140)，所述收集板(240)连通下支气管(230)，所述下支气管(230)连接气泵B(250)，其中，所述取样刀头(110)与上支撑轴(120)连通，所述收集板(240)与托盘(210)的连接面开设通孔(211)。

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池涂布自动取样装置，其特征在于：所述取样刀头(110)包括中空的旋转杆(112)和刀片(113)，所述旋转杆(112)一端连通上支撑轴(120)，另一端连接刀片(113)。

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池涂布自动取样装置，其特征在于：所述刀片(113)设有锯齿状刀刃。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池涂布自动取样装置，其特征在于：所述控制单元(400)包括定位机构(410)和启动机构(420)；

所述定位机构(410)包括依次电连接的电磁阀A(412)、PLC控制器A(413)和限位开关(414)，所述PLC控制器A(413)用以控制上支撑轴(120)和下支撑轴(220)的上下移动，所述限位开关(414)安装在导轨(500)上，并且限位开关(414)与极片(300)位于同一个水平面上，用来感应刀片(113)并向PLC控制器A(413)传递停止信号；

所述启动机构(420)包括电连接的电磁阀B(422)和PLC控制器B(423)，所述PLC控制器B(423)用来控制旋转杆(112)的旋转以及气泵A(140)、气泵B(250)的开合。

8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池涂布自动取样装置，其特征在于：所述控制单元(400)还包括急停机构(430)，所述急停机构(430)包括电磁阀C(432)和PLC控制器C(433)，所述PLC控制器C(433)分别电连接电磁阀A(412)和电磁阀B，用来控制电磁阀A(412)或电磁阀B(422)的断开。

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