CN113649730B - 一种锂电池焊接的快速定位工装结构及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池焊接的快速定位工装结构及其焊接方法，工装结构包括工位盘，设置在工位盘上方的焊接机构，所述工位盘上设有电芯安置槽和极耳安置槽，电芯安置槽的底部设有产品顶出机构，工位盘的上方设有产品卸料机构；工位盘的外侧设有电芯输送带，电芯输送带的端部位于电芯安置槽的一侧；工位盘的上方设有极耳输送带，极耳输送带的端部位于所述极耳安置槽的一侧。该装置实现了电芯、极耳的自动上料，电芯、极耳的自动焊接以及焊接后产品的自动顶出以及卸料，而且，工位盘上设有多个焊接加工工位，可以同步实现了多组电芯、极耳的焊接加工，提高了锂电池焊接加工的效率。

Description

一种锂电池焊接的快速定位工装结构及其焊接方法

技术领域

本发明涉及机械设备领域，尤其是涉及一种锂电池焊接的快速定位工装结构及其焊接方法。

背景技术

锂电池焊接一般是指电芯与极耳之间的焊接固定加工，现在的锂电池加工领域，一般是采用人工进行焊接加工，焊接效率低。

为此，市面上出现了自动化的焊接设备，例如申请号为202010958869.2，专利名称为一种使用安全且焊接效率高效的锂电池焊接装置的发明专利，其包括机架，机架的顶面固定连接有固定底座，固定底座的顶面固定连接有固定支架，固定支架的内部活动连接有驱动齿轮，驱动齿轮的外壁右侧活动连接有驱动块，所述驱动块的外壁活动连接有驱动臂，驱动臂的底端右侧活动连接有驱动滚轮，驱动滚轮的外壁活动连接有驱动凸轮。该装置通过驱动齿轮带动第四传动齿轮转动从而带动固定壳向左移动，锂电池不断从上料仓中落入固定壳的凹槽中，不断地将锂电池转送至焊接头处焊接，该焊接装置实际的作用是实现锂电池的自动上料，锂电池与极耳之间的焊接加工仍然需要人工的配合来完成，实际的焊接效率并不高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种锂电池焊接的快速定位工装结构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锂电池焊接的快速定位工装结构，包括工位盘，设置在工位盘上方的焊接机构，所述工位盘的底部连接旋转电机，工位盘上设有电芯安置槽和极耳安置槽，电芯安置槽的底部设有产品顶出机构，所述工位盘的上方设有产品卸料机构；

所述工位盘的外侧设有电芯输送带，电芯输送带的端部位于电芯安置槽的一侧；

所述工位盘的上方设有极耳输送带，极耳输送带的端部位于所述极耳安置槽的一侧。

进一步，所述工位盘的底部连接旋转电机。

进一步，所述焊接机构包括升降板，安装在升降板底部边缘的多个焊接头，与升降板背面连接的升降驱动气缸，焊接头位于所述电芯安置槽、极耳安置槽衔接处的正上方。

进一步，所述产品顶出机构包括设置在所述电芯安置槽底部的产品托板，设置在工位盘底部的安装箱，设置在安装箱内并与产品托板连接的产品顶出气缸。

进一步，所述产品卸料机构包括安装在所述工位盘上方的卸料板，安装在卸料板边缘的多个吸盘，与卸料板背面连接的卸料升降气缸，与卸料升降气缸连接的安装板以及与安装板连接的方位控制电机，所述卸料板的背面设有吸气泵，吸气泵通过软管连接所述吸盘，吸盘位于所述极耳安置槽的上方。

进一步，所述电芯安置槽的底部设有第一位置传感器，所述极耳安置槽的底部设有第二位置传感器，第一位置传感器和第二位置传感器连接控制系统。

进一步，所述控制系统包括：

信号接收模块，用于接收所述第一位置传感器和第二位置传感器发射的部件位置信号；

信号处理模块，对信号接收模块接收的信号进行逻辑处理，并将执行信号发送给动作执行模块；

动作执行模块，用于控制所述焊接机构下行以及控制所述产品顶出机构顶出焊接后的产品。

进一步，所述电芯安置槽的数量为多个，多个电芯安置槽在工位盘的边缘环向均匀排布，所述焊接头的数量与所述电芯安置槽的数量一致。

进一步，所述第一位置传感器和第二位置传感器的型号为DWA-Noris。

进一步，所述旋转电机为伺服电机。

进一步，所述产品托板上表面设置有相变材料散热层，所述相变材料散热层为平均分子量为1000的聚乙二醇(PEG-1000)。

优选的，为了进一步提高电芯内部的散热性能，所述产品托板和所述相变材料散热层之间还设置有石墨烯散热层，且所述石墨烯散热层的热扩散系数为1500mm²/s-2000mm²/s，所述石墨烯散热层的导热系数为 2500W/(m*K)-3000W/(m*K)。

进一步的，所述相变材料散热层围绕所述产品托板上表面呈回形结构设置并形成第一回形结构，所述石墨烯散热层围绕所述产品托板上表面呈回形结构设置并形成与所述第一回形结构相嵌合的第二回形结构，且所述相变材料散热层和所述石墨烯散热层的厚度相同，并在同一水平面上。

此外，本发明还提供一种基于上述快速定位工装结构的锂电池焊接方法，包括如下步骤：

S1、产品上料：电芯输送带将电芯输送到电芯安置槽，极耳输送带将极耳输送到极耳安置槽；

S2、产品定位感应并自动焊接：第一位置传感器感应到电芯的位置信号，第二位置传感器感应到极耳的位置信号后，控制系统的信号接收模块将信号反馈给信号处理模块，信号处理模块通过动作执行模块控制升降驱动气缸启动，升降驱动气缸控制升降板和焊接头下行对电芯和极耳的衔接位置进行焊接；

S3、焊接后的产品顶出：焊接完成后，旋转电机带动工位盘转动到卸料工装的位置，控制系统控制产品顶出气缸启动，产品顶出气缸控制产品托板将产品顶出；

S4、焊接后的产品卸料：产品卸料机构的卸料升降气缸带动卸料板下行，卸料板上的吸盘吸附焊接完成后的产品并通过方位控制电机带动卸料板转动预定角度，吸盘的气源断开，将产品放置在工位盘旁边的下一道工位的传送带上，即可完成卸料。

本发明的有益效果为：电芯输送到电芯安置槽，极耳输送到极耳安置槽后，控制系统控制焊接头下行并对电芯和极耳的衔接位置进行焊接，焊接完成后，旋转电机带动工位盘转动到卸料工装的位置，产品顶出机构将产品顶出，卸料工装将顶出的产品卸料，该装置实现了电芯、极耳的自动上料，电芯、极耳的自动焊接以及焊接后产品的自动顶出，顶出的产品通过产品卸料机构的吸盘吸附并转移到下一道工序，该设备实现了电芯、极耳自动送料，电芯与极耳的自动焊接，焊接后产品的自动转移、卸料，加工效率高。而且，工位盘上设有多个焊接加工工位，可以同步实现了多组电芯、极耳的焊接加工，提高了锂电池焊接加工的效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明工位盘的结构示意图；

图3为本发明产品卸料机构的结构示意图；

图4为本发明控制系统的逻辑框图。

具体实施方式

如图1，图2，图3所示，本实施例提供的一种锂电池焊接的快速定位工装结构，包括工位盘1，设置在工位盘1上方的焊接机构，工位盘1上设有电芯安置槽2和极耳安置槽3，电芯安置槽2的底部设有产品顶出机构，产品顶出机构的上方设有产品卸料机构。

工位盘1的外侧设有电芯输送带4，电芯输送带4的端部位于电芯安置槽2的一侧；

工位盘1的上方设有极耳输送带5，极耳输送带5的端部位于极耳安置槽3的一侧。

进一步，工位盘1的底部连接旋转电机6，焊接机构包括升降板7，安装在升降板7底部边缘的多个焊接头8，与升降板7背面连接的升降驱动气缸9，焊接头8位于电芯安置槽2、极耳安置槽3衔接处的正上方。

产品顶出机构包括设置在电芯安置槽2底部的产品托板10，设置在工位盘1底部的安装箱11，设置在安装箱11内并与产品托板10连接的产品顶出气缸12。

产品卸料机构包括安装在工位盘1上方的卸料板18，安装在卸料板18 边缘的多个吸盘19，与卸料板18背面连接的卸料升降气缸20，与卸料升降气缸20连接的安装板21以及与安装板21连接的方位控制电机22，卸料板 18的背面设有吸气泵23，吸气泵23通过软管24连接吸盘19，吸盘19位于极耳安置槽3的上方。

进一步，电芯安置槽2的底部设有第一位置传感器13，极耳安置槽3的底部设有第二位置传感器14，第一位置传感器13和第二位置传感器14连接控制系统。

本实施例中，电芯安置槽2的数量为多个，多个电芯安置槽2在工位盘 1的边缘环向均匀排布。第一位置传感器13和第二位置传感器14的型号为 DWA-Noris。焊接头8的数量与电芯安置槽2的数量一致，旋转电机6为伺服电机。

其中，如图4所示，控制系统包括：

信号接收模块15，用于接收所述第一位置传感器13和第二位置传感器 14发射的部件位置信号；

信号处理模块16，对信号接收模块接收的信号进行逻辑处理，并将执行信号发送给动作执行模块；

动作执行模块17，用于控制所述焊接机构下行以及控制所述产品顶出机构顶出焊接后的产品。

进一步，由于焊接时会产生大量的热，会导致电芯表面温度过高，如果不及时散热，热量则可能会快速传递到电芯内部而影响电芯性能，而电芯内部温度过高则很容易引发副反应；因此，为了提高散热性能，产品托板10 上表面设置有相变材料散热层，相变材料散热层为平均分子量为1000的聚乙二醇(PEG-1000)。其中，PEG-1000为有机固固相变材料，且其相变温度会随着聚合度的增加而升高，因此，其平均相对分子量不能太高也不能过低，当达到其相变温度(37～41℃)时，会发生固-固相变，吸收热量。因此，本申请通过在产品托板10表面设置该相变材料散热层，当电芯的表面温度过高，超过该相变材料的相变温度时，发生固-固相变，吸收热量，从而降低电芯的温度，避免温度过高而影响电芯的工作性能，进而延长其使用寿命。

优选的，为了进一步提高电芯内部的散热性能，产品托板10和相变材料散热层之间还设置有石墨烯散热层，且石墨烯散热层的热扩散系数为 1500mm²/s-2000mm²/s，石墨烯散热层的导热系数为 2500W/(m*K)-3000W/(m*K)；石墨烯具有极佳的横向和纵向导热散热性能，其理论导热率比银要强10倍，通过增设石墨烯散热层，其能够将相变材料散热层吸收的热量快速的传导出去，避免热量积聚，这样要比单一设置相变材料散热层的散热效果更佳。因此，本申请通过石墨烯散热层+相变材料散热层的双重导热散热层设置，能够大大提高对电芯的散热效果。

进一步的，相变材料散热层围绕产品托板10上表面呈回形结构设置并形成第一回形结构，石墨烯散热层围绕产品托板10上表面呈回形结构设置并形成与第一回形结构相嵌合的第二回形结构，且相变材料散热层和石墨烯散热层的厚度相同，并在同一水平面上。这样的设置可以降低双散热层因层叠设置的整体厚度，同时不影响其对电芯的散热效果。

该装置加工时，其加工步骤具体如下：电芯输送带4将电芯输送到电芯安置槽2，极耳输送带5将极耳输送到极耳安置槽3，第一位置传感器13感应到电芯的位置信号，第二位置传感器14感应到极耳的位置信号后，控制系统的信号接收模块15将信号反馈给信号处理模块16，信号处理模块16通过动作执行模块17控制升降驱动气缸9启动，升降驱动气缸9控制升降板7 和焊接头8下行对电芯和极耳的衔接位置进行焊接，焊接完成后，旋转电机 6带动工位盘1转动到卸料工装的位置，控制系统控制产品顶出气缸12启动，产品顶出气缸12控制产品托板10将产品顶出，产品卸料机构的卸料升降气缸20带动卸料板18下行，卸料板18上的吸盘19吸附焊接完成后的产品并通过方位控制电机22带动卸料板18转动预定角度，吸盘19的气源断开，将产品放置在工位盘1旁边的下一道工位的传送带上，即可完成卸料，该设备实现了电芯、极耳自动送料，电芯与极耳的自动焊接，焊接后产品的自动转移、卸料，加工效率高。而且，工位盘上设有多个焊接加工工位，可以同步实现了多组电芯、极耳的焊接加工，提高了锂电池焊接加工的效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种锂电池焊接的快速定位工装结构，包括工位盘，设置在工位盘上方的焊接机构，其特征在于，所述工位盘的底部连接旋转电机，工位盘上设有电芯安置槽和极耳安置槽，电芯安置槽的底部设有产品顶出机构，所述工位盘的上方设有产品卸料机构；

所述工位盘的外侧设有电芯输送带，电芯输送带的端部位于电芯安置槽的一侧；

所述工位盘的上方设有极耳输送带，极耳输送带的端部位于所述极耳安置槽的一侧；

所述电芯安置槽的底部设有第一位置传感器，所述极耳安置槽的底部设有第二位置传感器，第一位置传感器和第二位置传感器连接控制系统；

所述产品顶出机构包括设置在所述电芯安置槽底部的产品托板，设置在工位盘底部的安装箱，设置在安装箱内并与产品托板连接的产品顶出气缸；

所述产品托板上表面设置有相变材料散热层，所述相变材料散热层为平均分子量为1000的聚乙二醇；

所述产品托板和所述相变材料散热层之间还设置有石墨烯散热层，且所述石墨烯散热层的热扩散系数为1500mm²/s-2000mm²/s，所述石墨烯散热层的导热系数为2500W/(m*K)-3000W/(m*K)；

所述产品卸料机构包括安装在所述工位盘上方的卸料板，安装在卸料板边缘的多个吸盘，与卸料板背面连接的卸料升降气缸，与卸料升降气缸连接的安装板以及与安装板连接的方位控制电机，所述卸料板的背面设有吸气泵，吸气泵通过软管连接所述吸盘，吸盘位于所述极耳安置槽的上方。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池焊接的快速定位工装结构，其特征在于，所述焊接机构包括升降板，安装在升降板底部边缘的多个焊接头，与升降板背面连接的升降驱动气缸，焊接头位于所述电芯安置槽、极耳安置槽衔接处的正上方。

3.根据权利要求2所述的一种锂电池焊接的快速定位工装结构，其特征在于，所述控制系统包括：

信号接收模块，用于接收所述第一位置传感器和第二位置传感器发射的部件位置信号；

信号处理模块，对信号接收模块接收的信号进行逻辑处理，并将执行信号发送给动作执行模块；

动作执行模块，用于控制所述焊接机构下行以及控制所述产品顶出机构顶出焊接后的产品。

4.根据权利要求2所述的一种锂电池焊接的快速定位工装结构，其特征在于，所述电芯安置槽的数量为多个，多个电芯安置槽在工位盘的边缘环向均匀排布，所述焊接头的数量与所述电芯安置槽的数量一致。

5.一种采用权利要求1～4任一项所述的锂电池焊接的快速定位工装结构的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、产品上料：电芯输送带将电芯输送到电芯安置槽，极耳输送带将极耳输送到极耳安置槽；

S2、产品定位感应并自动焊接：第一位置传感器感应到电芯的位置信号，第二位置传感器感应到极耳的位置信号后，控制系统的信号接收模块将信号反馈给信号处理模块，信号处理模块通过动作执行模块控制升降驱动气缸启动，升降驱动气缸控制升降板和焊接头下行对电芯和极耳的衔接位置进行焊接；

S3、焊接后的产品顶出：焊接完成后，旋转电机带动工位盘转动到卸料工装的位置，控制系统控制产品顶出气缸启动，产品顶出气缸控制产品托板将产品顶出；

S4、焊接后的产品卸料：产品卸料机构的卸料升降气缸带动卸料板下行，卸料板上的吸盘吸附焊接完成后的产品并通过方位控制电机带动卸料板转动预定角度，吸盘的气源断开，将产品放置在工位盘旁边的下一道工位的传送带上，即可完成卸料。

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