CN114034575B - 电池焊接检测机构及电池焊接检测方法 - Google Patents

Abstract

电池焊接检测机构及电池焊接检测方法，用于检测电池中电芯和钢壳的焊接效果，电池焊接检测机构包括：定位基准部，所述定位基准部为待测电池提供一个检测时的定位基准；位于所述定位基准部下方的探针，所述探针可上下移动，待测电池头部朝下位于所述探针的上方，探针的顶端可伸入待测电池的头部内；安装所述探针的探针固定座，所述探针固定座通过弹性元件设置于一底座上；驱动所述底座上下移动的探针移动驱动单元；检测所述探针位置的探针位移检测机构。本发明利用电芯的自身重力对电芯和钢壳的焊接效果进行检测，用探针检测电池倒置状态下电芯是否会发生向下位移来判断焊接效果，检测过程中无需拉扯极耳，避免对电池造成损坏。

Description

电池焊接检测机构及电池焊接检测方法

技术领域

本发明属于锂电池制造设备技术领域，具体涉及一种圆柱锂电池的电芯和钢壳焊接效果的检测机构及检测方法。

背景技术

圆柱形锂电池生产过程中，需要将电芯和钢壳焊接在一起。为了保证电池品质，通常会对电芯和钢壳焊接是否牢固进行检测，对焊接不牢固的不良品要进行剔除。目前电芯和钢壳间焊接效果的检测方法主要是拉力测试法，该方法是将电池钢壳固定后，用拉力机构夹住电芯的极耳，进行拉力测试，如果在恒定拉力范围内极耳位置无变化则焊接合格，否则为焊接不合格。但经过生产实践，发明人发现这种检测方法存在着以下问题：此方法对拉力控制的稳定性要求很高，如拉力控制不好容易破坏钢壳和电芯焊接良好的电池，而且测试过程中需要夹持极耳，拉扯时可能会对极耳造成损坏，同时，极耳和电芯也是焊接连接，拉扯时也有可能会破坏极耳与电芯的连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不会对电池造成损坏的电池焊接检测机构以及电池焊接检测方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

电池焊接检测机构，包括：定位基准部，所述定位基准部为待测电池提供一个检测时的定位基准；位于所述定位基准部下方的探针，所述探针可上下移动，待测电池头部朝下位于所述探针的上方，探针的顶端可伸入待测电池的头部内；安装所述探针的探针固定座，所述探针固定座通过弹性元件设置于一底座上；驱动所述底座上下移动的探针移动驱动单元；检测所述探针位置的探针位移检测机构。

进一步的，所述定位基准部上方设置有定位压块和驱动所述定位压块上下移动的定位压块驱动单元，所述定位压块在所述定位压块驱动单元的驱动下可沿靠近或远离所述定位基准部的方向移动，用于将待测电池推至与所述定位基准部相接触的检测位置。

进一步的，所述探针位移检测机构包括感应片和检测传感器，所述感应片设置于所述探针固定座上，所述检测传感器设置于所述底座上。

进一步的，所述探针固定座和所述底座之间设置有导杆，所述导杆伸入所述探针固定座和所述底座内，导杆的轴线和探针的移动方向一致，所述探针固定座可沿所述导杆移动。

进一步的，还包括第一安装架，所述定位基准部固定于所述第一安装架上，所述底座可移动地设置于所述第一安装架上。

进一步的，还包括第一电池翻转机构、第二电池翻转机构和电池移送机构，所述第一电池翻转机构位于电池焊接检测机构之前，用于将待测电池翻转至头部朝下的状态，所述第二电池翻转机构位于电池焊接检测机构之后，用于将检测完毕的电池翻转至头部朝上的状态，所述电池移送机构用于移送电池依次经过第一电池翻转机构、电池焊接检测机构和第二电池翻转机构，所述电池移送机构包括夹持电池的夹具，电池以头部朝上的状态放置于夹具上。

进一步的，所述第一电池翻转机构和所述第二电池翻转机构的结构相同，均包括：第二安装架、可移动地设置于第二安装架上的平移底座、驱动所述平移底座移动的底座移动机构、通过转轴设置于所述平移底座上的旋转座、设置于所述旋转座上的电池夹具，驱动所述旋转座转动的电芯翻转结构，所述底座移动机构和所述电芯翻转结构设置于所述第二安装架上。

进一步的，所述第一电池翻转机构和所述第二电池翻转机构还包括电芯限位部，所述电芯限位部与所述电池夹具相连，电芯限位部和电池夹具中电池的头部同侧设置，用于放置电池翻转时，焊接失效的电芯从钢壳中掉出。

本发明还提供了一种电池焊接检测方法，检测电池的电芯和钢壳的焊接是否合格，包括以下步骤：

将电池头部朝下悬空放置，位置固定好；

将探针组件移动至检测位置，所述探针组件包括探针、探针固定座、弹簧和底座，所述探针设置于所述探针固定座上，所述探针固定座通过所述弹簧设置于所述底座上；探针组件位于检测位置时，所述探针的顶端伸入电池的头部内；

通过探针位移检测机构检测探针组件移动到检测位置后，探针是否发生位移，如果探针向下移动则认为电池的电芯和钢壳的焊接不合格。

本发明还提供了一种电池焊接检测方法，采用前述电池焊接检测机构检测电池的电芯和钢壳的焊接是否合格，步骤如下：

将电池头部朝下送至所述定位基准部进行定位；

所述探针移动驱动单元带动所述探针移动至检测位置，所述探针的顶端伸入电池的头部内；

所述探针位移检测机构检测探针移动到检测位置后，探针是否发生位移，如果探针向下移动则认为电池的电芯和钢壳的焊接不合格。

由以上技术方案可知，本发明利用电芯自身重力来检测钢壳和电芯之间焊接效果，用探针检测电池倒置状态下电芯是否会发生向下位移来判断焊接效果，检测过程中无需拉扯极耳，可有效保护良品电池不会被破坏，避免了现有拉力检测法检测时要拉扯极耳而导致容易在测试过程中发生拉坏极耳、或者破坏极耳与电芯间的连接的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种圆柱锂电池的结构示意图；

图2为本发明实施例电池焊接检测机构的结构示意图；

图3为本发明实施例电池焊接翻转机构的结构示意图；

图4为本发明实施例电池焊接检测机构和电池翻转机构装配在一起时的示意图；

图5为本发明实施例电池焊接检测机构和电池移送机构装配在一起时的示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。

图1为一种圆柱锂电池的结构示意图，电芯100设置于钢壳101中，极耳102与电芯100相连，并伸出于钢壳101外，电芯100和钢壳101的焊接区域位于电池的底部，如图1中圆圈圈出的位置。为了便于说明，将电池的具有极耳的一端定义为头部，没有极耳的一端定义为底部。现有的检测电池的电芯和钢壳间的焊接是否牢固的手段是用夹具夹紧极耳后，拉扯极耳，这种方法对拉力机构性能稳定性要求很高，而且无法避免测试过程中拉坏极耳、或者破坏极耳与电芯间的连接的风险。为了解决现有检测手段可能会造成电芯损坏的问题，本发明提出了一种利用电芯自身重力来检测钢壳和电芯之间焊接效果的方法，将电池倒置，检测电芯是否存在向下的位移来判断焊接效果，由于电芯的重力恒定，极耳与电芯之间无额外的拉扯力，检测过程可有效保护良品电池不会被破坏。

如图2所示，本实施例的电池焊接机构包括第一安装架1、定位基准部2、定位压块3、定位压块驱动单元4、探针5、探针固定座6、底座7、弹簧8、导杆9以及探针位移检测机构10。定位基准部2固定于第一安装架1上，定位基准部2用于对电池的钢壳进行定位，给待测电池提供一个定位基准，本实施例的定位基准部2为一平板，检测时，电池的头部抵在定位基准部2上，使电池的检测位置保持统一。定位压块3与定位基准部2相对设置，定位压块3位于定位基准部2的上方。定位压块3可移动地设置于第一安装架1上，其可相对定位基准部2移动，定位压块3在定位驱动单元4的驱动下可在远离或靠近定位基准部2的方向上移动。本实施例的定位压块驱动单元4采用气缸，定位驱动单元4设置于第一安装架1的顶部，气缸的活塞杆与第一滑块12相连，定位压块3设置于第一滑块11上，第一滑块12通过导轨+凹槽的结构设置于第一安装架1上，第一滑块11移动时，带动其上的定位压块3移动，定位压块3用于将位于检测工位的电池推向定位基准部2，使其位于统一的检测位置。定位压块驱动单元通过第一滑块来推动压块，而不是直接带动压块移动，可以借助第一滑块和第一安装架之间的导轨来引导压块的移动，保证压块在竖直方向上移动的一致性。在其他的实施例中，定位基准部也可以采用该位置固定的夹具等其它的结构形式，只要能给待测电池提供一个统一的位置标准即可。

探针5设置于定位基准部2的下方。本实施例的探针5设置于探针固定座6上，探针固定座6通过弹簧8与底座7相连，弹簧8位于探针固定座6和底座7之间，通过弹簧8的弹性连接，探针固定座6和底座7之间可以发生相对运动，从而探针5在被下移的电芯压到时，会发生向下的位移。弹簧也可以采用弹片等弹性元件替代。探针固定座6和探针5可以是分体式结构，如本实施例，也可以是一体式结构。探针、探针固定座、弹簧和底座组成探针组件。探针位移检测机构10用于检测探针5(探针固定座6)是否发生位移，本实施例的探针位移检测机构10包括感应片10-1和检测传感器10-2，感应片10-1设置于探针固定座6上，探针固定座6移动时，感应片10-1跟着一起移动；检测传感器10-2设置于底座7上，用于检测感应片10-1，检测传感器10-2的位置可以根据检测标准相应设置，当感应片10-1移动至被检测传感器10-2检测到的位置时，说明电芯和钢壳间的焊接不合格。探针位移检测机构10也可以采用其他形式的位移传感器。为了提高检测的准确度，在探针固定座6和底座7之间设置有导杆9，导杆9通过滚珠滑套与探针固定座6和底座7相连，导杆的轴线和探针5(探针固定座6)的移动方向一致。本实施例的底座7设置于第二滑块13上，第二滑块13可移动地设置于第一安装架1上，第二滑块13和第一安装架1之间也采用导轨+凹槽的结构相连，第二滑块13与一驱动连杆14相连，驱动连杆14由探针移动驱动单元(未图示)驱动，可以带动第二滑块13沿远离或靠近待测电池的方向，从而将探针5移动至检测位置。

本发明在对电池进行检测时，是将电池头部朝下放置后，将探针插入电池中，与电芯的顶面相对，通过检测电芯是否会在重力作用下发生移动来判断焊接效果，如果电芯与钢壳的焊接不牢固，电芯就会在重力下向下移动并与探针相接触，下移的电芯会推动探针移动，此时通过检测探针的位移就能够判断出焊接是否合格，如果是焊接合格产品，电芯不会发生位移，就不会接触到探针，探针的位置也就不会发生变化。

如图3和图4所示，作为本发明的一种具体实施方式，在电池焊接检测机构的两侧分别设置有第一电池翻转机构A和第二电池翻转机构B，第一电池翻转机构A用于将电池从电池移送机构的夹具上拿起后，翻转至头部朝下的状态，然后放回夹具上，翻转后的电池移送至检测工位。第二电池翻转机构B用于将检测完毕的头部朝下的电池重新翻转至头部朝上的状态，放回电池移送机构的夹具上，移至下一工位。但在其它的实施方式中，也可以使用机械手抓取电池进行焊接检测，此时就无须再设置电池翻转机构，但机械手价格较为昂贵，本实施例采用了机械结构来实现电池的翻转，可以控制生产成本。

第一电池翻转机构A和第二电池翻转机构B的结构相同，下面以第一电池翻转机构为例进行说明。参照图3，电池翻转机构包括第二安装架15、电池夹具16、电芯限位部17、旋转座18、电芯翻转结构19、平移底座20、底座移动机构21。第二安装架15上设置有一水平的安装板15-1，平移底座20可移动地设置于安装板15-1上，平移底座20通过导轨+凹槽的结构与安装板15-1相连，并在底座移动机构21的带动下移动。本实施例的底座移动机构21包括平移摆臂21-1和摆臂驱动连杆21-2，平移摆臂21-1为L形，其通过转轴设置于第二安装架15上。平移摆臂21-1的一端与平移底座20相连，另一端与摆臂驱动连杆21-2相连，摆臂驱动连杆21-2与外部的驱动单元相连，并可以带动平移摆臂21-1转动，从而进一步带动平移底座20移动，方便电池夹具16从电池移送机构的夹具上取/放电池。在其他的实施例中，平移底座也可以通过气缸、电机等驱动单元驱动移动。

电池夹具16设置于旋转座18上，本实施例的电池夹具16采用夹持气缸。旋转座18通过转轴22与平移底座20相连，并可绕该转轴转动。旋转座18在电芯翻转结构19的带动下转动时，带动其上的电池夹具16一起转动，从而实现电池的翻转。本实施例的电芯翻转结构19包括翻转齿轮19-1、齿条19-2、翻转驱动连杆19-3、翻转驱动摆臂19-4。翻转齿轮19-1设置于转轴22上，齿条19-2与翻转齿轮19-1相啮合，翻转驱动摆臂19-5与齿条19-2相连，翻转驱动连杆19-3与翻转驱动摆臂19-4相连。翻转驱动连杆19-3在外部的驱动单元(未图示)的驱动下，带动翻转驱动摆臂19-4转动时，翻转驱动摆臂19-4会带动齿条19-2移动，与齿条19-2相啮合的翻转齿轮19-1转动，从而进一步带动电池夹具16转动。在其它的实施例中，也可以采用翻转气缸或电机等驱动传动结构来实现电池夹具的翻转。电芯限位部17与电池夹具16相连，电芯限位部17和电池的头部同侧设置，用于防止电池翻转时，焊接失效的电芯从钢壳中掉出。

下面结合图2至图5对本发明的电池焊接检测机构的检测过程进行说明：

如图5所示，电池由电池移送机构C运送，本实施里的电池移送机构C上的夹具夹持电池时，电池为竖直状态，且是头部朝上的状态，移送方向如图5中箭头方向所示。

电池先经过第一电池翻转机构A，第一电池翻转机构A将电池翻转180°后，放回电池移送机构C的夹具中，电池由电池移送机构C送至检测工位，此时电池处于头部朝下的状态；

移送至检测工位的待测电池位于定位基准部2和定位压块3之间，定位压块3向下移动，对待测电池做进一步定位，使其头部与定位基准部2的表面接触，保持检测位置统一；

待测电池定位好后，探针5向上移动至检测位置，当探针5位于检测位置时，其顶端伸入于待测电池内，如果待测电池的电芯和钢壳焊接牢固，电芯不会向下移动并触碰到探针5，则探针5也不会发生位移，如果电芯和钢壳焊接不牢固，电芯在自身重力作用下会向下移动，并与探针5相触碰，探针5就会向下移动，探针位移检测机构10检测到探针移动时，就发出检测信号，认为焊接不合格；

检测完毕的电池随电池移送机构C移动到第二电池翻转机构B处，第二电池翻转机构B将电池翻转复位，再放回电池移送机构C的夹具上，电池被送到下一个工序。

本发明的探针检测位置、感应片和检测传感器之间的距离以及弹簧的弹簧系数均为经验值，根据待测电池相应设计。以32140型圆柱锂电池为例，该电池的直径为32mm，高度为140mm，电芯重力约3.5N，经生产实践发现，电芯和钢壳焊接失效时，翻转后电芯会在钢壳中下移5～10mm左右，由此可以采用弹簧系数约0.5N/mm的弹簧，这样检测时，在电芯重量作用下探针可以克服弹簧的弹力并发生明显下移，而探针的检测位置、移动多少为不合格产品，可根据实际生产需要调节各部件的位置即可。由于受弹簧灵敏度以及电芯自身重量的影响，本发明的机构比较是用于大圆柱电池的焊接效果检测。

当然，本发明的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本发明的构思得到许多不同的具体方案，例如，作为移动驱动单元，伺服电机的传动结构可以采用多种方式，包括但不限于丝杆传动、皮带传动、链条传动、联轴器传动等；可以相对移动的部件之间的滑动配合的结构可以采用导轨和凹槽的配合结构或导槽和凸块的配合结构；前述实施例为了提高效率，采用双工位的结构，在其他的实施例中也可以是单工位或更多的工位；双工位的电池夹具上下错位设置是为了避免机构干涉，也可以设置于同一高度；诸如此等改变以及等效变换均应包含在本发明所述的范围之内。

Claims (10)

1.电池焊接检测机构，其特征在于，包括：

定位基准部，所述定位基准部为待测电池提供一个检测时的定位基准；

位于所述定位基准部下方的探针，所述探针可上下移动，待测电池头部朝下位于所述探针的上方，探针的顶端可伸入待测电池的头部内，电池的头部为电池的具有极耳的一端；

安装所述探针的探针固定座，所述探针固定座通过弹性元件设置于一底座上；

驱动所述底座上下移动的探针移动驱动单元；

检测所述探针位置的探针位移检测机构。

2.如权利要求1所述的电池焊接检测机构，其特征在于：所述定位基准部上方设置有定位压块和驱动所述定位压块上下移动的定位压块驱动单元，所述定位压块在所述定位压块驱动单元的驱动下可沿靠近或远离所述定位基准部的方向移动，用于将待测电池推至与所述定位基准部相接触的检测位置。

3.如权利要求1所述的电池焊接检测机构，其特征在于：所述探针位移检测机构包括感应片和检测传感器，所述感应片设置于所述探针固定座上，所述检测传感器设置于所述底座上。

4.如权利要求1所述的电池焊接检测机构，其特征在于：所述探针固定座和所述底座之间设置有导杆，所述导杆伸入所述探针固定座和所述底座内，导杆的轴线和探针的移动方向一致，所述探针固定座可沿所述导杆移动。

5.如权利要求1所述的电池焊接检测机构，其特征在于：还包括第一安装架，所述定位基准部固定于所述第一安装架上，所述底座可移动地设置于所述第一安装架上。

6.如权利要求1所述的电池焊接检测机构，其特征在于：还包括第一电池翻转机构、第二电池翻转机构和电池移送机构，所述第一电池翻转机构位于电池焊接检测机构之前，用于将待测电池翻转至头部朝下的状态，所述第二电池翻转机构位于电池焊接检测机构之后，用于将检测完毕的电池翻转至头部朝上的状态，所述电池移送机构用于移送电池依次经过第一电池翻转机构、电池焊接检测机构和第二电池翻转机构，所述电池移送机构包括夹持电池的夹具，电池以头部朝上的状态放置于夹具上。

7.如权利要求6所述的电池焊接检测机构，其特征在于：所述第一电池翻转机构和所述第二电池翻转机构的结构相同，均包括：第二安装架、可移动地设置于第二安装架上的平移底座、驱动所述平移底座移动的底座移动机构、通过转轴设置于所述平移底座上的旋转座、设置于所述旋转座上的电池夹具，驱动所述旋转座转动的电芯翻转结构，所述底座移动机构和所述电芯翻转结构设置于所述第二安装架上。

8.如权利要求7所述的电池焊接检测机构，其特征在于：所述第一电池翻转机构和所述第二电池翻转机构还包括电芯限位部，所述电芯限位部与所述电池夹具相连，电芯限位部和电池夹具中电池的头部同侧设置，用于防止电池翻转时，焊接失效的电芯从钢壳中掉出。

9.电池焊接检测方法，检测电池的电芯和钢壳的焊接是否合格，其特征在于，包括以下步骤：

将电池头部朝下悬空放置，位置固定好，电池的头部为电池的具有极耳的一端；

将探针组件移动至检测位置，所述探针组件包括探针、探针固定座、弹簧和底座，所述探针设置于所述探针固定座上，所述探针固定座通过所述弹簧设置于所述底座上；探针组件位于检测位置时，所述探针的顶端伸入电池的头部内；

通过探针位移检测机构检测探针组件移动到检测位置后，探针是否发生位移，如果探针向下移动则认为电池的电芯和钢壳的焊接不合格。

10.电池焊接检测方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的电池焊接检测机构检测电池的电芯和钢壳的焊接是否合格，步骤如下：

将电池头部朝下送至所述定位基准部进行定位；

所述探针移动驱动单元带动所述探针移动至检测位置，所述探针的顶端伸入电池的头部内；

所述探针位移检测机构检测探针移动到检测位置后，探针是否发生位移，如果探针向下移动则认为电池的电芯和钢壳的焊接不合格。