CN115255620A - 一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，包括：焊接系统，用于电芯和集流盘进行激光焊接；焊接工装，设置于所述焊接系统下方，包括焊接压头组件和配气组件；焊接压头组件，用于焊接时将集流盘和电芯压紧，以使所述焊接系统将集流盘焊接至电芯，以及提供护气气路通道、激光通道和除尘气流通道；本发明通过焊接压头组件可以提供护气气路通道、激光通道和除尘气流通道，除尘气流可以防止焊接过程中的烟尘或飞溅物污染电芯，护气气流不仅可以防止焊接面氧化，还可以将焊接面快速冷却，同时在配气组件的配合作用下，可以保持护气气路通道、激光通道和除尘气流通道的密封性，满足电芯集流盘激光焊接时除尘和吹气的需求。

Description

一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备

技术领域

本发明涉及激光焊接设备，具体地涉及一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备。

背景技术

圆柱电芯由于其特有的优势，在特斯拉的带动下，掀起了一股热潮，2022年，以特斯拉4680为代表的大圆柱电芯推向市场，对普通方形电芯的主导地位起到了撼动作用，或许大圆柱电芯会成为未来动力电芯的主流，4680圆柱电芯采用无极耳或全极耳技术，大大增加电芯的充放电效率，但由于集流盘与卷芯端部切跌的集流体采用多点激光焊接工艺，造成完成工艺的激光焊接设备要求较高，此设备需满足多点激光焊接的要求，并且不允许出现虚焊、焊穿的现象，并且由于焊点较大，业内普遍采用连续激光焊接。

现有的常规圆柱电芯采用脉冲激光焊接集流盘，且无完善的吹气、除尘考虑，从而使得焊接面容易发生氧化，并且在焊接过程中产生的烟尘、飞溅物容易污染电芯，故不能满足4680圆柱电芯集流盘激光焊接的需求。

发明内容

本发明的目的在于为了提高4680圆柱电池与集流盘焊接是的良品率，以便于实现规模化生产。

为了实现上述目的，本发明提供了一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，包括：

焊接系统，用于电芯和集流盘进行激光焊接；

焊接工装，设置于所述焊接系统下方，包括焊接压头组件和配气组件；

焊接压头组件，用于焊接时将集流盘和电芯压紧，以使所述焊接系统将集流盘焊接至电芯，以及提供护气气路通道、激光通道和除尘气流通道；

配气组件，设置于所述焊接压头组件上，用于输送惰性气体至所述焊接压头组件内，以及配合所述焊接压头组件保持所述护气气路通道、所述激光通道和所述除尘气流通道的密封性；

焊接夹具，设置于所述焊接工装下方，用于焊接时将电芯夹紧。

优选地，所述焊接工装还包括：

安装座，设置于所述焊接系统的下方；

升降气缸，设置于所述安装座的一侧；

滑台，设置于所述安装座的另一侧，所述升降气缸通过连接部与所述滑台连接，用于带动所述焊接压头组件移动将集流盘和电芯压紧；

限位组件，设置于所述滑台上，用于所述焊接压头组件可拆卸的设置于所述滑台的下方；

止动组件，设置于所述安装座与滑台之间，用于限制所述滑台向下运动的位置。

优选地，所述止动组件包括：

连接件，设置于所述滑台与安装座相邻一侧，并贯穿所述安装座；

液压缓冲器，设置于所述连接件贯穿所述安装座的一端；

止动件，设置于所述安装座侧壁，用于配合所述液压缓冲器限制所述滑台向下运动的位置。

优选地，所述限位组件包括；

两组夹紧气缸，设置于所述滑台上，并位于所述配气组件的两侧；

冂型杆，设置于所述夹紧气缸上，且所述冂型杆底部贯穿所述滑台；

限位板，设置于所述冂型杆的底部，以使所述焊接压头组件能够抵靠所述滑台的下表面；

限位框，设置于所述滑台底部，用于对所述焊接压头组件移动轨迹的固定。

优选地，所述焊接压头组件包括：

压头板；

多组第一通孔，沿竖直方向贯通设置于所述压头板内部，用于以允许激光和除尘气流穿过；

多组第二通孔，沿竖直方向呈角度设置于所述压头板内部，并且一端与所述第一通孔连通，用于以允许护气气流穿过。

优选地，所述配气组件包括；

配气板，设置于所述焊接压头组件的上方；

第三通孔，沿竖直方向贯通地设置于所述配气板的内部，并与所述激光通道和所述除尘气流通道连通；

多组第四通孔，沿竖直方向贯通地设置于所述配气板的内部，分布于所述第三通孔的四周，并与护气气路通道连通；

管道，可拆卸的设置于所述配气板顶部，且与所述第三通孔连通。

优选地，所述管道设有两个流道，两个所述流道构成Y形结构，分别用于提供激光和除尘气流穿过。

优选地，所述焊接夹具包括：

底座；

多组活动杆，设置于所述底座的四个角上；

浮动板，设置于所述活动杆顶部；

弹簧，设置于所述活动杆表面并位于所述浮动板与所述底座之间；

固定压紧块，可拆卸的设置于所述浮动板上一端；

活动压紧块，滑动设置于所述浮动板上另一端，用于配合所述固定压紧块相对运动将电芯夹紧固定；

推动气缸，设置于所述浮动板上，所述推动气缸的活塞杆与所述活动压紧块一侧连接，用于推动所述活动压紧块发生移动。

优选地，所述焊接夹具还包括升降托举组件，所述升降托举组件包括：

托举气缸，设置于所述浮动板底部；

安装板，设置于所述托举气缸上；

托举轴，设置于所述安装板上，所述托举轴一端贯穿所述浮动板，且与所述固定压紧块的圆心在同一中心线上，用于托举电芯露出抓取空间，以及焊接时下降低于所述浮动板上表面。

优选地，该设备还包括移动工装，所述移动工装包括无杆气缸和导向单元；

无杆气缸，设置于所述焊接夹具的底部，用于带动所述焊接夹具移入或移出焊接位置；

导向单元，设置于所述无杆气缸两侧，用于对所述焊接夹具移动轨迹进行限位。

本发明通过焊接压头组件可以提供护气气路通道、激光通道和除尘气流通道，除尘气流可以防止焊接过程中的烟尘或飞溅物污染电芯，护气气流不仅可以防止焊接面氧化，还可以将焊接面快速冷却，同时在配气组件的配合作用下，可以保持护气气路通道、激光通道和除尘气流通道的密封性，满足电芯集流盘激光焊接时除尘和吹气的需求。

附图说明

图1是根据发明一实施方式中激光焊接设备的整体结构图；

图2是根据发明一实施方式中激光焊接设备的内部结构示意图；

图3是根据发明一实施方式中焊接工装和焊接夹具的结构示意图；

图4是根据发明一实施方式中焊接工装的正视图；

图5是根据发明一实施方式中焊接工装的后视图；

图6是根据发明一实施方式中配气组件、限位组件和焊接压头组件的连接结构示意图；

图7是根据发明一实施方式中配气板的结构示意图；

图8是根据发明一实施方式中焊接工装的仰视图；

图9是根据发明一实施方式中焊接压头组件的结构示意图；

图10是根据发明一实施方式中焊接压头组件的剖视图；

图11是根据发明一实施方式中焊接夹具的结构示意图；

图12是根据发明一实施方式中焊接夹具的剖视图。

附图标记说明

1、 焊接系统 2、 焊接工装

21、 滑台 22、 配气组件

221、 配气板 222、 管道

223、 第三通孔 224、 第四通孔

23、 安装座 24、 限位组件

241、 冂型杆 242、 夹紧气缸

243、 限位板 244、 限位框

25、 升降气缸 26、 止动组件

261、 连接件 262、 液压缓冲器

263、 止动件 27、 焊接压头组件

271、 压头板 272、 第二通孔

273、 第一通孔 3、 焊接夹具

31、 底座 32、 推动气缸

33、 活动压紧块 34、 固定压紧块

35、 浮动板 36、 活动杆

37、 升降托举组件 371、 托举气缸

372、 托举轴 373、 安装板

4、 移动工装 41、 无杆气缸

42、 导向单元

具体实施方式

为使本申请实施目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式以及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。本申请所列举的实施方式只是本申请的一部分实施例，而不应当认为是全部的实施例。

如图1-图3所示，本发明一发明例提供一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备：包括焊接系统1、焊接工装2和焊接夹具3，焊接系统1用于电芯和集流盘进行激光焊接，焊接工装2设置于焊接系统1下方，焊接工装2包括焊接压头组件27和配气组件22，焊接压头组件27用于焊接时将集流盘和电芯压紧，以使焊接系统1将集流盘焊接至电芯，以及提供护气气路通道、激光通道和除尘气流通道，配气组件22设置于焊接压头组件27上，用于输送惰性气体至焊接压头组件27内，以及配合焊接压头组件27保持护气气路通道、激光通道和除尘气流通道的密封性，焊接夹具3设置于焊接工装2下方，用于焊接时将电芯夹紧。

具体地，该设备可以设计为双通道，左右两侧焊接工装2和焊接夹具3相同，可以为了满足正负极集流盘焊接一次上料或一侧焊接一侧上料，从而提高焊接效率，并且焊接系统1包括机架、X轴伺服模组、Z轴伺服模组、风刀和焊接振镜头，X轴伺服模组设置于机架上，Z轴伺服模组设置于X轴伺服模组上，焊接振镜头设置于Z轴伺服模组上，风刀设置于焊接振镜头的一侧，通过X轴伺服模组、Z轴伺服模组可以调节焊接振镜头的位置，适用于双通道焊接，焊接时，把电芯放入焊接夹具3中，焊接夹具3将电芯夹紧；焊接工装2下降到位，压紧集流盘和电芯，焊接压头组件27和配气组件22的配合作用下开启吹气、除尘启动，焊接振镜发出激光通过激光通道对电芯和集流盘进行焊接；焊接完成，焊接工装2复位，将电芯从焊接夹具3中取出。

进一步地，该设备的焊接工装2还包括安装座23、升降气缸25、滑台21、限位组件24和止动组件26，安装座23设置于焊接系统1的下方，升降气缸25设置于安装座23的一侧，滑台21设置于安装座23的另一侧，升降气缸25通过连接部与滑台21连接，用于带动焊接压头组件27移动将集流盘和电芯压紧，限位组件24设置于滑台21上，用于焊接压头组件27可拆卸的设置于滑台21的下方，止动组件26设置于安装座23与滑台21之间，用于限制滑台21向下运动的位置。

具体地，参考图4、图5以及图6，由于焊接压头组件27为易损件，通过限位组件24可以将焊接压头组件27与滑台21之间进行拆卸或安装，便于更换，配气组件22设置于滑台21的上方，并且配气组件22贯穿滑台21与焊接压头组件27连接，配合焊接压头组件27保持护气气路通道、激光通道和除尘气流通道的密封性，焊接时，升降气缸25通过滑台21带动焊接压头组件27下降到位，使得焊接压头组件27压紧集流盘和电芯，滑台21在下降的过程中，止动组件26的设置可以保证滑台21下降到位的精度。

进一步地，止动组件26包括连接件261、液压缓冲器262和止动件263，连接件261设置于滑台21与安装座23相邻一侧，并贯穿安装座23，液压缓冲器262设置于连接件261贯穿安装座23的一端，止动件263设置于安装座23侧壁，用于配合液压缓冲器262限制滑台21向下运动的位置。

具体地，参考图5，滑台21在下降过程中通过连接件261带动液压缓冲器262向下移动，直至液压缓冲器262与止动件263接触，可以保证滑台21下降到位精度，同时可以防止硬性碰撞导致焊接工装2发生损坏的问题。

进一步地，限位组件24包括两组夹紧气缸242、冂型杆241、限位板243和限位框244，两组夹紧气缸242设置于滑台21上，并位于配气组件22的两侧，冂型杆241设置于夹紧气缸242上，且冂型杆241底部贯穿滑台21，限位板243设置于冂型杆241的底部，以使焊接压头组件27能够抵靠滑台21的下表面，限位框244设置于滑台21底部，用于对焊接压头组件27移动轨迹的固定。

具体地，参考图4、图5、图6以及图8，安装焊接压头组件27时，托住焊接压头组件27底部沿限位框244开口处向内推，直至于限位框244一侧内壁抵触，然后夹紧气缸242带动冂型杆241向上移动，冂型杆241带动限位板243向上移动，使得限位板243将焊接压头组件27压紧，可以将焊接压头27组件进行安装，当需要将焊接压头组件27拆卸时，夹紧气缸242带动冂型杆241向下移动，冂型杆241带动限位板243向下移动，使得限位板243于焊接压头组件27脱离，然后将焊接压头组件27从限位框244的开口处移出，可以将焊接压头组件27进行拆卸。

具体地，焊接压头组件27包括压头板271、多组第一通孔273以及多组第二通孔272，多组第一通孔273沿竖直方向贯通设置于压头板271内部，用于以允许激光和除尘气流穿过；多组第二通孔272沿竖直方向呈角度设置于压头板271内部，并且一端与第一通孔273连通，用于以允许护气气流穿过。

具体地，参考图6、图8、图9以及图10，压头板271底面压紧集流盘和电芯，提供焊接基准面，第一通孔273允许激光和除尘气流穿过，除尘气流可以防止焊接过程中的烟尘或飞溅物污染电芯，第一通孔273可以根据激光焊接的区域设置为六组或四组，同时第一通孔273的孔径可以由上到下逐渐减小的，使其可以在焊接面聚焦，提供焊接效果，第二通孔272提供焊接护气气流穿过，通过护气气流不仅可以防止焊接面氧化，还可以将焊接面快速冷却，优选地，第二通孔272与Z轴夹角为30°，可以在有限的空间内，将护气气流吹到焊接面，并且减小了沿程的阻力，护气气流的流速大于除尘气流的流速，使得护气气流可以在焊接面流过。

进一步地，配气组件22包括配气板221、第三通孔223、多组第四通孔224和管道222，配气板221设置于焊接压头组件27的上方，第三通孔223沿竖直方向贯通地设置于配气板221的内部，并与激光通道和除尘气流通道连通，多组第四通孔224沿竖直方向贯通地设置于配气板221的内部，分布于第三通孔223的四周，并与护气气路通道连通，管道222可拆卸的设置于配气板221顶部，且与第三通孔223连通。

具体地，图4、图6以及图7，配气板221的底部与压头板271顶部间隙配合，实现密封作用，不锈钢快插接头通过螺纹与配气板221顶部的第四通孔224密封连接，为第四通孔224输送护气气体，多组第四通孔224的底部和多组第二通孔272的一端对应连通，配气板221的第三通孔223与多组第一通孔273均连通，管道222的下端面紧贴配气板的第三通孔223，并且管道222与第三通孔223同轴，允许激光和除尘气流穿过。

进一步地，管道222设有两个流道，两个流道构成Y形结构，分别用于提供激光和除尘气流穿过。

具体地，图4和图5，一个流道与第三通孔223中心同轴的流道，用于激光通过，另一个流道用于除尘气流通过。

进一步地，焊接夹具3包括底座31、多组活动杆36、浮动板35、弹簧、固定压紧块34、活动压紧块33和推动气缸32，多组活动杆36设置于底座31的四个角上；浮动板35设置于活动杆36顶部；弹簧设置于活动杆36表面并位于浮动板35与底座31之间；固定压紧块34可拆卸的设置于浮动板上一端；活动压紧块33滑动设置于浮动板35上另一端，用于配合固定压紧块34相对运动将电芯夹紧固定；推动气缸32设置于浮动板35上，推动气缸32的活塞杆与活动压紧块33一侧连接，用于推动活动压紧块33发生移动。

具体地，图11和图12，活动杆36、弹簧和浮动板35相互配合作用，可以起到浮动支撑的作用，提高焊接的精度，当需要将电芯夹紧时，将电芯放置在浮动板35上，并位于固定压紧块34和活动压紧块33之间，启动推动气缸32，使得推动气缸32带动活动压紧块33移动，由于固定压紧块34和活动压紧块33内侧形状可组成一个整圆，采用仿形加持的原理可以将电芯夹紧。

进一步地，焊接夹具3还包括升降托举组件37，升降托举组件37包括托举气缸371、安装板373和托举轴372，托举气缸371设置于浮动板35底部；安装板373设置于托举气缸371上；托举轴372设置于安装板373上，托举轴372一端贯穿浮动板35，且与固定压紧块34的圆心在同一中心线上，用于托举电芯露出抓取空间，以及焊接时下降低于浮动板35上表面。

具体地，参考图11和图12，当需要上下料时，托举气缸371通过安装板373带动托举轴372上升，使电芯露出一部分，从而使得电芯有抓取空间，上下料方便，定位焊接时托举轴372下降到位，托举轴372的上表面低于浮动板35的上表面，避免焊接时影响焊接的精度，同时通过安装板373和托举轴372的配合作用，可以缩小升降托举组件37所占用的空间，

进一步地，该设备还包括移动工装4，移动工装4包括无杆气缸41和导向单元42，无杆气缸41设置于焊接夹具3的底部，用于带动焊接夹具3移入或移出焊接位置，导向单元42设置于无杆气缸41两侧，用于对焊接夹具3移动轨迹进行限位。

具体地，参考图2和图3，无杆气缸41带动焊接夹具3移动，使其将焊接夹具3移入或移出焊接位置，同时在导向单元42的配合作用下，可以对焊接夹具3移动位置进行限位。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，包括：

焊接系统，用于电芯和集流盘进行激光焊接；

焊接工装，设置于所述焊接系统下方，包括焊接压头组件和配气组件；

焊接压头组件，用于焊接时将集流盘和电芯压紧，以使所述焊接系统将集流盘焊接至电芯，以及提供护气气路通道、激光通道和除尘气流通道；

配气组件，设置于所述焊接压头组件上，用于输送惰性气体至所述焊接压头组件内，以及配合所述焊接压头组件保持所述护气气路通道、所述激光通道和所述除尘气流通道的密封性；

焊接夹具，设置于所述焊接工装下方，用于焊接时将电芯夹紧。

2.根据权利要求1所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述焊接工装还包括：

安装座，设置于所述焊接系统的下方；

升降气缸，设置于所述安装座的一侧；

滑台，设置于所述安装座的另一侧，所述升降气缸通过连接部与所述滑台连接，用于带动所述焊接压头组件移动将集流盘和电芯压紧；

限位组件，设置于所述滑台上，用于所述焊接压头组件可拆卸的设置于所述滑台的下方；

止动组件，设置于所述安装座与所述滑台之间，用于限制所述滑台向下运动的位置。

3.根据权利要求2所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述止动组件包括：

连接件，设置于所述滑台与安装座相邻一侧，并贯穿所述安装座；

液压缓冲器，设置于所述连接件贯穿所述安装座的一端；

止动件，设置于所述安装座侧壁，用于配合所述液压缓冲器限制所述滑台向下运动的位置。

4.根据权利要求2所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述限位组件包括；

两组夹紧气缸，设置于所述滑台上，并位于所述配气组件的两侧；

冂型杆，设置于所述夹紧气缸上，且所述冂型杆底部贯穿所述滑台；

限位板，设置于所述冂型杆的底部，以使所述焊接压头组件能够抵靠所述滑台的下表面；

限位框，设置于所述滑台底部，用于对所述焊接压头组件移动轨迹的固定。

5.根据权利要求1所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述焊接压头组件包括：

压头板；

多组第一通孔，沿竖直方向贯通设置于所述压头板内部，用于以允许激光和除尘气流穿过；

多组第二通孔，沿竖直方向呈角度设置于所述压头板内部，并且一端与所述第一通孔连通，用于以允许护气气流穿过。

6.根据权利要求1所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述配气组件包括；

配气板，设置于所述焊接压头组件的上方；

第三通孔，沿竖直方向贯通地设置于所述配气板的内部，并与激光通道和除尘气流通道连通；

多组第四通孔，沿竖直方向贯通地设置于所述配气板的内部，分布于所述第三通孔的四周，并与护气气路通道连通；

管道，可拆卸的设置于所述配气板顶部，且与所述第三通孔连通。

7.根据权利要求6所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述管道设有两个流道，两个所述流道构成Y形结构，分别用于提供激光和除尘气流穿过。

8.根据权利要求1所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述焊接夹具包括：

底座；

多组活动杆，设置于所述底座的四个角上；

浮动板，设置于所述活动杆顶部；

弹簧，设置于所述活动杆表面并位于所述浮动板与所述底座之间；

固定压紧块，可拆卸的设置于所述浮动板上一端；

活动压紧块，滑动设置于所述浮动板上另一端，用于配合所述固定压紧块相对运动将电芯夹紧固定；

推动气缸，设置于所述浮动板上，所述推动气缸的活塞杆与所述活动压紧块一侧连接，用于推动所述活动压紧块发生移动。

9.根据权利要求8所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，所述焊接夹具还包括升降托举组件，所述升降托举组件包括：

托举气缸，设置于所述浮动板底部；

安装板，设置于所述托举气缸上；

托举轴，设置于所述安装板上，所述托举轴一端贯穿所述浮动板，且与所述固定压紧块的圆心在同一中心线上，用于托举电芯露出抓取空间，以及焊接时下降低于所述浮动板上表面。

10.根据权利要求1所述的一种4680圆柱电芯集流盘激光焊接设备，其特征在于，该设备还包括移动工装，所述移动工装包括无杆气缸和导向单元；

无杆气缸，设置于所述焊接夹具的底部，用于带动所述焊接夹具移入或移出焊接位置；

导向单元，设置于所述无杆气缸两侧，用于对所述焊接夹具移动轨迹进行限位。

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