CN115621682A - 一种锂离子电池注液系统及其注液控制方法 - Google Patents

一种锂离子电池注液系统及其注液控制方法 Download PDF

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CN115621682A CN202211143807.1A CN202211143807A CN115621682A CN 115621682 A CN115621682 A CN 115621682A CN 202211143807 A CN202211143807 A CN 202211143807A CN 115621682 A CN115621682 A CN 115621682A
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曹勇
苏峰
王海波
马仁良
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池注液系统及其注液控制方法，锂离子电池注液系统包括有控制器，分别与控制器连接的升降式注液腔、注液转盘、上料输送线、合格品下料输送线和不良品下料输送线；升降式注液腔位于注液转盘的正上方，注液转盘内置有多个电池定位腔，每个电池定位腔内均设置有对应的称重升降平台，上料输送线与多个电池定位腔中的其中一个电池定位腔对应连通，合格品下料输送线和不良品下料输送线上下平行设置且均与多个电池定位腔中的另一电池定位腔对应连通。本发明使得注液和称重同步进行，并对注液过程实时精准地监控，提高了注液的效率。

Description

一种锂离子电池注液系统及其注液控制方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池注液技术领域，具体是一种锂离子电池注液系统及其注液控制方法。
背景技术
在锂离子电池的生产过程中，注液过程是整个制程中至关重要的一步。锂电池的注液不仅影响锂离子电池后期的电化学性能，也影响到整个生产成本的有效管控。精准高效的注液过程既能保证锂离子电池后期的电化学性能优良，又能节约注液过程的时间，提高生产的效率，节约成本。
传统的锂离子电池注液系统往往采用直线式的上下料方式，注液结束后锂电池需要进入称重判定系统判定注液量，不利于提高注液的效率，增加了额外的成本。采用直线排布的锂离子电池注液系统占地面积较大，厂区的利用率较低，并且传统的锂离子电池注液系统中良品电池和不良品位于同一层，实际运行中不良品电池对合格品电池的流转会有一定的干扰，不利于过程防错。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池注液系统及其注液控制方法，使得注液和称重同步进行，并对注液过程实时精准地监控，提高了注液的效率。
本发明的技术方案为：
一种锂离子电池注液系统，包括有控制器，分别与控制器连接的升降式注液腔、注液转盘、上料输送线、合格品下料输送线和不良品下料输送线；所述的升降式注液腔位于注液转盘的正上方，注液转盘内置有多个电池定位腔，每个电池定位腔内均设置有对应的称重升降平台，上料输送线与多个电池定位腔中的其中一个电池定位腔对应连通，合格品下料输送线和不良品下料输送线上下平行设置且均与多个电池定位腔中的另一电池定位腔对应连通。
所述的称重升降平台包括有升降平台本体和设置于升降平台本体上的称重传感器，所述的称重传感器、升降平台本体的升降驱动机构均与控制器连接。
所述的注液转盘包括有与控制器连接的旋转驱动机构、以及与旋转驱动机构连接的旋转腔体，旋转腔体的内部沿周向被分割成多个电池定位腔。
所述的旋转腔体包括有环形封板和多个竖直隔板，环形封板竖直设置，多个竖直隔板沿环形封板的外周均匀分布且与环形封板的外壁固定连接，相邻的两个竖直隔板之间形成电池定位腔，每个电池定位腔的上部为上腔体，每个电池定位腔的下部为下腔体，每个竖直隔板上均设置有朝向对应电池定位腔上腔体的电池定位传感器，电池定位传感器与控制器连接。
所述的上料输送线位于旋转腔体的外周，上料输送线的出料端与其中一个电池定位腔的上腔体连通，上料输送线出料端的侧方设置有扫码枪，上料输送线的出料端设置有升降式上料挡板和上料计数器，每个称重升降平台上均设置有进出料输送线，扫码枪、升降式上料挡板、上料计数器和进出料输送线均与控制器连接。
所述的合格品下料输送线和不良品下料输送线均位于旋转腔体的外周，合格品下料输送线的进料端和上料输送线的出料端分别与相邻两个电池定位腔的上腔体连通，不良品下料输送线的进料端与对应电池定位腔的下腔体连通，合格品下料输送线和不良品下料输送线的出料端处均设置有与控制器连接的升降式下料挡板。
所述的多个电池定位腔中，其中一个电池定位腔作为1#电池定位腔，其它电池定位腔分别为2#-n#电池定位腔，n为大于2的整数，1#电池定位腔内称重升降平台的底端设置有向下延伸的定位挡板，旋转腔体外周的下料位处设置有与控制器连接的对射式光电传感器，对射式光电传感器相对的发射传感器和接收传感器分别设置于旋转腔体外圈的外周和旋转腔体的内圈中且均朝向电池定位腔的下腔体，发射传感器与合格品下料输送线进料端的水平朝向一致。
所述的升降式注液腔包括有注液升降驱动机构、底端开口的罩壳、一圈竖直向下延伸的注液嘴、以及设置于每个注液嘴上的电磁阀和压力传感器，罩壳与注液升降驱动机构连接，一圈注液嘴固定于罩壳内且与注液转盘的多个电池定位腔上下一一对应，注液升降驱动机构、每个注液嘴上的电磁阀和压力传感器均与控制器连接。
一种锂离子电池注液系统的注液控制方法，具体包括有以下步骤：
(1)、自检模式：注液转盘内的所有称重升降平台均上移至电池定位腔的上腔体内并确认所有电池定位腔内均无锂电池；
(2)、上料模式：控制器驱动注液转盘旋转，使得其中一个电池定位腔的上腔体与上料输送线的出料端连通，然后上料输送线上的一个锂电池输送至电池定位腔的称重升降平台上，然后重复上述步骤，直至注液转盘内每个称重升降平台上均设置有锂电池；
(3)、注液模式：控制器控制升降式注液腔下移，升降式注液腔上的注液嘴与注液转盘内锂电池上的注液口一一对接，打开电磁阀进行注液操作，注液时，每个称重升降平台实时采集锂电池重量的变化值，当采集的注液量达到设定注液重量时，控制器控制对应的电磁阀关闭，停止注液，当注液时间达到设定注液时间后，所有电磁阀均关闭停止注液，控制器控制升降式注液腔上移复位；
(4)、下料模式：注液完成后，控制器根据每个锂电池的实际注液量判定注液是否合格，注液量达到设定注液重量即注液合格，此电池定位腔内注液合格的锂电池直接输送至合格品下料输送线上输出，注液量未达到设定注液重量即注液不合格，控制器驱动此电池定位腔内的称重升降平台下移，此电池定位腔内注液不合格的锂电池输送至不良品下料输送线上输出；
(5)、上下料联动循环模式：当某一电池定位腔内的锂电池下料完成后，控制器驱动注液转盘旋转，将此电池定位腔与上料输送线对接，与此电池定位腔相邻的另一电池定位腔与合格品下料输送线对接，此电池定位腔按照步骤(2)进行上料模式的操作，相邻的另一电池定位腔按照步骤(4)进行下料模式的操作，所有电池定位腔均按此方式进行上下料同步操作，直至所有电池定位腔均完成上料操作，然后控制器控制上料输送线、合格品下料输送线和不良品下料输送线停止运行，再进行注液模式的操作，注液模式结束后进入下一次上下料联动循环模式；
(6)、清线模式：手动操作控制器发送结束生产指令，锂离子电池注液系统执行完最后一次上下料联动循环模式后，执行自检模式，自检模式结束后，锂离子电池注液系统停止操作。
所述的注液模式前，当未检测到某一电池定位腔内的锂电池定位信号或某一电池定位腔内称重升降平台未检测到称重量时，则控制器判定此电池定位腔出现上料异常状况，并控制其为禁止注液模式，即注液时，与此电池定位腔内锂电池连接的注液嘴其电磁阀始终处于关闭状态；在上料模式中，连续三个电池定位腔出现上料异常状况时，控制器即发出报警提醒并停止上料及后续模式的运行。
本发明的优点：
(1)、本发明用于定位锂电池的称重升降平台上集成有称重传感器，在注液前和注液后对锂电池进行称重，从而对注液量实时精准地监控，提高了注液的效率。
(2)、本发明的注液转盘可以根据生产的规模和锂电池的规格进行尺寸订制，保证了注液高效率的同时，提高了厂区的利用率，可以满足不同规格锂电池的注液需求。
(3)、本发明的注液转盘采用圆盘式结构，可实现上下料联动循环控制，大大提高了注液的效率。
(4)、本发明设置有合格品下料输送线和不良品下料输送线、以及与两者配合驱动的称重升降平台，可以实现合格品电池和不良品电池的分层流转，提高了空间利用率，有效地降低不良品电池对合格品电池流转的干扰风险。
附图说明
图1是本发明锂离子电池注液系统的结构示意图。
图2是本发明注液转盘的俯视图。
图3是本发明锂离子电池注液系统注液状态下的结构示意图。
图4是本发明锂离子电池注液系统的原理框图。
附图标记：1-注液升降驱动机构，2-升降式注液腔的罩壳，3-注液嘴，4-电磁阀，5-压力传感器，6-旋转驱动机构，7-环形封板，8-竖直隔板，9-电池定位传感器，10-升降平台本体，11-称重传感器，12-进出料输送线，13-定位挡板，14-对射式光电传感器，15-上料输送线，16-合格品下料输送线，17-不良品下料输送线，18-扫码枪，19-升降式上料挡板，20-上料计数器，21-升降式下料挡板，22-控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1-图4，一种锂离子电池注液系统，包括有控制器22、升降式注液腔、注液转盘、上料输送线15、合格品下料输送线16和不良品下料输送线17；
升降式注液腔位于注液转盘的正上方，升降式注液腔包括有注液升降驱动机构1、底端开口的罩壳2、一圈竖直向下延伸的注液嘴3、以及设置于每个注液嘴3上的电磁阀4和压力传感器5，罩壳2与注液升降驱动机构1连接，一圈注液嘴3固定于罩壳2内，罩壳2顶端的进口与电解液储液箱连接；
注液转盘包括有旋转驱动机构6、与旋转驱动机构6连接的旋转腔体和多个称重升降平台，旋转腔体包括有环形封板7和十六个竖直隔板8，环形封板7竖直设置，十六个竖直隔板8沿环形封板7的外周均匀分布且与环形封板7的外壁固定连接，相邻的两个竖直隔板8之间形成电池定位腔，一圈注液嘴2与十六个电池定位腔上下一一对应，每个电池定位腔的上部为上腔体，每个电池定位腔的下部为下腔体，每个竖直隔板8上均设置有朝向对应电池定位腔上腔体的电池定位传感器9，每个电池定位腔内均设置有对应的称重升降平台，称重升降平台包括有升降平台本体10、设置于升降平台本体10上的称重传感器11和进出料输送线12；
其中，十六个电池定位腔中，其中一个电池定位腔作为1#电池定位腔，其它电池定位腔分别为2#-16#电池定位腔，1#电池定位腔内称重升降平台的底端设置有向下延伸的定位挡板13，旋转腔体外周的下料位处设置有对射式光电传感器14，对射式光电传感器14相对的发射传感器和接收传感器分别设置于旋转腔体外圈的外周和旋转腔体的内圈中且均朝向电池定位腔的下腔体，发射传感器14与合格品下料输送线16进料端的水平朝向一致，当1#电池定位腔的上腔体与合格品下料输送线16对应连通、1#电池定位腔的下腔体与不良品下料输送线17对应连通时，定位挡板13位于对射式光电传感器14的发射传感器和接收传感器之间；
上料输送线15、合格品下料输送线16和不良品下料输送线17均位于旋转腔体的外周，上料输送线15其出料端的侧方设置有扫码枪18，合格品下料输送线16位于上料输送线15的水平侧方，合格品下料输送线16和不良品下料输送线17上下平行设置，合格品下料输送线16的进料端和上料输送线15的出料端分别与相邻两个电池定位腔的上腔体连通，不良品下料输送线17的进料端与对应电池定位腔的下腔体连通，上料输送线15的出料端设置有升降式上料挡板19和上料计数器20，合格品下料输送线16和不良品下料输送线17的出料端均设置有升降式下料挡板21；
升降式注液腔的注液升降驱动机构1，每个注液嘴2上的电磁阀4和压力传感器5，注液转盘的旋转驱动机构6和十六个电池定位传感器9，十六个升降平台本体10的升降驱动机构、称重传感器11和进出料输送线12，对射式光电传感器14，上料输送线15的驱动机构，合格品下料输送线16的驱动机构，不良品下料输送线17的驱动机构，扫码枪18，升降式上料挡板19，上料计数器20，升降式下料挡板21均与控制器22连接。
一种锂离子电池注液系统的注液控制方法，具体包括有以下步骤：
(1)、自检模式：当注液转盘所有电池定位腔内的称重升降平台均上移至电池定位腔的上腔体内，且十六个电池定位传感器9检测所有电池定位腔的上腔体内均无锂电池时，控制器22控制旋转腔体旋转直至对射式光电传感器14被定位挡板13遮挡，即1#电池定位腔的上腔体与合格品下料输送线16对应连通、1#电池定位腔的下腔体与不良品下料输送线17对应连通，此时完成自检模式；
(2)、上料模式：完成自检模式后，控制器22驱动旋转腔体旋转一个设定角度，使得1#电池定位腔的上腔体与上料输送线15的出料端连通，同时上料计数器20采集到上料输送线15的出料端处有锂电池，扫码枪18对锂电池和托盘进行扫码并上传控制器22，然后控制器22控制升降式上料挡板19下降，解除阻挡，并启动1#电池定位腔内称重升降平台上的进出料输送线12进行进料输送，使得上料输送线15的第一个锂电池输送至1#电池定位腔的称重升降平台上，当上料计数器20检测到第二个锂电池时，将升降式上料挡板19上移复位，阻挡第二个锂电池进入到1#电池定位腔的称重升降平台上，此时1#电池定位腔内的电池定位传感器9检测到锂电池定位信号，称重升降平台上的称重传感器11进行注液前的称重，并将注液前称重量传输给控制器22存储，1#电池定位腔上料完成后，控制器22驱动旋转腔体再次旋转一个设定角度，使得每个电池定位腔与上料输送线15依次对接，并按上述步骤完成所有电池定位腔的锂电池上料，当旋转腔体旋转至对射式光电传感器14再次被定位挡板13遮挡时，完成上料模式；注液模式前，当某一电池定位腔内的电池定位传感器9未检测到锂电池定位信号、某一电池定位腔内的锂电池上料时扫码枪18扫码异常或某一电池定位腔内称重传感器11未检测到称重量时，则控制器22判定此电池定位腔出现上料异常状况，并控制其为禁止注液模式，即注液时，与此电池定位腔内锂电池连接的注液嘴其电磁阀始终处于关闭状态；在上料模式中，连续三个电池定位腔出现上料异常状况时，控制器22即发出报警提醒并停止上料及后续模式的运行；
(3)、注液模式：上料模式结束后，控制器22控制升降式注液腔下移，升降式注液腔上的注液嘴3与旋转腔体内锂电池上的注液口一一对接，并通过注液嘴上的压力传感器5判定注液嘴是否准确压合至注液口上，当对接完成后，判定为禁止注液模式的电池定位腔其对应注液嘴3上的电磁阀4关闭，其余电磁阀4均打开进行注液操作，注液时，每个称重升降平台上的称重传感器11实时采集锂电池重量的变化值，当称重传感器11采集的注液量达到设定注液重量时，控制器22控制对应的电磁阀4关闭，停止注液，当注液时间达到设定注液时间后，所有电磁阀4均关闭停止注液，控制器22控制升降式注液腔上移复位；
(4)、下料模式：注液完成后，控制器22根据每个锂电池的实际注液量判定注液是否合格，注液量达到设定注液重量即注液合格，注液量未达到设定注液重量即注液不合格；当某一电池定位腔内的锂电池注液合格，此电池定位腔的上腔体与合格品下料输送线16对应连通、下腔体与不良品下料输送线17对应连通时，控制器22直接将合格品下料输送线出料端16处的升降式下料挡板21下移，然后启动此电池定位腔内称重升降平台上的进出料输送线12进行出料输送，将此电池定位腔内的锂电池输送至合格品下料输送线16上输出；当某一电池定位腔内的锂电池注液不合格，此电池定位腔的上腔体与合格品下料输送线16对应连通、下腔体与不良品下料输送线17对应连通时，控制器22驱动称重升降平台下移，同时将不良品下料输送线17出料端处的升降式下料挡板21下移，然后启动此电池定位腔内称重升降平台上的进出料输送线12进行出料输送，此电池定位腔内的锂电池输送至不良品下料输送线17上输出；
(5)、上下料联动循环模式：当1#电池定位腔内的锂电池下料完成后，控制器22驱动旋转腔体旋转一个设定角度，此时1#电池定位腔与上料输送线15对接，与1#电池定位腔相邻的2#电池定位腔的上腔体与合格品下料输送线16对应连通、下腔体与不良品下料输送线17对应连通，1#电池定位腔按照步骤(2)进行上料模式的操作，2#电池定位腔按照步骤(4)进行下料模式的操作，后续的所有电池定位腔均旋转后按此方式进行上下料同步操作，直至所有电池定位腔均完成上料操作，此时对射式光电传感器14再次被定位挡板13遮挡，控制器22控制上料输送线15、合格品下料输送线16和不良品下料输送线17停止运行，然后控制器22再次控制锂离子电池注液系统进入注液模式，注液模式结束后进入下一次上下料联动循环模式；
(6)、清线模式：手动操作控制器22发送结束生产指令，锂离子电池注液系统执行完最后一次上下料联动循环模式后，执行自检模式，自检模式结束后，锂离子电池注液系统停止操作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种锂离子电池注液系统，其特征在于：包括有控制器，分别与控制器连接的升降式注液腔、注液转盘、上料输送线、合格品下料输送线和不良品下料输送线；所述的升降式注液腔位于注液转盘的正上方，注液转盘内置有多个电池定位腔，每个电池定位腔内均设置有对应的称重升降平台，上料输送线与多个电池定位腔中的其中一个电池定位腔对应连通，合格品下料输送线和不良品下料输送线上下平行设置且均与多个电池定位腔中的另一电池定位腔对应连通。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池注液系统，其特征在于：所述的称重升降平台包括有升降平台本体和设置于升降平台本体上的称重传感器，所述的称重传感器、升降平台本体的升降驱动机构均与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池注液系统，其特征在于：所述的注液转盘包括有与控制器连接的旋转驱动机构、以及与旋转驱动机构连接的旋转腔体，旋转腔体的内部沿周向被分割成多个电池定位腔。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池注液系统，其特征在于：所述的旋转腔体包括有环形封板和多个竖直隔板，环形封板竖直设置，多个竖直隔板沿环形封板的外周均匀分布且与环形封板的外壁固定连接，相邻的两个竖直隔板之间形成电池定位腔，每个电池定位腔的上部为上腔体，每个电池定位腔的下部为下腔体，每个竖直隔板上均设置有朝向对应电池定位腔上腔体的电池定位传感器，电池定位传感器与控制器连接。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池注液系统，其特征在于：所述的上料输送线位于旋转腔体的外周，上料输送线的出料端与其中一个电池定位腔的上腔体连通，上料输送线出料端的侧方设置有扫码枪，上料输送线的出料端设置有升降式上料挡板和上料计数器，每个称重升降平台上均设置有进出料输送线，扫码枪、升降式上料挡板、上料计数器和进出料输送线均与控制器连接。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池注液系统，其特征在于：所述的合格品下料输送线和不良品下料输送线均位于旋转腔体的外周，合格品下料输送线的进料端和上料输送线的出料端分别与相邻两个电池定位腔的上腔体连通，不良品下料输送线的进料端与对应电池定位腔的下腔体连通，合格品下料输送线和不良品下料输送线的出料端处均设置有与控制器连接的升降式下料挡板。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池注液系统，其特征在于：所述的多个电池定位腔中，其中一个电池定位腔作为1#电池定位腔，其它电池定位腔分别为2#-n#电池定位腔，n为大于2的整数，1#电池定位腔内称重升降平台的底端设置有向下延伸的定位挡板，旋转腔体外周的下料位处设置有与控制器连接的对射式光电传感器，对射式光电传感器相对的发射传感器和接收传感器分别设置于旋转腔体外圈的外周和旋转腔体的内圈中且均朝向电池定位腔的下腔体，发射传感器与合格品下料输送线进料端的水平朝向一致。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池注液系统，其特征在于：所述的升降式注液腔包括有注液升降驱动机构、底端开口的罩壳、一圈竖直向下延伸的注液嘴、以及设置于每个注液嘴上的电磁阀和压力传感器，罩壳与注液升降驱动机构连接，一圈注液嘴固定于罩壳内且与注液转盘的多个电池定位腔上下一一对应，注液升降驱动机构、每个注液嘴上的电磁阀和压力传感器均与控制器连接。
9.一种锂离子电池注液系统的注液控制方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、自检模式：注液转盘内的所有称重升降平台均上移至电池定位腔的上腔体内并确认所有电池定位腔内均无锂电池；
(2)、上料模式：控制器驱动注液转盘旋转，使得其中一个电池定位腔的上腔体与上料输送线的出料端连通，然后上料输送线上的一个锂电池输送至电池定位腔的称重升降平台上，然后重复上述步骤，直至注液转盘内每个称重升降平台上均设置有锂电池；
(3)、注液模式：控制器控制升降式注液腔下移，升降式注液腔上的注液嘴与注液转盘内锂电池上的注液口一一对接，打开电磁阀进行注液操作，注液时，每个称重升降平台实时采集锂电池重量的变化值，当采集的注液量达到设定注液重量时，控制器控制对应的电磁阀关闭，停止注液，当注液时间达到设定注液时间后，所有电磁阀均关闭停止注液，控制器控制升降式注液腔上移复位；
(4)、下料模式：注液完成后，控制器根据每个锂电池的实际注液量判定注液是否合格，注液量达到设定注液重量即注液合格，此电池定位腔内注液合格的锂电池直接输送至合格品下料输送线上输出，注液量未达到设定注液重量即注液不合格，控制器驱动此电池定位腔内的称重升降平台下移，此电池定位腔内注液不合格的锂电池输送至不良品下料输送线上输出；
(5)、上下料联动循环模式：当某一电池定位腔内的锂电池下料完成后，控制器驱动注液转盘旋转，将此电池定位腔与上料输送线对接，与此电池定位腔相邻的另一电池定位腔与合格品下料输送线对接，此电池定位腔按照步骤(2)进行上料模式的操作，相邻的另一电池定位腔按照步骤(4)进行下料模式的操作，所有电池定位腔均按此方式进行上下料同步操作，直至所有电池定位腔均完成上料操作，然后控制器控制上料输送线、合格品下料输送线和不良品下料输送线停止运行，再进行注液模式的操作，注液模式结束后进入下一次上下料联动循环模式；
(6)、清线模式：手动操作控制器发送结束生产指令，锂离子电池注液系统执行完最后一次上下料联动循环模式后，执行自检模式，自检模式结束后，锂离子电池注液系统停止操作。
10.根据权利要求9所述的注液控制方法，其特征在于：所述的注液模式前，当未检测到某一电池定位腔内的锂电池定位信号或某一电池定位腔内称重升降平台未检测到称重量时，则控制器判定此电池定位腔出现上料异常状况，并控制其为禁止注液模式，即注液时，与此电池定位腔内锂电池连接的注液嘴其电磁阀始终处于关闭状态；在上料模式中，连续三个电池定位腔出现上料异常状况时，控制器即发出报警提醒并停止上料及后续模式的运行。
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