CN211028702U - 一种动力电池焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力电池焊接系统，包括安装平台、上料机械手、交替焊接装置和下料机械手；交替焊接装置包括第一焊接模组、第二焊接模组、第一移位机构、第二移位机构、第一焊接夹具、第二焊接夹具、第一测距模块、第二测距模块和机架；第一移位机构滑动设置在机架上，第一焊接夹具和第一测距模块设置在第一移位机构上；第二移位机构滑动设置在机架上，第二焊接夹具和第二测距模块设置在第二移位机构上；第一焊接模组和第二焊接模组相对于动力电池对称的方式安装在机架上。本实用新型通过上料机器人、交替焊接装置和下料机器人，实现了动力电池连续自动焊接，提高了焊接效率。

Description

一种动力电池焊接系统

技术领域

本实用新型涉及电池焊接技术，具体涉及一种动力电池焊接系统，适用于方形电池双侧盖板的预点焊。

背景技术

随着电动汽车技术的成熟和日益完善，电动汽车和混合动力汽车逐渐走进日常生活，广泛普及孕育了巨大的商机。但是由于使用环境复杂，对电池的安全性能要求极其严格，动力电池自身的性能优劣，直接影响着电动汽车的整体性能。其中，电池焊接是动力电池生产制造中极其关键的一个环节。

对于双侧盖板均需焊接的方形电池，业内通常分作两步完成盖板入壳的焊接，首先通过激光打点焊将两面盖板与壳体焊接在一起，再通过封焊将盖板与壳体所有接触面紧密焊接，进而完成整个盖板的密封焊接。

目前，方形电池点焊的自动化程度较低，人工成本较高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种动力电池焊接系统，可提高焊接效率，以及与柔性对接的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种动力电池焊接系统，包括安装平台和设置在安装平台上的上料机械手、交替焊接装置和下料机械手；

交替焊接装置，包括第一焊接模组、第二焊接模组、第一移位机构、第二移位机构、第一焊接夹具、第二焊接夹具、第一测距模块、第二测距模块和机架；第一移位机构滑动设置在机架上，第一焊接夹具和第一测距模块设置在第一移位机构上；第二移位机构滑动设置在机架上，第二焊接夹具和第二测距模块设置在第二移位机构上；第一焊接模组和第二焊接模组相对于动力电池对称的方式安装在机架上；

上料机械手用于抓取动力电池送入第一焊接夹具或第二焊接夹具进行焊接；下料机械手用于将焊接好的动力电池从第一焊接夹具或第二焊接夹具抓取下来。

作为本实用新型的一种改进，所述的第一焊接夹具包括夹具安装板、盖板压块、固定板和盖板压块驱动机构；固定板竖直固定在夹具安装板上，其一侧具有用于挡住电池壳体其中一侧盖板的盖板挡块；盖板压块位于固定板另一侧，并与盖板挡块相对设置；盖板压块驱动机构安装在夹具安装板上，用于驱动盖板压块远离或靠近盖板挡块。压紧时，盖板预卡入在电池外壳两侧，电池外壳背面贴住固定板，一侧盖板贴住盖板挡块，另一侧盖板面向盖板压块。盖板压块驱动机构动作，盖板压块将盖板压紧至电池壳体中，同时带动电池壳体压紧另一侧盖板，完成动力电池两侧盖板的入壳操作。

作为本实用新型的一种改进，所述的第一焊接夹具还包括壳体压块和壳体压块驱动机构，壳体压块驱动机构安装在夹具安装板上，用于驱动壳体压块靠近或远离所述的固定板。通过壳体压块压住壳体，可使动力电池定位更加牢靠。

作为本实用新型的一种改进，所述的固定板靠近所述的盖板压块的侧面设有第一凸台，该第一凸台与盖板压块抵触配合。

作为本实用新型的一种改进，所述的固定板上设有朝向所述的壳体压块的第二凸台，该第二凸台与壳体压块抵触配合。

上述凸台的设置，可以实现对动力电池最大实体的有效压紧，并提供轻微压力，既能实现对动力电池的定位，又不会对动力电池造成挤压变形。

作为本实用新型的一种改进，所述的第一测距模块包括安装支架、测距传感器和传感器驱动机构，安装支架设置在位于盖板压块一侧的夹具安装板上，传感器驱动机构设置在安装支架上，用于驱动测距传感器上下运动。

作为本实用新型的一种改进，所述的机架包括基座板和设置在基座板上的移位滑轨，移位滑轨的中部设有定位块，移位滑轨的两端均设有限位块；所述的第一移位机构包括移位托板和托板驱动机构，移位托板滑动安装在移位滑轨上，托板驱动机构安装在基座板上，用于驱动移位托板沿移位滑轨来回运动；移位托板底面设有一侧开口的定位槽，定位槽和定位块配合将第一移位机构定位在焊接位。

作为本实用新型的一种改进，所述的第一焊接模组包括焊接头、用于驱动焊接头上下运动的Z轴驱动器和用于驱动焊接头在两个盖板之间运动的Y轴驱动器。

作为本实用新型的一种改进，所述的上料机械手包括第一六轴机器人和夹爪；第一六轴机器人设置在安装平台上，夹爪设置在第一六轴机器人末端，用于抓取动力电池。

作为本实用新型的一种改进，所述的下料机械手包括第二六轴机器人、气爪和机器人驱动机构，机器人驱动机构设置在安装平台上，用于驱动第二六轴机器人往返于交替焊接装置，气爪设置在第二六轴机器人末端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、焊接夹具采用一侧固定一侧挤压的方式实现盖板的入壳操作，通过测距模块测量自身与被挤压盖板的距离，即可得到动力电池两端焊缝的精确距离，将其作为焊接模块的位移值，即可避免因电池壳体误差(盖板的误差很少，可以忽略不计)导致的焊接不良，实现精准焊接。

2、测距模块测量自身与被挤压盖板的距离值，还可用于检测焊接不良，在焊接后，夹具松开，得出焊后的距离值与焊前的距离值的差异，根据数据统计分析结果，给予判定是否焊接合格，进而实现对不良品的有效剔除。

3、通过上料机器人、交替焊接装置和下料机器人，实现了动力电池连续自动焊接，提高了焊接效率。

附图说明

图1为本实用新型的焊接系统的整体结构图；

图2为本实用新型的交替焊接装置的整体结构图；

图3为本实用新型的移位机构与机架的结构图；

图4为本实用新型的移位托板的结构图；

图5为本实用新型的焊接夹具的结构图一；

图6为本实用新型的焊接夹具的结构图二；

图7为本实用新型的测距模块的结构图；

图8为本实用新型的焊接模组的结构图；

图9为本实用新型的上料机器人的结构图；

图10为本实用新型的卡爪的结构图；

图11为本实用新型的下料机器人的结构图；

附图标记说明：

1-安装平台；2-上料机器人；3-交替焊接装置；4-下料

10-第一焊接模组；20-第二焊接模组；30-第一移位机构；40-第二移位机构；50-第一焊接夹具；60-第二焊接夹具；70-机架；80-第一测距模块；90-第二测距模块；

201-第一六轴机器人；202-宽型气缸；203-夹爪；2031-夹爪凸起；2032-夹爪贴合面；

101-Y轴驱动器；102-Z轴驱动器；103-焊接头；

301-移位托架；302-浮动架一；303-驱动件；

401-第二六轴机器人；402-连接块；403-浮动架二；404-长行程气缸；405-滑轨二；406-气爪；

501-夹具安装板；502-第一夹具滑轨；503-第一压紧气缸；504-盖板压块；505-固定板；506-电池壳体；507-壳体压块；508-第二夹具滑轨；509-第二压紧气缸；510-轴承辊组；511-盖板；512-盖板挡块；5051-第一凸台；5052-第二凸台；

701-基座板；702-限位块；703-移位滑轨；704-定位块；

801-驱动气缸；802-测距传感器；803-滑轨一；804-安装支架。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种动力电池焊接系统，包括安装平台1和设置在安装平台1上的上料机械手2、交替焊接装置3和下料机械手4。

如图2所示，交替焊接装置3包括第一焊接模组10、第二焊接模组20、第一移位机构30、第二移位机构40、第一焊接夹具50、第二焊接夹具60、机架70、第一测距模块80、第二测距模块90以及配套的控制器。

如图3所示，机架70作为整个焊接装置的支撑平台，包括基座板701和沿Y轴方向延伸的移位滑轨703。移位滑轨703两端设有限位块702，中间设有定位块704。限位块702和定位块704采用普通的行程开关即可，实现移位滑轨703上移动部件的精确定位。

第一移位机构30与第二移位机构40结构主体一样，均滑动安装在移位滑轨703上，二者仅安装位置不同，从图2可以看出，第一移位机构30活动在定位块704左侧区域，第二移位机构40活动在定位块704右侧区域。下面以第一移位机构30为例进行说明，第一移位机构30包括移位托板301、浮动架一302和驱动件303。移位托板301与移位滑轨703上的滑块联接，同时还通过浮动架一302与驱动件303连接，驱动件303可采用无杆气缸或直线电机等，浮动架一302即为驱动件303的线性活动端。由此，在驱动件303的驱动下，移位托板301可以沿着移位滑轨703，在限位块702和定位块704之间移动。

另外，如图4所示，移位托板301底面设有一侧开口的定位槽3011，其与定位块704配合，实现精确定位。可以看出，左侧的第一移位机构30的定位槽3011和右侧的第二移位机构40的定位槽3011相对布置，并相对于定位块704对称。无论第一移位机构30还是第二移位机构40，当通过定位槽3011和定位块704定位时，将其定义为焊接位，此时，另一移位机构则通过限位块702定位在上下料位。

第一焊接夹具50与第二焊接夹具60关于XZ平面对称布置，结构形式一样，第一焊接夹具50安装于第一移位机构30的移位托板上，第二焊接夹具60安装于第二移位机构40的移位托板上。下面以第一焊接夹具50为例进行说明：

如图5和图6所示，第一焊接夹具50包括夹具安装板501、第一夹具滑轨502、第一压紧气缸503、盖板压块504、固定板505、壳体压块507、第二夹具滑轨508、第二压紧气缸509和轴承辊组510，用于精确定位动力电池。本申请的动力电池包括电池壳体506和位于电池壳体506两侧的盖板511，电池壳体506呈长方形，在通过上料机器人2放入焊接夹具时，盖板512预压入一部分至电池壳体506，便于抓取，动力电池放入焊接夹具后，厚度为X方向，长宽为YZ方向。

具体地，夹具安装板501固定在移位托板301上，固定板505竖直固定在夹具安装板501上，其一侧具有用于挡住电池壳体506其中一侧盖板511的盖板挡块512。盖板压块504位于固定板505另一侧，并与盖板挡块512相对设置。第一夹具滑轨502和第一压紧气缸503安装在夹具安装板501上，构成盖板压块驱动机构，盖板压块504滑动安装在第一夹具滑轨502上，并在第一压紧气缸503的驱动下沿第一夹具滑轨502滑动。壳体压块507正对固定板505设置，第二夹具滑轨508和第二压紧气缸509安装在夹具安装板501上，构成壳体压块驱动机构，壳体压块507滑动安装在第二夹具滑轨508上，并在第二压紧气缸509的驱动下沿第二夹具滑轨508滑动。轴承辊组510设置在固定板505下部，用于托住电池壳体506，避免电池壳体506在受挤压移动过程的硬摩擦。固定板505侧面设有与盖板压块504抵触配合的第一凸台5051，固定板505正面设有与壳体压块507抵触配合的第二凸台5052。

当动力电池放入焊接夹具中后，通过轴承辊组510完成Z向定位，并通过辊组上的电气开关发送信号给控制器，控制器依次启动第一压紧气缸503、第二压紧气缸509，带着盖板压块504、壳体压块507沿着对应滑轨的导向移动，盖板压块504与固定板505的第一凸台5051贴合，壳体压块507与第二凸台5052贴合，通过前期的精度计算，可以实现对电池最大实体的有效压紧，并提供轻微压力，既能实现对电池的定位，又不会对电池造成挤压变形。

可以看出，本申请的动力电池定位方式，位于盖板挡块512一侧的盖板位置是固定不动的，而从上面的描述可知，移位托板301通过定位块704实现了精确定位，安装在其上的焊接夹具也因此实现精确定位，从而保证了电池壳体506一端面与焊接模块的精确定位，为精确焊接提供了物理基础。

第一测距模块80和第二测距模块90关于XZ平面对称布置，结构形式一样，优选地，从节省空间和易于保证装配精准度上考虑，第一测距模块80安装于第一焊接夹具50上，第二测距模块90安装于第二焊接夹具60上。下面以第一测距模块80为例进行说明：

如图7所示，第一测距模块80包括驱动气缸801、测距传感器802、滑轨一803和安装支架804。安装支架804固定在夹具安装板501上，且靠近盖板压块504一侧。驱动气缸801和滑轨一803固定在安装支架804上，构成传感器驱动机构，测距传感器802滑动安装在滑轨803上，并在驱动气缸801的驱动下沿滑轨803上下滑动，可实现对存在位置变动的盖板上下两个端点的距离检测。

从上面可知，动力电池位于盖板挡块512一侧的盖板位置是固定不动的，位于盖板压块504一侧的盖板，其位置是变动的，这是因为电池壳体506其长度方向的尺寸存在着一定的公差。压紧时，被主动挤压的盖板(即被盖板压块504挤压的盖板，相应的另一侧被盖板挡块512阻挡的盖板可定义为被动挤压)因电池壳体506的尺寸不同，与测距传感器802之间的距离会产生变动。由于安装支架804的位置是固定的，测距传感器802与盖板挡块512之间的距离也是固定的，电池两端盖板的距离就等于测距传感器802与被动挤压侧盖板的距离减去测距传感器802与主动挤压侧盖板的距离，同时盖板厚度尺寸很少，公差可以忽略不计，经过换算，即可得到电池两端焊缝之间的实际距离，将其作为焊接模块Y轴的位移值，从而保证了电池壳体506另一端面与焊接模块的精确定位。

另外，测距传感器802与主动挤压侧盖板的距离，还可用于检验焊接质量，焊接完成后，焊接夹具松开，此时，可得到焊后的距离值与焊前的距离值的差异，根据数据统计分析结果，给予判定是否焊接合格，进而实现对不良品的有效剔除。这是因为，如果焊接存在不良，夹具松开后，盖板会出现变形或松脱，导致距离值产生变化。

第一焊接模组10和第二焊接模组20关于YZ平面对称，结构形式一样，用于对焊接夹具中的动力电池进行同时焊接。下面以第一焊接模组1为例进行说明：

如图8所示，第一焊接模组10包括Y轴驱动器101、Z轴驱动器102和焊接头103。Y轴驱动器101安装在基座板701上，Z轴驱动器102安装在Y轴驱动器101上，焊接头103则安装在Z轴驱动器102上。Y轴驱动器101和Z轴驱动器102可采用直线电机、气缸等线性驱动部件，实现焊接头103在YZ平面的运动。焊接头103为现有技术，用于电池壳体506和盖板511的点焊。容易理解的是，盖板压块504、固定板505、壳体压块507和盖板挡块512均设有供焊接头103伸入的缺口，同时，盖板压块504还设有供测距传感器802测距的开口，根据实际情况进行设计即可。

焊接时，第一焊接模组10和第二焊接模组20的Z轴驱动器102以焊接夹具定位边(盖板挡块512)进行对位，然后Z轴驱动器102驱动焊接头103同步上下运动，完成电池一端面的焊接；Y轴驱动器101根据测距模块得到的位移值，驱动Z轴驱动器102行进到电池另一端面，然后Z轴驱动器102驱动焊接头103同步上下运动，完成电池另一端面的焊接。由于Z轴驱动器102行走的间距，以实际测量数据为准，可以更好地避免电池壳体因制造误差、自身变形等问题，引起的焊接不良，从而达到精确、可靠的焊接要求。

如图9和图10所示，上料机械手2包括固定在安装平台1上的第一六轴机器人201、固定在第一六轴机器人201末端的宽型气缸202、以及固定在宽型气缸202两端的夹爪203，用于抓取动力电池将其放入第一焊接夹具50或第二焊接夹具60中。夹爪203具有两个夹爪凸起2031和一个夹爪贴合面2032。夹爪凸起2031形成的空间略大于电池壳体506的宽度，有利于保证抓取电池时的精确定位，同时，在第一六轴机器人201移动时，防止电池的偏位。夹爪贴合面2032在抓取时，贴在电池端面，优选地，可以裹覆一层橡胶，可以更好的抓取电池。

如图11所示，下料机械手4包括第二六轴机器人401、连接块402、浮动架二403、长行程气缸404、滑轨二405和气爪406。长行程气缸404和滑轨二405固定在安装平台1上，构成机器人驱动机构，第二六轴机器人401滑动安装在滑轨二405上，通过连接块402和浮动架二403与长行程气缸404连接。浮动架二403即为长行程气缸404的线性活动端，在长行程气缸404的驱动下，第二六轴机器人401可以沿着滑轨二405，在第一焊接夹具50和第二焊接夹具60之间移动，实现长距离的移动抓取。气爪406设置在第二六轴机器人401输出端，采用常规的气动手指即可，将第一焊接夹具50或第二焊接夹具60中以焊接好的动力电池抓取出来，送入下一工序。

本实用新型的工作过程如下：

(1)上料机器人2抓取动力电池放入第一焊接夹具50，通过轴承辊组510完成Z向定位，并通过辊组上的电气开关发送信号给控制器，控制器依次启动第一压紧气缸503、第二压紧气缸504，带着盖板压块504、壳体压块507沿着相应滑轨的导向移动，盖板压块504与固定板505的第一凸台5051贴合，实现对电池的定位；

(2)第一测距模块80启动，测量出电池端面上下两点的距离值，通过计算分析，得出Z轴驱动器102行进到电池另一端面的位移值，传输给控制器；

(3)第一移位机构30在驱动件303的驱动下，移位托板301的定位槽3011端面与移位滑轨703的定位块704端面贴合，实现精确定位；

(4)控制器控制第一焊接模组10、第二焊接模组20的Y轴驱动器101，将Z轴驱动器102以夹具定位边进行对位，然后Z轴驱动器102驱动焊接头103同步上下运动，完成电池一端面的焊接；控制器根据第一测距模块80得到的位移值传输给第一焊接模组10、第二焊接模组20的Y轴驱动器101，驱动Z轴驱动器102行进到电池另一端面，然后Z轴驱动器102驱动焊接头103上下运动，完成电池另一端面的焊接；

(5)在进行步骤(4)时，第二焊接夹具60和第二测距模块90若有电池时，则通过下料机器人4取走电池；如果没有电池时，同样按照步骤(1)和(2)进行，在步骤(4)完成时第一移位机构30退出后，第二移位机构40进入，并通过定位块704实现精确定位；

(6)重复步骤(4)和步骤(5)，第一移位机构30与第二移位机构40相互交替地进行，实现动力电池的连续焊接。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动力电池焊接系统，其特征在于：包括安装平台和设置在安装平台上的上料机械手、交替焊接装置和下料机械手；

交替焊接装置，包括第一焊接模组、第二焊接模组、第一移位机构、第二移位机构、第一焊接夹具、第二焊接夹具、第一测距模块、第二测距模块和机架；第一移位机构滑动设置在机架上，第一焊接夹具和第一测距模块设置在第一移位机构上；第二移位机构滑动设置在机架上，第二焊接夹具和第二测距模块设置在第二移位机构上；第一焊接模组和第二焊接模组相对于动力电池对称的方式安装在机架上；

上料机械手用于抓取动力电池送入第一焊接夹具或第二焊接夹具进行焊接；下料机械手用于将焊接好的动力电池从第一焊接夹具或第二焊接夹具抓取下来。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的第一焊接夹具包括夹具安装板、盖板压块、固定板和盖板压块驱动机构；固定板竖直固定在夹具安装板上，其一侧具有用于挡住电池壳体其中一侧盖板的盖板挡块；盖板压块位于固定板另一侧，并与盖板挡块相对设置；盖板压块驱动机构安装在夹具安装板上，用于驱动盖板压块远离或靠近盖板挡块。

3.根据权利要求2所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的第一焊接夹具还包括壳体压块和壳体压块驱动机构，壳体压块驱动机构安装在夹具安装板上，用于驱动壳体压块靠近或远离所述的固定板。

4.根据权利要求3所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的固定板靠近所述的盖板压块的侧面设有第一凸台，该第一凸台与盖板压块抵触配合。

5.根据权利要求4所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的固定板上设有朝向所述的壳体压块的第二凸台，该第二凸台与壳体压块抵触配合。

6.根据权利要求2所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的第一测距模块包括安装支架、测距传感器和传感器驱动机构，安装支架设置在位于盖板压块一侧的夹具安装板上，传感器驱动机构设置在安装支架上，用于驱动测距传感器上下运动。

7.根据权利要求1所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的机架包括基座板和设置在基座板上的移位滑轨，移位滑轨的中部设有定位块，移位滑轨的两端均设有限位块；

所述的第一移位机构包括移位托板和托板驱动机构，移位托板滑动安装在移位滑轨上，托板驱动机构安装在基座板上，用于驱动移位托板沿移位滑轨来回运动；移位托板底面设有一侧开口的定位槽，定位槽和定位块配合将第一移位机构定位在焊接位。

8.根据权利要求1所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的第一焊接模组包括焊接头、用于驱动焊接头上下运动的Z轴驱动器和用于驱动焊接头在两个盖板之间运动的Y轴驱动器。

9.根据权利要求1所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的上料机械手包括第一六轴机器人和夹爪；第一六轴机器人设置在安装平台上，夹爪设置在第一六轴机器人末端，用于抓取动力电池。

10.根据权利要求1所述的一种动力电池焊接系统，其特征在于：所述的下料机械手包括第二六轴机器人、气爪和机器人驱动机构，机器人驱动机构设置在安装平台上，用于驱动第二六轴机器人往返于交替焊接装置，气爪设置在第二六轴机器人末端。

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