CN220407402U - 一种闭环调节压力的电阻焊设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及焊接设备领域，具体公开了一种闭环调节压力的电阻焊设备，包括：设备主体、电芯定位组件、线性驱动机构、焊针部件、电阻采集部件和控制器；设备主体设有焊接平台；焊接平台上设置有电极一；电阻采集部件用于采集焊接位的接触面电阻；能够通过电阻采集部件采集焊接位的接触面电阻，并将数据传输至控制器，控制器根据电阻数据进行PID运算，并根据运算结果控制线性驱动机构的动作，并重复该步骤，使焊接工位的压力形成控制闭环，保证焊接位的接触面电阻处于一定范围内，使焊接质量和焊接后效果得到稳定提升，进而使电池的质量可靠性与使用安全性得到大幅提高，满足快速、大批量和牢固焊接的焊接需求，更有利于企业的批量生产。

Description

一种闭环调节压力的电阻焊设备

技术领域

本实用新型涉及焊接设备领域，具体地，涉及一种闭环调节压力的电阻焊设备。

背景技术

在新能源行业中，存在多种焊接方式，如超声焊、电阻焊、激光焊等，通过焊接将集流体与导线、导线与壳体等连接一起，供电流通过，与内部形成回路，从而实现电芯充放电的功能，由此可见，焊接作为一道关键工序，其质量直接决定了产品的好坏。

在电阻焊焊接中，焊接原理为Q＝I² Rt，焊接电流通过材料产生热量，从而使用两种材料熔融焊接到一起，由焊接原理可知，电流、阻值和焊接时间直接决定了热量产生的大小，因此对于焊接的参数监控就显得尤为重要。其中，两种材料焊接的时候需要工装治具来定位、同时施加压力，当阻值保持一定范围时，焊接后效果最佳；但是实际焊接过程中阻值由于压力的不一致、或者每一次材料接触面平整度的问题导致阻值变动，影响焊接质量。

由于阻值受电极压力大小而变化，因此在行业内普遍采用压力传感器对压力大小进行监测，以此间接判定阻值的大小，该监测方法受弹簧规格、使用寿命及调试校准方法等影响，在实际使用中，监测效果并不是特别理想。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个方面的实施例提出一种闭环调节压力的电阻焊设备，能够通过控制器以焊接点的阻值为依据，进行PID调节运算，将信号输送给线性驱动机构，进而进行焊接位的压力调节，使焊接位的接触面阻值保持一定范围，进而保证焊接效果。

根据本实用新型的实施例的闭环调节压力的电阻焊设备，包括：设备主体、电芯定位组件、线性驱动机构、焊针部件、电阻采集部件和控制器；其中，

所述设备主体的顶部设有焊接平台；所述焊接平台上设置有电极一；所述电芯定位组件连接于所述焊接平台，用于对电芯壳体进行限位；所述线性驱动机构连接于所述设备主体，其动作端朝向所述焊接平台；所述焊针部件连接于所述线性驱动机构的动作端；所述焊针部件上连接有电极二，所述电芯的焊接位处于所述电极二与所述电极一之间；所述电阻采集部件连接端连接于所述电极一和所述焊针部件，用于采集焊接位的接触面电阻；控制器电连接于所述电阻采集部件和所述线性驱动机构。

本实用新型实施例中，能够通过电阻采集部件采集焊接位的接触面电阻，并将数据传输至控制器，控制器根据电阻数据进行PID运算，并根据运算结果控制线性驱动机构的动作，并重复该步骤，使焊接工位的压力形成控制闭环，保证焊接位的接触面电阻处于一定范围内，使焊接质量和焊接后效果得到稳定提升，进而使电池的质量可靠性与使用安全性得到大幅提高，满足快速、大批量和牢固焊接的焊接需求，更有利于企业的批量生产。

在一些实施例中，所述设备主体包括：焊接基座和焊接架体；其中，

所述焊接基座的顶部端面设置焊接平台，所述焊接平台上设置所述电芯定位组件；所述焊接架体连接于所述焊接基座的上方，所述线性驱动机构连接于所述焊接架体的内壁顶部，其动作端朝向所述焊接平台。

在一些实施例中，焊接平台的顶部设置有绝缘垫块，所述绝缘垫块与所述焊接平台可拆卸连接，用于调节焊接区的高度。

在一些实施例中，所述绝缘垫块的中部开有嵌合槽，所述电极一固嵌在所述嵌合槽内。

在一些实施例中，所述电极一为板状结构，其顶部端面与所述嵌合槽的顶部端面齐平。

在一些实施例中，所述电极二为柱状结构，所述线性驱动机构能够带动所述电极二向所述电极一运动；将电芯极耳和电芯壳体压接在所述电极一上，形成通路。

在一些实施例中，所述电芯定位组件包括：限位导轨、滑块一、滑块二、电芯定位治具一、电芯定位治具二、丝杠部件和伺服电机一；其中，

所述限位导轨开设于所述绝缘垫块的顶部端面；所述滑块一和所述滑块二分别滑动连接于所述限位导轨的两端；所述电芯定位治具一和所述电芯定位治具二分别连接于滑块一和滑块二；所述丝杠部件的两端的螺纹旋向相反，并分别与所述滑块一和所述滑块二旋接；所述伺服电机一的输出轴连接所述丝杠部件的其中一端，通过伺服电机一的转动，能够带动所述电芯定位治具一和所述电芯定位治具二向中部运动，夹紧电芯壳体。

在一些实施例中，所述焊针部件设置有连接端一和连接端二，所述连接端一连接设备主体的电流输出线路，所述连接端二连接所述电阻采集部件的其中一个连接端。

在一些实施例中，所述线性驱动机构为气缸部件或直线模组，所述控制器与所述气缸部件的电气比例阀或直线模组的伺服电机二电连接。

在一些实施例中，所述控制器为PLC控制器，能够根据所述电阻采集部件采集的焊接位的接触面电阻进行PID调节运算，当所述线性驱动机构为所述气缸部件时，所述电气比例阀根据所述控制器的信号进行气缸压力调节；当所述线性驱动机构为所述直线模组时，所述伺服电机二根据所述控制器的信号进行行程调节。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将更清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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是本实用新型实施例中闭环调节压力的电阻焊设备的结构示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是图1所示闭环调节压力的电阻焊设备中电芯定位组件的俯视图。

图4是图3所示闭环调节压力的电阻焊设备中电芯定位组件的正视图。

附图标记：

10、焊接平台；11、电极一；12、焊接基座；120、电流输出线路；13、焊接架体；14、绝缘垫块；2、电芯定位组件；20、限位导轨；21、滑块一；22、滑块二；23、电芯定位治具一；24、电芯定位治具二；25、丝杠部件；26、伺服电机一；3、线性驱动机构；4、焊针部件；40、电极二；41、连接端一；42、连接端二；50、电阻采集线一；51、电阻采集线二；60、电芯极耳；61、电芯壳体。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如背景技术中，电阻焊是利用焊接电流通过材料产生热量，从而使用两种材料熔融焊接到一起的焊接方式，由焊接原理可知，电流、阻值和焊接时间直接决定了热量产生的大小，但是两种材料焊接的时候需要工装治具来定位、同时施加压力，当阻值保持一定范围时，在焊接后效果最佳；由于阻值受电极压力大小而变化，因此在行业内普遍采用压力传感器对压力大小进行监测，以此间接判定阻值的大小，但由于该监测方法受弹簧规格、使用寿命及调试校准方法等影响，在实际使用中，监测效果并不是特别理想，进而导致焊接效果差强人意。

为改善上述问题，本申请提出了一种闭环调节压力的电阻焊设备,对现有技术的焊接设备进行结构改进，采用电阻采集部件进行焊接位接触面电阻采集。本申请通过电阻采集部件进行焊接位接触面电阻采集，并通过控制器接收电阻数据进行PID运算，根据计算所得的结果控制线性驱动机构的动作进而调节焊接位的接触面电阻，并通过重复操作，使接触面电阻保持在适宜焊接的范围。

下面参考图1-图4描述本申请中的实施例。

参照图1-图4所示，根据本申请实施例的闭环调节压力的电阻焊设备，包括：设备主体、电芯定位组件2、线性驱动机构3、焊针部件4、电阻采集部件和控制器；其中，

设备主体的顶部设有焊接平台10；焊接平台10上设置有电极一11；电芯定位组件2连接于焊接平台10，用于对电芯壳体进行限位；线性驱动机构3连接于设备主体，其动作端朝向焊接平台10；焊针部件4连接于线性驱动机构3的动作端；焊针部件4上连接有电极二40，电芯的焊接位处于电极二40与电极一11之间；电阻采集部件的电阻采集线一50和电阻采集线二51连接于电极一11和焊针部件4，用于采集焊接位的接触面电阻；控制器电连接于电阻采集部件和线性驱动机构3。

应当理解的是，方案优点是能够通过电阻采集部件采集焊接位的接触面电阻，并将数据传输至控制器，控制器根据电阻数据进行PID运算，并根据运算结果控制线性驱动机构3的动作，并重复该步骤，使焊接工位的压力形成控制闭环，保证焊接位的接触面电阻处于一定范围内，使焊接质量和焊接后效果得到稳定提升，进而使电池的质量可靠性与使用安全性得到大幅提高，满足快速、大批量和牢固焊接的焊接需求，更有利于企业的批量生产。

在一些具体实施例中，设备主体包括：焊接基座12和焊接架体13；其中，

焊接基座12的顶部端面设置焊接平台10，焊接平台10上设置电芯定位组件2；焊接架体13连接于焊接基座的上方，线性驱动机构3连接于焊接架体13的内壁顶部，其动作端朝向焊接平台10。

需要说明的是，焊接基座12现有技术中电阻焊设备的主体结构，并配置有PLC、焊接机电气控制控制柜；底部设置有绝缘的地脚件。

具体而言，焊接架体13为匚字形机构，其两壁垂直连接在焊接基座12的顶部端面；焊接平台10处于焊接架体13的顶板的正下方，线性驱动机构3通过连接座固定在焊接架体13的顶板上，与焊接平台10相对。

可以理解的是，线性驱动机构3的动作端沿垂直向下的方向运动，能够通过焊针部件4和电极二40向电芯极耳60、电芯壳体61和电极一11施加压力，通过改变线性驱动机构3的动作端的位移距离，实现对电芯极耳60和电芯壳体61之间压力的调节，进而实现对电芯极耳60和电芯壳体61接触面电阻值的调节。

参照附图2所示，在一些实施例中，焊接平台10的顶部设置有绝缘垫块14，绝缘垫块14与焊接平台10可拆卸连接，用于调节区的高度。

具体而言，绝缘垫块14包括不同厚度的多个型号，能够根据实际情况选择合适的绝缘垫块14，绝缘垫块14通过螺栓固定在焊接平台10上。

应当理解的是，通过上述技术方案，能够实现根据不同的电芯型号选择合适的绝缘垫块14，进而保持适宜的焊接位置。

具体而言，绝缘垫块14的中部开有嵌合槽，电极一11固嵌在嵌合槽内。

具体而言，电极一11为板状结构，其顶部端面与嵌合槽的顶部端面齐平。

可以理解的是，板状结构的电极一11能够增加受力面积，防止电芯壳体61和电芯受力集中而导致变形，并且接触面积更大，接触稳定性更强，更便于焊接作业，有利于提升焊接质量。

在一些实施例中，电极二40为柱状结构，线性驱动机构3能够带动电极二40向电极一11运动；将电芯极耳60和电芯壳体61压接在电极一11上，形成通路。

参照图3和图4所示，在一些实施例中，电芯定位组件2包括：限位导轨20、滑块一21、滑块二22、电芯定位治具一23、电芯定位治具二24、丝杠部件25和伺服电机一26；其中，

限位导轨20开设于绝缘垫块14的顶部端面；滑块一21和滑块二22分别滑动连接于限位导轨20的两端；电芯定位治具一23和电芯定位治具二24分别连接于滑块一21和滑块二22；丝杠部件25的两端的螺纹旋向相反，并分别与滑块一21和滑块二22旋接；伺服电机一26的输出轴连接丝杠部件25的其中一端，通过伺服电机一26的转动，能够带动电芯定位治具一23和电芯定位治具二24向中部运动，夹紧电芯壳体61。

具体而言，限位导轨20为燕尾形，运动平稳性更强；

具体而言，23定位治具一和电芯定位治具二24均为L形结构，呈镜像设置于限位导轨20的两侧，电芯定位治具一23和电芯定位治具二24的的其中一个壁板垂直卡接在滑块一21和滑块二22的顶部。

通过上述技术方案，焊针部件4设置有连接端一41和连接端二42，连接端一41连接设备主体的电流输出线路120，连接端二42连接电阻采集部件的其中一个连接端。

可以理解的是，焊针部件起到过流和载流的作用；电阻采集部件可以为万用表等电阻检测仪器，其的两个连接端分别连接在连接端二42和电极一11上。

在一些实施例中，线性驱动机构3为气缸部件或直线模组，控制器与气缸部件的电气比例阀或直线模组的伺服电机二电连接。

在一些实施例中，控制器为PLC控制器，能够根据电阻采集部件采集的焊接位的接触面电阻进行PID调节运算，当线性驱动机构3为气缸部件时，电气比例阀根据控制器的信号进行气缸压力调节；当线性驱动机构3为直线模组时，伺服电机二根据控制器的信号进行行程调节。

具体而言，线性驱动机构3以气钢部件为例，具体流程为：

步骤一，加载电芯，使电芯极耳60与电芯壳体61处于电极一11之上；

步骤二，电芯定位组件定位，通过电芯定位治具一23和电芯定位治具二24向中部运动，实现电芯壳体61的定位；

步骤三，气缸部件带动电极二40下压至与电芯极耳60、电芯壳体61和电极一11形成通路；

步骤四，电阻采集部件采集焊接位的接触面电阻，并传输至PLC控制器；

步骤五，PLC控制器进行焊接位的接触面电阻信号PID处理计算，并传输至气缸部件的电气比例阀；

步骤六，电气比例阀进行压力调节后输出焊接电极压力至PLC控制器；

步骤七，电阻采集部件再次采集压力调节后的接触面电阻在线复合校正；并重复步骤四、步骤五和步骤六；

步骤八，焊接面电阻处于预设范围后，输出焊接指令；

步骤九，设备主体输出功率，进行电芯极耳60和电芯壳体61的焊接。

可以理解的是，常规的电阻焊接过程只能通过焊接电流、时间等恒定值来监控焊接的过程特性参数；焊接材料母体加压后的电阻值是个变量，比如圆柱电池负极耳和圆柱钢壳壳体的焊接；本专利旨在通过在线监控电池负极耳和圆柱钢壳壳体加压以后的焊接接触面的阻值总和，通过PLC控制器进行PID调节运算，并通过电信号闭环反馈给挤压的气缸部件的电气比例阀，电气比例阀输出气压给气缸部件进行压力调节，匹配恒定阻值的压力，达到焊接位阻值测量到夹治具气缸部件压力的闭环调节。通过闭环调节后的恒定阻值来达到焊接一致性的提升；上述流程中在焊接过程有闭环在线检测焊接位接触面电阻的过程，然后通过PLC控制器信号处理后输出匹配压力，使得焊接位接触面电阻恒定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，包括：

设备主体，其顶部设有焊接平台；所述焊接平台上设置有电极一；

电芯定位组件，连接于所述焊接平台，用于对电芯壳体进行限位；

线性驱动机构，连接于所述设备主体，其动作端朝向所述焊接平台；

焊针部件，连接于所述线性驱动机构的动作端；所述焊针部件上连接有电极二，所述电芯的焊接位处于所述电极二与所述电极一之间；

电阻采集部件，其连接端连接于所述电极一和所述焊针部件，用于采集焊接位的接触面电阻；

控制器，电连接于所述电阻采集部件和所述线性驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述设备主体包括：

焊接基座，其顶部端面设置焊接平台，所述焊接平台上设置所述电芯定位组件；

焊接架体，连接于所述焊接基座的上方，所述线性驱动机构连接于所述焊接架体的内壁顶部，其动作端朝向所述焊接平台。

3.根据权利要求2所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，焊接平台的顶部设置有绝缘垫块，所述绝缘垫块与所述焊接平台可拆卸连接，用于调节焊接区的高度。

4.根据权利要求3所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述绝缘垫块的中部开有嵌合槽，所述电极一固嵌在所述嵌合槽内。

5.根据权利要求4所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述电极一为板状结构，其顶部端面与所述嵌合槽的顶部端面齐平。

6.根据权利要求1所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述电极二为柱状结构，所述线性驱动机构能够带动所述电极二向所述电极一运动；将电芯极耳和电芯壳体压接在所述电极一上，形成通路。

7.根据权利要求3-5任一项所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述电芯定位组件包括：

限位导轨，开设于所述绝缘垫块的顶部端面；

滑块一和滑块二，分别滑动连接于所述限位导轨的两端；

电芯定位治具一和电芯定位治具二，分别连接于滑块一和滑块二；

丝杠部件，其两端的螺纹旋向相反，并分别与所述滑块一和所述滑块二旋接；

伺服电机一，其输出轴连接所述丝杠部件的其中一端，通过伺服电机一的转动，能够带动所述电芯定位治具一和所述电芯定位治具二向中部运动，夹紧电芯壳体。

8.根据权利要求2或3所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述焊针部件设置有连接端一和连接端二，所述连接端一连接设备主体的电流输出线路，所述连接端二连接所述电阻采集部件的其中一个连接端。

9.根据权利要求1所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述线性驱动机构为气缸部件或直线模组，所述控制器与所述气缸部件的电气比例阀或直线模组的伺服电机二电连接。

10.根据权利要求9所述的一种闭环调节压力的电阻焊设备，其特征在于，所述控制器为PLC控制器，能够根据所述电阻采集部件采集的焊接位的接触面电阻进行PID调节运算，当所述线性驱动机构为所述气缸部件时，所述电气比例阀根据所述控制器的信号进行气缸压力调节；当所述线性驱动机构为所述直线模组时，所述伺服电机二根据所述控制器的信号进行行程调节。