TWI730934B - 電池定壓夾持裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種電池定壓夾持裝置及其方法，係先以一加壓裝置對承壓板施加作用力，驅使承壓板朝第一端板移動；而介於承壓板和施壓板之間的保壓彈簧受到壓縮時將推壓施壓板以夾持電池；接著，當所施加之壓力達預定值時，鎖附定壓螺栓，以使承壓板維持於當前位置；最後，移除加壓裝置所施加之作用力。據此，本發明透過保壓彈簧可提供適切之壓縮力，且又具備緩衝功效，可用來吸附過度不當的外推力。此外，本發明利用定壓螺栓來形成保壓效果，即固定保壓彈簧來形成定值的壓縮力，藉以省去習知電池夾緊托盤中所必備之加壓機構或組件。

Description

電池定壓夾持裝置及其方法

本發明係關於一種電池定壓夾持裝置及其方法，尤指一種軟包鋰電池化成過程中用以夾持電池並對電池充放電之電池夾具。

鋰電池於製造為成品之前，都必須先經過化成(formation)；所謂「化成」係通電至軟包鋰電池(鋰電池半成品)之電極，使軟包鋰電池原本呈流體狀態之化學成分逐漸固化以儲存電能。進一步說明，軟包鋰電池(pouch-type battery)係指內部呈流體狀態之化學成分而填充於一軟性袋體中，因此在化成的過程中，軟包鋰電池會膨脹，故需持續施加均勻的定型外力，以維持形狀。

再者，電池在化成過程中需要一治具來固定電池，且該夾具通常還需要對電池加壓，以對電池定型，在業界俗稱該治具為拘束托盤。在現有技術中，加壓機構是拘束托盤的一部分，其用於驅動拘束托盤中的隔板，以對電池加壓。然而，通常而言，加壓機構是連接到拘束托盤；也就是說，一個拘束托盤必須配置一加壓機構，其通常由減速機構所組成。

以中國發明專利公布第CN 108666609 A號「一種用於鋰離子軟包動力電池的夾緊托盤」為例，該篇專利主要的技術特徵在於，在夾緊板的端面上設置矽膠片，用以緩衝並防止電池受壓過大導致化成時電池鼓脹。雖然在圖面中沒有顯示加壓機構的驅動器(馬達)，惟其勢必必須配置有連接加壓機構之螺桿的馬達和減速機構。

另外，再以中國發明專利公布第CN 108666608 A號「鋰離子軟包動力電池夾緊托盤」為例，此篇專利主要目的與前篇相同，都是為了防止電池受壓過大導致化成時電池鼓脹，而二者差異之處在於，本篇專利以彈簧來作為緩衝機構。然而，同樣地，雖然在圖面中沒有顯示加壓機構的驅動器(馬達)，惟以此篇專利所揭露的技術內容而言，連接於加壓機構之螺桿的馬達和減速機構似乎是不可省略的。

由此可知，無須針對每一束托盤各配置一加壓機構或加壓裝置，而所有拘束托盤可共用一加壓機構，且可於單機線外施壓，進而有效降低成本之技術，實為產業界、及社會大眾所殷殷期盼者。

本發明之主要目的係省去習知軟包鋰電池之夾緊托盤中所必備之加壓機構或組件，並以簡單、可靠之保壓機構，使裝置改造成可單機線外施壓，進而提升可靠度及使用壽命，且製程利用性上更具彈性，並可有效降低成本。

為達成上述目的，本發明一種電池定壓夾持裝置，係用於夾持至少一電池，該裝置主要包括一框架、至少一間隔板、一施壓板、一承壓板、至少一保壓彈簧以及至少一定壓螺栓；框架包括一第一端板、一第二端板及複數導桿，而複數導桿係分設於第一端板和第二端板之間，且第一端板開設有至少一貫穿孔；至少一間隔板耦接於複數導桿，且至少一電池係固定於至少一間隔板；施壓板係耦接於複數導桿並可相對滑移，且施壓板係介於第一端板與至少一間隔板之間；承壓板與施壓板分設於第一端板之二相對應側；至少一保壓彈簧則穿經第一端板之至少一貫穿孔，並位於承壓板與施壓板之間；至少一定壓螺栓係鎖附於承壓板與第一端板之間；其中，當承壓板受一外推力而推擠至少一保壓彈簧時，至少一保壓彈簧之撐張力將透過施壓板驅使至少一間隔板夾持至少一電池。

據此，本發明透過保壓彈簧來推動施壓板和間隔板，以夾持電池和提供適切之壓縮力，且保壓彈簧又可提供緩衝作用，用來吸收過度不當的外推力，而且化成過程中當電池有過度鼓脹情形發生時，亦可提供可壓縮的餘裕來容納電池膨脹量，以避免因固定壓縮量所造成電池的爆裂。此外，本發明利用定壓螺栓來形成保壓效果，即固定承壓板和施壓板間的間距(即保壓彈簧的壓縮量)來形成固定的壓縮力，藉以省去習知電池夾緊托盤中所必備之加壓機構或組件。

進一步說明，本發明之電池定壓夾持裝置可更包括至少一彈簧導桿，其可穿經第一端板之至少一貫穿孔，且一端連接於施壓板，另一端耦接於承壓板，至少一保壓彈簧可套設於至少一彈簧導桿，而承壓板可相對至少一彈簧導桿滑移。換言之，本發明可另外增設彈簧導桿來導引承壓板和保壓彈簧，使之不致偏擺或移位。

較佳的是，本發明之電池定壓夾持裝置的承壓板可開設有至少一通孔，而第一端板可開設有至少一螺孔；其中，至少一定壓螺栓可穿經至少一通孔而鎖附於至少一螺孔。據此，本發明可透過定壓螺栓來固定承壓板的位置，也就是承壓板的進給量，進而控制保壓彈簧的壓縮量和決定對電池之夾緊力。另一方面，本發明亦可進一步透過定壓螺栓來調控定壓螺栓相對於第一端板之鎖附量，即進一步調整承壓板和施壓板間的間距，也就是保壓彈簧的壓縮量，進而手動調整對電池之夾緊力。

另一方面，本發明之電池定壓夾持裝置的複數導桿可包括一對上導桿及一對下導桿，其分設於第一端板和第二端板之四角隅；而至少一間隔板之一側可掛接於該對上導桿其中之一，另一側可抵壓於該對下導桿其中之一。也就是說，本發明之間隔板可僅透過二固定處而耦接於導桿上，故當有換型之需求時，僅需簡單地將間隔板上提，即可快速更換或增減間隔板，亦快速地對電池定壓夾持裝置進行維護或改裝。

再者，本發明之電池定壓夾持裝置的第一端板可更包括一凸柱，其可位於第一端板之一端面並朝施壓板凸伸，可用以擋止施壓板，以避免因施壓板過度貼近第一端板，而當取消外推力時施壓板撞擊第一端板。另外，本發明可更包括一第一固定板及一第二固定板，第一固定板可連接於施壓板，並位於施壓板與至少一間隔板之間；且第二固定板可連接於第二端板，並位於第二端板與至少一間隔板之間。其中，第一固定板及第二固定板亦可用於裝載電池。

為達成前述目的，本發明一種電池定壓夾持裝置，係用於夾持至少一電池，該裝置主要包括一框架、至少一間隔板、一施壓板、一承壓板、至少一保壓彈簧、至少一定壓螺栓以及至少一彈簧導桿。其中，框架包括一第一端板、一第二端板及複數導桿，而複數導桿係分設於第一端板和第二端板之間，且第一端板開設有至少一貫穿孔；至少一間隔板耦接於複數導桿，且至少一電池係固定於至少一間隔板；施壓板耦接於複數導桿並可相對滑移，且施壓板係介於第一端板與至少一間隔板之間；承壓板與施壓板分設於第一端板之二相對應側，且承壓板開設至少一貫通導孔；至少一保壓彈簧穿經第一端板之至少一貫穿孔，並位於承壓板與施壓板之間；至少一定壓螺栓之一端穿經承壓板，另一端鎖附於第一端板；至少一彈簧導桿穿經第一端板之至少一貫穿孔，且一端連接於施壓板，另一端耦接於承壓板之至少一貫通導孔，承壓板可相對至少一彈簧導桿滑移；其中，當承壓板受一外推力而推擠至少一保壓彈簧時，而至少一保壓彈簧之撐張力將透過施壓板驅使至少一間隔板夾持至少一電池，且至少一定壓螺栓使承壓板保持於當前位置。

此外，為達成前述目的，本發明一種電池定壓夾持方法，其使用如前所述之電池定壓夾持裝置，該方法包括：首先，一加壓裝置對承壓板施加一作用力，驅使承壓板朝第一端板移動；而至少一保壓彈簧受到壓縮進而推壓施壓板以夾持至少一電池；接著，當加壓裝置所施加之作用力達一預定值時，鎖附至少一定壓螺栓，以使承壓板維持於當前位置；最後，移除加壓裝置所施加之作用力。據此，本發明之電池定壓夾持裝置無須搭載加壓裝置，當完成加壓後，透過定壓螺栓維持當前壓力，亦即實現保壓後，便可直接移除加壓裝置，來達成單機線外施壓。

本發明電池定壓夾持裝置及其方法在本實施例中被詳細描述之前，要特別注意的是，以下的說明中，類似的元件將以相同的元件符號來表示。再者，本發明之圖式僅作為示意說明，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。

請先參閱圖1、圖2及圖3，圖1係本發明之電池定壓夾持裝置一較佳實施例之立體圖，圖2係本發明之電池定壓夾持裝置移除間隔板後之立體圖，圖3係本發明之電池定壓夾持裝置一較佳實施例之分解圖。如圖中所示，本實施例之電池定壓夾持裝置主要包括一框架2、複數間隔板3、一施壓板4、一承壓板5、四保壓彈簧6、四彈簧導桿61以及二定壓螺栓7。

其中，框架2係由一第一端板21、一第二端板22及四導桿23所組成，而四導桿23包括一對上導桿231及一對下導桿232，其分設於第一端板21和第二端板22之四角隅處。此外，第一端板21上開設有四貫穿孔211以及二螺孔212，又第一端板21更包括一凸柱213(請見圖2)，其係位於第一端板21之一端面並朝施壓板4凸伸。在本實施例中，凸柱213的作用在於用以擋止施壓板4，特別是當間隔板3數量較多時，凸柱213可以避免因施壓板4過度貼近第一端板21，而當取消外推力時施壓板4撞擊第一端板21。

再者，複數間隔板3架設於導桿23上，間隔板3係用於搭載電池(圖中未示)，通常是雙面各固定一個電池。關於間隔板3架設於導桿23之方式，請一併參閱圖4，圖4係本發明一較佳實施例之剖面圖，其顯示間隔板31架設於導桿23上之狀態。如圖中所示，本實施例之間隔板31包括一本體33、一上懸臂部34及一下懸臂部35，上懸臂部34和下懸臂部35分別從本體33二側端面凸伸，且呈斜對角線設置。其中，上懸臂部34的下端面包括一V形滑槽341，其係用於掛接於一上導桿231；而下懸臂部35則利用其下端面抵靠於一下導桿232上。

由上可知，本實施例之間隔板3僅利用上懸臂部34及一下懸臂部35二點支撐而架設於導桿23上，接觸點少、摩擦小、容易滑行，且最重要的是取放相當便利，僅需輕鬆向上提起即可。也就是說，當有換型之需求時，僅須簡單地將間隔板3上提，即可快速更換或增減間隔板3，亦可快速地對電池定壓夾持裝置進行維護或改裝。另一方面，V形滑槽341則提供了定位效果，可避免間隔板3產生左右滑移的現象。

另外，請再參閱圖1、圖2及圖3，本實施例之施壓板4透過其四角隅處之貫穿導孔41套設於四導桿23上，並可相對滑移，且施壓板4係設置於第一端板21與複數間隔板3之間。而且，施壓板4包括一第一端面42及一第二端面43，其中第一端面42包括四圓形容槽421，而第二端面43則連接第一固定板31，且另有一第二固定板32連接於第二端板22；也就是說，複數間隔板3係夾設於第一固定板31和第二固定板32之間。而且，第一固定板31和第二固定板32中朝向間隔板3之端面可各搭載一電池(圖中未示)。

再且，如圖中所示之承壓板5係與施壓板4分設於第一端板21之二相對應側，也就是在裝置的最外側，且承壓板5之四角隅處各開設一貫通導孔52，又有二通孔51分設於承壓板5之二側端，也就是左右兩側之二貫通導孔52間各插設一通孔51。

此外，本實施例之四保壓彈簧6各自穿經第一端板21之四貫穿孔211，且每一保壓彈簧6之二端各壓抵於承壓板5與施壓板4，且其中抵壓於施壓板4之一端又容設於圓形容槽421，藉以定位保壓彈簧6，使之不致移位。

又，如圖所示之四彈簧導桿61，亦分別穿經第一端板21之四貫穿孔211，且每一彈簧導桿61包括一頭端611及一尾端612，其尾端612固接於施壓板4之圓形容槽421的中心，而頭端611則穿經承壓板5之貫通導孔52，又四保壓彈簧6則分別套設於四彈簧導桿61，故彈簧導桿61可對保壓彈簧6定形，可避免變形。

除此之外，在本實施例中，每一定壓螺栓7包括一螺紋段71及一鎖附頭段72，其中螺紋段71螺鎖於第一端板21之螺孔212，而鎖附頭段72則卡設於承壓板5之通孔51。也就是說，當轉動定壓螺栓7時，可以固定承壓板5與第一端板21間的間距，亦即固定保壓彈簧6的壓縮量，以維持保壓彈簧6的撐張彈力。

以下說明本實施例之電池定壓夾持裝置的操作方法，請一併參閱圖1、圖5A及圖5B，圖5A係本發明之電池定壓夾持裝置加壓前的側視圖，圖5B係本發明之電池定壓夾持裝置加壓後的側視圖。首先，利用一加壓裝置P對承壓板5施加一作用力F，在本實施例中加壓裝置P可為氣壓缸、油壓缸、線性馬達、由馬達和螺桿組成的加壓機構、或其他可壓迫承壓板5朝第一端板21移動之等效裝置或組件。

此時，承壓板5受推力之作用力F影響，而相對於彈簧導桿61和定壓螺栓7朝第一端板21滑移；也就是說，只有承壓板5滑移，而彈簧導桿61、定壓螺栓7與第一端板21都是固定不動。此時，因承壓板5滑移而保壓彈簧6受到壓縮，故作用力F間接地透過保壓彈簧6而傳遞至施壓板4。於此，保壓彈簧6除了傳遞作用力之外，也起了緩衝之用，可吸收過當的施力或不穩定的施力。

接著，當施壓板4承受作用力F之後，將推壓間隔板3，使施壓板4本身和間隔板3朝第二端板22移動，以施壓夾持間隔板3上的電池。此外，在本實施例中，在加壓裝置P與承壓板5之間另設有一壓力感測單元(圖中未示)，所以在整個加壓過程中，加壓裝置P所施加之作用力F將持續地被監控。

然而，當該作用力F達一預定值時便停止加壓，並轉動定壓螺栓7，使定壓螺栓7鎖附於第一端板21之螺孔212，直到定壓螺栓7之鎖附頭段72抵靠於承壓板5，即如圖5B所示；此動作之目的在於，使承壓板5維持於當前位置，即固定承壓板5和第一端板21間的間距，也表示透過保壓彈簧6而對間隔板3上之電池的維持恆定之夾持力，其等同於加壓裝置P所施加之作用力F。

換言之，本實施例透過保壓彈簧6來推動施壓板5和間隔板3，即以蓄壓之保壓彈簧6來夾持電池並提供適切之壓縮力，以對電池定型。而且，保壓彈簧6又可提供緩衝作用，用來吸附過度不當的外推力，例如瞬間過度的作用力。此外，化成過程中當電池有過度鼓脹情形發生時，亦可提供彈簧壓縮餘裕來容納電池膨脹量，以避免因定量壓縮造成電池的爆裂。

最後，就可以移除加壓裝置P所施加之作用力F，也就是可使電池定壓夾持裝置脫離加壓裝置P，進而執行化成作業。由此可知，本實施例之電池定壓夾持裝置本身並不需要具備加壓裝置，可單機線外施壓，亦即整條產線僅須配置單一加壓裝置P，而當電池定壓夾持裝置完成上述步驟後，就可輪到次一個電池定壓夾持裝置來進行加壓，故裝置整體機構明顯簡化，而可靠度和使用壽命可大幅提升，並可顯著降地成本。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

2:框架 3:間隔板 4:施壓板 5:承壓板 6:保壓彈簧 7:定壓螺栓 21:第一端板 22:第二端板 23:導桿 31:第一固定板 32:第二固定板 33:本體 34:上懸臂部 35:下懸臂部 41:貫穿導孔 42:第一端面 43:第二端面 51:通孔 52:貫通導孔 61:彈簧導桿 71:螺紋段 72:鎖附頭段 211:貫穿孔 212:螺孔 213:凸柱 231:上導桿 232:下導桿 421:圓形容槽 611:頭端 612:尾端 F:外推力 P:加壓裝置

圖1係本發明之電池定壓夾持裝置一較佳實施例之立體圖。 圖2係本發明之電池定壓夾持裝置移除間隔板後之立體圖。 圖3係本發明之電池定壓夾持裝置一較佳實施例之分解圖。 圖4係本發明一較佳實施例之剖面圖，其顯示間隔板架設於導桿上之狀態。 圖5A係本發明之電池定壓夾持裝置加壓前的側視圖。 圖5B係本發明之電池定壓夾持裝置加壓後的側視圖。

2:框架

3:間隔板

4:施壓板

5:承壓板

6:保壓彈簧

7:定壓螺栓

21:第一端板

22:第二端板

23:導桿

41:貫穿導孔

61:彈簧導桿

231:上導桿

232:下導桿

F:外推力

P:加壓裝置

Claims (10)

1. 一種電池定壓夾持裝置，係用於夾持至少一電池，該裝置包括： 一框架，其包括一第一端板、一第二端板及複數導桿，該複數導桿係分設於該第一端板和該第二端板之間，該第一端板開設有至少一貫穿孔； 至少一間隔板，其耦接於該複數導桿，該至少一電池係固定於該至少一間隔板； 一施壓板，其係耦接於該複數導桿並可相對滑移，該施壓板係介於該第一端板與該至少一間隔板之間； 一承壓板，其與該施壓板分設於該第一端板之二相對應側； 至少一保壓彈簧，其穿經該第一端板之該至少一貫穿孔，並位於該承壓板與該施壓板之間；以及 至少一定壓螺栓，其鎖附於該承壓板與該第一端板之間； 其中，當該承壓板受一外推力而推擠該至少一保壓彈簧時，該至少一保壓彈簧之撐張力將透過該施壓板驅使該至少一間隔板夾持該至少一電池。
2. 如請求項1之電池定壓夾持裝置，其更包括至少一彈簧導桿，其穿經該第一端板之該至少一貫穿孔，且一端連接於該施壓板，另一端耦接於該承壓板，該至少一保壓彈簧套設於該至少一彈簧導桿，該承壓板可相對該至少一彈簧導桿滑移。
3. 如請求項1之電池定壓夾持裝置，其中，該承壓板開設有至少一通孔，該第一端板開設有至少一螺孔；該至少一定壓螺栓穿經該至少一通孔而鎖附於該至少一螺孔。
4. 如請求項1之電池定壓夾持裝置，其中，該複數導桿包括一對上導桿及一對下導桿，其分設於該第一端板和該第二端板之四角隅；該至少一間隔板之一側掛接於該對上導桿其中之一，另一側抵壓於該對下導桿其中之一。
5. 如請求項1之電池定壓夾持裝置，其中，該第一端板更包括一凸柱，其係位於該第一端板之一端面並朝該施壓板凸伸。
6. 如請求項1之電池定壓夾持裝置，其更包括一第一固定板及一第二固定板，該第一固定板係連接於該施壓板，並位於該施壓板與該至少一間隔板之間；該第二固定板係連接於該第二端板，並位於該第二端板與該至少一間隔板之間。
7. 一種電池定壓夾持裝置，係用於夾持至少一電池，該裝置包括： 一框架，其包括一第一端板、一第二端板及複數導桿，該複數導桿係分設於該第一端板和該第二端板之間，該第一端板開設有至少一貫穿孔； 至少一間隔板，其耦接於該複數導桿，該至少一電池係固定於該至少一間隔板； 一施壓板，其係耦接於該複數導桿並可相對滑移，該施壓板係介於該第一端板與該至少一間隔板之間； 一承壓板，其與該施壓板分設於該第一端板之二相對應側，該承壓板開設至少一貫通導孔； 至少一保壓彈簧，其穿經該第一端板之該至少一貫穿孔，並位於該承壓板與該施壓板之間； 至少一定壓螺栓，其一端穿經該承壓板，另一端鎖附於該第一端板；以及 至少一彈簧導桿，其穿經該第一端板之該至少一貫穿孔，且一端連接於該施壓板，另一端耦接於該承壓板之該至少一貫通導孔，該至少一保壓彈簧套設於該至少一彈簧導桿，該承壓板可相對該至少一彈簧導桿滑移； 其中，當該承壓板受一外推力而推擠該至少一保壓彈簧時，該至少一保壓彈簧之撐張力將透過該施壓板驅使該至少一間隔板夾持該至少一電池，該至少一定壓螺栓使該承壓板保持於當前位置。
8. 如請求項7之電池定壓夾持裝置，其中，該承壓板開設有至少一通孔，該第一端板開設有至少一螺孔；該至少一定壓螺栓穿經該至少一通孔而鎖附於該至少一螺孔。
9. 如請求項7之電池定壓夾持裝置，其中，該複數導桿包括一對上導桿及一對下導桿，其分設於該第一端板和該第二端板之四角隅；該至少一間隔板之一側掛接於該對上導桿其中之一，另一側抵壓於該對下導桿其中之一。
10. 一種電池定壓夾持方法，其使用如請求項1至9中任一項之電池定壓夾持裝置，該方法包括： (A)一加壓裝置對該承壓板施加一作用力，驅使該承壓板朝該第一端板移動；該至少一保壓彈簧受到壓縮進而推壓該施壓板以夾持該至少一電池； (B)當該加壓裝置所施加之該作用力達一預定值時，鎖附該至少一定壓螺栓，以使該承壓板維持於當前位置；以及 (C)移除該加壓裝置所施加之該作用力。

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