一种动力电池高速封装系统的制作方法

1.本实用新型涉及封装设备技术领域，特别是涉及一种动力电池高速封装系统。


背景技术：

2.锂离子电池是一种二次电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。
3.传统的锂离子电池封装线体有转盘型和直线型两种布局。
4.转盘型一般由分割器或dd马达等驱动一个回转盘或类似机构，若干定位工装沿圆周均匀排布在回转盘或类似机构上。转盘型的特点是各工装间距离固定、运动状态相同，因此各工序只能顺次加工，线体中工艺时间最长的工序，决定了整条产线的效率上限。
5.直线型一般由机械手或其它往复机构等驱动电芯顺次到达各工序，有些会将线体中工艺时间较长的工序设置为双工位以提高整体效率。直线型的特点是电芯在各工序间转移时是通过机械手或其它往复机构驱动的，效率虽然不受线体中工艺时间最长的工序制约，但是受驱动机构效率影响，且机构复杂、维护困难、占地面积大。
6.环形导轨-线性电机伺服系统模式的高速封装产线是利用了伺服系统上各动子位置、速度可独立控制的优势，让工艺时间较短的已完成加工的产品可以在轨道上暂停，待下一工位完成加工后，快速移动到该工位，从而提升每个工位的稼动率。且环形导轨-线性电机伺服系统运行速度快、结构简单、占地面积小。
7.目前的锂离子动力电池分圆柱动力、软包动力和方形铝壳动力。其中软包动力电池的未来应用前景非常好，但其整体工艺流程中的封装工序是现阶段的生产效率瓶颈，目前国产动力电池封装产线效率是6ppm，进口封装产线效率是10ppm。由于封装材料铝塑膜的特性决定了封装工艺时间较长，故传统封装线无法突破效率瓶颈，无法实现高速封装。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种动力电池高速封装系统，以解决上述现有技术存在的问题，采用环形导轨-线性电机伺服系统，结构紧凑，每个动子独立控制，从而带动工装让轨道上的各加工工位均达到最大稼动率，能够高速完成动力电池封装。
9.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
10.本实用新型提供一种动力电池高速封装系统，包括环形导轨-线性电机伺服系统、壳上料工位、切顶边工位、切侧边工位、入极组工位、侧封工位、顶封工位和下料工位，环形导轨-线性电机伺服系统包括环形导轨、电机定子、电机动子、动子滑座，各个工位按工艺顺序排布在环形导轨的外周，所述电机定子沿所述环形导轨排布有一周，所述动子滑座设置有多个，所述动子滑座通过滑轮与所述环形导轨滑动连接，所述电机动子设置于所述动子滑座的底部，所述动子滑座的顶部设置有电芯夹持工装，所述壳上料工位将已冲坑的两片
电池壳放入到电芯夹持工装，由所述电芯夹持工装定位夹持两片电池壳并依次进入其他工位进行封装作业。
11.优选地，所述电芯夹持工装包括底座、固定板、翻转板、齿轮、齿条和翻转气缸，所述固定板和所述翻转板设置于所述底座的顶部，所述固定板设置于所述环形导轨外周的一侧，所述翻转板设置于所述环形导轨内圈的一侧，所述固定板和所述翻转板对称设置，所述固定板和所述翻转板的顶端面均设置有吸盘，所述齿条设置于所述固定板和所述翻转板之间，所述齿轮啮合于所述齿条的顶部，所述底座上设置有与所述齿轮轴铰接的支撑板，所述外固定板通过连接板与所述齿轮轴连接，所述齿条与所述翻转气缸连接，由所述翻转气缸带动所述齿条横向动作，所述齿条横向动作带动所述齿轮转动，所述齿轮转动时所述齿轮轴随动，进而带动与所述齿轮轴连接的所述翻转板翻转。
12.优选地，所述动力电池高速封装系统中包括有一个壳上料工位、一个所述切顶边工位、一个所述切侧边工位、两个所述入极组工位、两个所述顶封工位、两个所述侧封工位和一个所述下料工位。
13.优选地，所述上料工位包括上料机架和运壳机械手，所述上料机架上设置有横移导轨，所述横移导轨上设置有一由横移气缸驱动的横移滑板，所述横移滑板上设置有带有吸盘的运壳机械手，所述运壳机械手通过升降气缸控制升降。
14.优选地，所述切顶边工位包括切顶边机架和纵向滑轨，所述切顶边机架的底部与所述纵向滑轨滑动连接，所述切顶边机架能够沿着所述纵向滑轨内外移动，所述切顶边机架朝向所述环形导轨的一侧相对设置有上切刀一和下切刀一，所述切顶边机架上还设置有控制上切刀一上下动作的切顶边驱动电机和控制所述下切刀一上下动作的切顶边驱动气缸，所述上切刀一和所述下切刀一相向动作啮合对所述电芯夹持工装传递过来的电池壳顶边进行切除。
15.优选地，所述切侧边工位包括两个横向相对的设置切侧边机架和横向滑轨，两个所述切侧边机架的架体开设有供所述电芯夹持工装通过的通道，两个所述切侧边机架的底部与所述横向滑轨滑动连接，实现两个所述切侧边机架的横向距离调节，两个所述切侧边机架的内侧均设置有上切刀二和下切刀二，两个所述切侧边机架上还设置有控制上切刀二上下动作的切侧边驱动电机和控制所述下切刀二上下动作的切侧边驱动气缸，所述上切刀二和所述下切刀二相向动作啮合对所述电芯夹持工装传递过来的电池壳的两侧边进行切除。
16.优选地，所述入极组工位包括前机架、后机架、前归正机构和后归正机构，所述前归正机构通过导轨滑块组与所述前机架滑动连接，并通过升降气缸驱动升降；所述后归正机构通过导轨滑块组与所述后机架滑动连接，并通过升降气缸驱动升降；
17.所述后归正机构包括相对设置的两个定位夹爪，两个所述定位夹爪用于定位电芯的侧面，两个所述定位夹爪通过电芯侧定位气缸控制横向开合，两个所述定位夹爪通过电芯后定位气缸控制前后移动；
18.所述前归正机构包括控制整个机构前后移动的电芯前定位气缸、极耳前定位块、极耳归正块和极耳压块，所述极耳前定位块设置有两个，所述极耳前定位块设置于机构的前端顶部，所述极耳前定位块的顶部设置有极耳定位台，每个所述极耳前定位块的顶部两侧分别设置一极耳归正块，两对所述极耳归正块由极耳归正气缸控制开合实现正、负极耳
的居中归正；两个所述极耳前定位块的顶部均设置有所述极耳压块，所述极耳压块由定位块伸缩气缸控制前后移动，由定位块升降气缸控制升降，所述定位伸缩气缸动作使所述极耳压块伸出到极耳顶部后，所述定位块升降气缸控制两所述极耳压块下降将极耳压在所述极耳前定位块的定位台上。
19.优选地，每个所述侧封工位包括两个横向相对的设置侧封机架和横向滑轨，两个所述侧封机架的架体开设有供所述电芯夹持工装通过的通道，两个所述侧封机架的底部与所述横向滑轨滑动连接，实现两个所述侧封机架的横向距离调节，两个所述侧封机架的内侧均设置有上封头一和下封头一，所述上封头一和所述下封头一均通过滚珠丝杠组一驱动，所述上封头一的顶部设置有铰接座一，所述上封头一通过铰接座一铰接在连接板一的底部，所述连接板一的顶部设置有连接板二，所述连接板二与所述连接板一之间设置有两个弹簧气缸一，所述滚珠丝杠组一与所述连接板二连接，所述滚珠丝杠组一对所述连接板二施力，所述连接板二通过两个所述弹簧气缸一顶推所述上封头一。
20.优选地，所述顶封工位包括顶封机架和纵向滑轨，所述顶封机架的顶部与所述纵向滑轨滑动连接，所述顶封机架能够沿着所述纵向滑轨内外移动，所述顶封机架的朝向所述环形导轨的一侧设置有上封头二和下封头二，所述上封头二和所述下封头二均通过滚珠丝杠组二驱动，所述上封头二的顶部设置有铰接座二，所述上封头一通过铰接座二铰接在连接板三的底部，所述连接板三的顶部设置有连接板四，所述连接板四与所述连接板三之间设置有两个弹簧气缸二，所述滚珠丝杠组二与所述连接板四连接，所述滚珠丝杠组二对所述连接板四施力，所述连接板四通过两个所述弹簧气缸二顶推所述上封头二。
21.优选地，所述下料工位包括电池顶推架、电池夹爪和横移模组，所述电池顶推架包括顶推板和设置于顶推四角处的四个顶杆，相对应的所述电芯夹持工装的固定板的四角处设置有四个通孔，顶推板底部设置电池顶升气缸，电池顶升气缸控制顶杆由相应的通孔将电池顶起，所述电池夹爪设置于所述顶推架的顶部，所述电池夹爪由夹爪开合气缸控制开合，由夹电池气缸控制夹紧电池，由夹电池升降气缸控制升降，且所述电池夹爪通过夹爪机与所述横移模组滑动连接，所述电池夹爪夹持到电池后，通过横移模组横移使电芯移栽到下料位。
22.本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
23.1、本实用新型提供的动力电池高速封装系统，环形导轨-线性电机伺服系统集成了环形导轨高精度、闭合循环导向与线性电机定子排布灵活、动子可单独控制的特性。线性电机定子沿环形导轨排布一周，通过与传感器配合可单独控制每个动子的运动参数，从而带动工装让轨道上的各加工工位均达到最大稼动率，以实现高速完成动力电池封装工艺的效果，本实用新型适用的封装线，整线效率远高于市场现有设备；环形线性电机的定子布置在环形导轨的下面，即定子相当于导轨的底座，结构紧凑，节省空间。
24.2、本实用新型提供的动力电池高速封装系统，壳上料、切侧边、切顶边、下料四个工序动作少、效率高，可达到≥12ppm，入极组、顶边封、侧边封三个工序动作多、工艺要求一定作业时间故效率低，约为前述四工序效率的一半。为充分利用各工序产能，故将低效率工序布置为双工位同时作业，以匹配高效率工序单工位效率。电芯夹持工装在单工位工序与双工位工序之间传导时，利用环形导轨-线性电机伺服系统每个动子可单独控制的特点，可以使单个工装在进入双工位工序前暂停，等待后一个工装作业完成后组成一对，一起进入
双工位工序作业，也可以使一对工装在进入单工位工序时前一个工装先进入单工位作业，后一个工装暂停等待前一个工装作业完成后再进入。如此即提高了每一个工位的稼动率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。
26.图1为本实用新型中动力电池高速封装系统的立体装配图；
27.图2为本实用新型中动力电池高速封装系统的俯视图；
28.图3为图1中a处的局部放大示意图；
29.图4为本实用新型中电芯夹持工装的立体结构示意图；
30.图5为本实用新型中上料工位的立体结构示意图；
31.图6为本实用新型中切顶边工位的立体结构示意图；
32.图7为本实用新型中切侧边工位的立体结构示意图；
33.图8为本实用新型中入极组工位的立体结构示意图；
34.图9为本实用新型中入极组工位中的后归正机构的立体结构示意图；
35.图10为本实用新型中入极组工位中的前归正机构的立体结构示意图；
36.图11为本实用新型中前归正机构的俯向局部立体结构示意图；
37.图12为本实用新型中入极组工位的工作状态立体结构示意图；
38.图13为本实用新型中侧封工位的立体结构示意图；
39.图14为本实用新型中顶封工位的立体结构示意图；
40.图15为本实用新型中下料工位的立体结构示意图；
41.图中：1-环形导轨-线性电机伺服系统、11-环形导轨、12-电机定子、13-电机动子、14-动子滑座、15-滑轮；
42.2-电芯夹持工装、21-底座、22-固定板、23-翻转板、24-齿轮、25-齿条、26-翻转气缸；
43.3-上料工位、31-上料机架、32-运壳机械手、33-横移导轨、34-横移滑板、35-升降气缸、36-横移气缸；
44.4-切顶边工位、41-切顶边机架、42-上切刀一、43-下切刀一、44-切顶边驱动电机、45-切顶边驱动气缸；
45.5-切侧边工位、51-切侧边机架、52-上切刀二、53-下切刀二、54-切侧边驱动电机、55-切侧边驱动气缸；
46.6-入极组工位、61-前机架、62-后机架、63-后归正机构、64-前归正机构、630-定位夹爪、631-电芯侧定位气缸、632-电芯后定位气缸、640-电芯前定位气缸、641-极耳前定位块、642-极耳归正块、643-极耳压块、644-极耳归正气缸、645-定位块伸缩气缸、646-定位块升降气缸；
47.7-侧封工位、71-侧封机架、72-上封头一、73-下封头一、74-滚珠丝杠组一、75-铰接座一、76-连接板一、77-连接板二、78-弹簧气缸一；
48.8-顶封工位、81-顶封机架、82-上封头二、83-下封头二、84-滚珠丝杠组二、85-铰接座二、86-连接板三、87-连接板四、88-弹簧气缸二；
49.9-下料工位、91-顶推板、92-顶杆、93-电池夹爪、94-横移模组、95-电池顶升气缸、96-夹爪开合气缸、97-夹电池气缸、98-夹电池升降气缸。
具体实施方式
50.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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。
51.本实用新型的目的是提供一种动力电池高速封装系统，以解决现有技术存在的问题。
52.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。
53.本实施例中的动力电池高速封装系统，如图1、图2所示，包括环形导轨线性电机伺服系统1、一个壳上料工位3、一个切顶边工位4、一个切侧边工位5、两个入极组工位6、两个侧封工位7、两个顶封工位8和一个下料工位9，环形导轨线性电机伺服系统1包括环形导轨11、电机定子12、电机动子13、动子滑座14，各个工位按工艺顺序排布在环形导轨11的外周。
54.如图3所示，电机定子12沿环形导轨11排布有一周，动子滑座14设置有多个，动子滑座14通过滑轮15与环形导轨11滑动连接，电机动子13设置于动子滑座14的底部，动子滑座14的顶部设置有电芯夹持工装2，电芯夹持工装2的数量比工位数多一个，壳上料工位3将已冲坑的两片电池壳放入到电芯夹持工装2，由电芯夹持工装2定位夹持两片电池壳并依次进入其他工位进行封装作业。
55.环形导轨线性电机伺服系统1的工作原理为：电机定子12由线圈组成，固定在设备基座上，通电之后产生磁场；电机动子13为永磁体；永磁体受到电机定子12的感应线圈通电产生的磁场的推力，动子滑座14沿着导轨运动，基本原理类似磁悬浮；滑座上的动子为永磁体，不需要供电来产生磁场，所以滑座可以做无限的循环运动；电芯夹持工装2与滑座通过定位销定位，螺钉紧固连接。
56.如图4所示，电芯夹持工装2包括底座21、固定板22、翻转板23、齿轮24、齿条25和翻转气缸26，固定板22和翻转板23设置于底座21的顶部，固定板22设置于环形导轨11外周的一侧，翻转板23设置于环形导轨11内圈的一侧，固定板22和翻转板23对称设置，固定板22和翻转板23的顶端面均设置有吸盘，齿条25设置于固定板22和翻转板23之间，齿轮24啮合于齿条25的顶部，底座21上设置有与齿轮24轴铰接的支撑板，外固定板22通过连接板与齿轮24轴连接，齿条25与翻转气缸26连接，由翻转气缸26带动齿条25横向动作，齿条25横向动作带动齿轮24转动，齿轮24转动时齿轮24轴随动，进而带动与齿轮24轴连接的翻转板23翻转。
57.如图5所示，上料工位3包括上料机架31和运壳机械手32，上料机架31上设置有横移导轨33，横移导轨33上设置有一由横移气缸36驱动的横移滑板34，横移滑板34上设置有带有吸盘的运壳机械手32，运壳机械手32通过升降气缸35控制升降；工作时，运壳机械手32使用吸盘将定位好的壳体吸住，升降气缸35将吸盘升高，通过横移气缸36将壳周转到翻转
工装内，机械手经过一次周转，将上壳体和下壳体分别放置到对应的工装内；电芯夹持工装2的固定板22和翻转板23对应位置设有吸盘，通过吸盘将壳体固定住，然后工装通过气缸驱动工装上的齿轮24齿条25机构闭合。
58.如图6所示，切顶边工位4包括切顶边机架41和纵向滑轨，切顶边机架41的底部与纵向滑轨滑动连接，切顶边机架41能够沿着纵向滑轨内外移动，切顶边机架41朝向环形导轨11的一侧相对设置有上切刀一42和下切刀一43，切顶边机架41上还设置有控制上切刀一42上下动作的切顶边驱动电机44和控制下切刀一43上下动作的切顶边驱动气缸45，上切刀一42和下切刀一43相向动作啮合对电芯夹持工装2传递过来的电池壳顶边进行切除。
59.如图7所示，切侧边工位5包括两个横向相对的设置切侧边机架51和横向滑轨，两个切侧边机架51的架体开设有供电芯夹持工装2通过的通道，两个切侧边机架51的底部与横向滑轨滑动连接，实现两个切侧边机架51的横向距离调节，两个切侧边机架51的内侧均设置有上切刀二52和下切刀二53，两个切侧边机架51上还设置有控制上切刀二52上下动作的切侧边驱动电机54和控制下切刀二53上下动作的切侧边驱动气缸55，上切刀二52和下切刀二53相向动作啮合对电芯夹持工装2传递过来的电池壳的两侧边进行切除。
60.如图8所示，入极组工位6包括前机架61、后机架62、前归正机构64和后归正机构63，前归正机构64通过导轨滑块组与前机架61滑动连接，并通过升降气缸35驱动升降；后归正机构63通过导轨滑块组与后机架62滑动连接，并通过升降气缸35驱动升降；
61.如图9所示，后归正机构63包括相对设置的两个定位夹爪630，两个定位夹爪630用于定位电芯的侧面，两个定位夹爪630通过电芯侧定位气缸631控制横向开合，两个定位夹爪630通过电芯后定位气缸632控制前后移动；
62.如图10-11所示，前归正机构64包括控制整个机构前后移动的电芯前定位气缸640、极耳前定位块641、极耳归正块642和极耳压块643，极耳前定位块641设置有两个，极耳前定位块641设置于机构的前端顶部，极耳前定位块641的顶部设置有极耳定位台，每个极耳前定位块641的顶部两侧分别设置一极耳归正块642，两对极耳归正块642由极耳归正气缸644控制开合实现正、负极耳的居中归正；两个极耳前定位块641的顶部均设置有极耳压块643，极耳压块643由定位块伸缩气缸645控制前后移动，由定位块升降气缸646控制升降，定位伸缩气缸动作使极耳压块643伸出到极耳顶部后，定位块升降气缸646控制两极耳压块643下降将极耳压在极耳前定位块641的定位台上。
63.结合附图12，入极组工位6的工作过程为：工装带着上下壳体旋转到入极组工位6，电芯夹持工装2的翻转板23打开，机械手抓取极组并到固定板22上的壳体内，然后工装下方的前、后归正机构63升起，后定位气缸伸出，然后侧定位夹爪630气缸闭合控制定位夹爪630相向动作，定位电芯的侧面；(前归正机构64与后归正机构63统称归正机构)(升起位置如图，归正组件与电芯在同一个高度)；前归正机构64上升后，极耳前定位块641上面托住极耳片，正负极耳两侧各布置有极耳归正块642。其中正负极的左侧极耳归正块642与极耳归正气缸644的左手指相连；正负极的右侧极耳归正块642与极耳归正气缸644的右手指相连；当极耳归正气缸644手指闭合时，正负极两侧的归正块同时闭合，使极耳居中归正。然后定位块伸缩气缸645先缩回，使极耳压块643移动到极耳上方，定位块升降气缸646下降，使极耳压块643下降压到极耳前定位块641的定位台上；最后电芯前定位气缸640缩回，带动整套前归正机构64移动，使极耳前定位块641的定位台推动极耳，从而使电芯以极耳前面为基准定
位。
64.如图13所示，每个侧封工位7包括两个横向相对的设置侧封机架71和横向滑轨，两个侧封机架71的架体开设有供电芯夹持工装2通过的通道，两个侧封机架71的底部与横向滑轨滑动连接，实现两个侧封机架71的横向距离调节，两个侧封机架71的内侧均设置有上封头一72和下封头一73，上封头一72和下封头一73均通过滚珠丝杠组一74驱动，上封头一72的顶部设置有铰接座一75，上封头一72通过铰接座一75铰接在连接板一76的底部，连接板一76的顶部设置有连接板二77，连接板二77与连接板一76之间设置有两个弹簧气缸一78，滚珠丝杠组一74与连接板二77连接，滚珠丝杠组一74对连接板二77施力，连接板二77通过两个弹簧气缸一78顶推上封头一72。
65.侧封工位7的工作过程为：工装旋转到侧封工位7后，伺服电机带动上下加热封头，挤压电池的两侧边，使铝塑膜热熔粘接；上下封头机构通过滚珠丝杠组一74驱动，上封头机构设置有一个回转点(铰接座一75与销轴实现)，上封头一72可绕回转点摆动，适应上下封头的装配误差；上封头一72安装有弹簧气缸一78，使上封头一72不管摆动到任何角度，都有恒定的压力；侧封机构的两侧封机架71底部布置有横向滑块，可适应不同规格的电芯。
66.如图14所示，顶封工位8包括顶封机架81和纵向滑轨，顶封机架81的顶部与纵向滑轨滑动连接，顶封机架81能够沿着纵向滑轨内外移动，顶封机架81的朝向环形导轨11的一侧设置有上封头二82和下封头二83，上封头二82和下封头二83均通过滚珠丝杠组二84驱动，上封头二82的顶部设置有铰接座二85，上封头一72通过铰接座二85铰接在连接板三86的底部，连接板三86的顶部设置有连接板四87，连接板四87与连接板三86之间设置有两个弹簧气缸二88，滚珠丝杠组二84与连接板四87连接，滚珠丝杠组二84对连接板四87施力，连接板四87通过两个弹簧气缸二88顶推上封头二82；工装旋转到顶封工位8后，伺服电机带动上封头二82、下封头二83，挤压电池的正负极顶边，使铝塑膜热熔粘接；其结构原理与侧封机构相同，此处不再赘述。
67.如图15所示，下料工位9包括电池顶推架、电池夹爪93和横移模组93，电池顶推架包括顶推板91和设置于顶推四角处的四个顶杆92，相对应的电芯夹持工装2的固定板22的四角处设置有四个通孔，顶推板91底部设置电池顶升气缸95，电芯夹持工装2的翻转板23打开后，电池顶升气缸95控制顶杆92由相应的通孔将电池顶起，电池夹爪93设置于顶推架的顶部，电池夹爪93由夹爪开合气缸96控制开合，由夹电池气缸97控制夹紧电池，由夹电池升降气缸98控制升降，且电池夹爪93通过夹爪机与横移模组93滑动连接，电池夹爪93夹持到电池后，通过横移模组93横移使电芯移栽到下料位，将电池抓放到后面工序后，机构回到初始位，等待取下一块电池。
68.具体地，两侧的电池夹爪93具包括固定爪和滑动爪，滑动爪位于固定爪的底部，夹电池气缸97控制滑动爪升降，实现夹紧固定爪和滑动爪之间的电池。
69.本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。