一种电芯卷针机构及其卷绕方法与流程

本申请涉及锂电池生产设备领域，具体涉及一种电芯卷针机构以及一种电芯卷绕方法。

背景技术：

在现有的锂电池设备中，卷绕机的卷针是电芯卷绕的重要部分，卷针的形状影响着电芯的卷绕速度和电芯的质量。目前的卷绕机大部分都采用椭圆形、扁菱形卷针机构。在生产时，由于椭圆形卷针外形的弧度会造成电芯的极耳折弯损伤，电芯卷绕完成后压扁下料，容易造成电芯内部起皱变形。另一种扁菱形卷针机构，由于短轴和长轴相差较大，卷绕过程所以会造成极片和隔膜抖动大，影响电芯的对齐度。而且扁菱形卷针对张力控制要求也高，提速过程中经常会造成张力波动大，电芯内部变形，导致设备提速困难，极大的影响设备生产效率。

技术实现要素：

本申请的目的是：提供一种新型的电芯卷针机构以及采用该机构卷绕电芯的方法，卷绕时极耳贴紧卷针平面，不容易弯折损伤；卷针的长短轴相差不大，张力波动较少，对极片不会造成太大的抖动，极大的提高生产效率。

为了达到上述目的，本申请的技术方案是：

一种电芯卷针机构，包括卷针座以及连接在所述卷针座上的卷针，该卷针的卷绕面上带有极耳定位平面；

所述卷针包括：

一左一右对称布置的左针体和右针体，以及

一上一下对称布置的上针体和下针体；

所述左针体和右针体之间形成有能够夹紧/松开隔膜的夹持缝，所述上针体和下针体均贯通开设有与所述夹持缝相连通的让位缝；

所述卷针座上设置有：

带动所述左针体和右针体沿左右方向相互远离/相互靠近的左右针体位移驱动装置，以及

带动所述上针体和下针体沿上下方向相互远离/相互靠近的上下针体位移驱动装置。

本申请这种电芯卷针机构在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述上针体和下针体上均形成有所述极耳定位平面。

所述左针体、右针体、上针体和下针体上均分别设置有相互对应的圆弧形外表面。

所述左右针体位移驱动装置为气缸组件。

所述上下针体位移驱动装置为气缸组件。

还包括带动所述卷针座转动进而使所述卷针作卷绕动作的驱动电机。

所述驱动电机为伺服电机。

一种锂电池EV卷绕机，包括上述结构的电芯卷针机构。

一种电芯卷绕方法，其采用上述结构的电芯卷针机构进行，包括以下步骤：

S1：将隔膜穿入所述让位缝和所述夹持缝；

S2：通过所述左右针体位移驱动装置带动所述左针体和右针体相互靠近，从而使所述隔膜被夹紧在左针体和右针体之间；通过所述上下针体位移驱动装置调节所述上针体和下针体的距离至预设值；将带有极耳的极片布置于所述隔膜处预设位置；

S3：使所述卷针转动而卷绕所述隔膜和所述极片，并且通过精确控制所述极片在上述步骤S2中的初始位置，来保证在卷绕过程中所述极片上的极耳始终贴向所述极耳定位平面；

S4：待卷绕结束后，通过所述上下针体位移驱动装置带动所述上针体和下针体相互靠近至预设位置；同时，通过所述左右针体位移驱动装置带动所述左针体和右针体相互远离，以松开被夹紧的所述隔膜，沿卷针的轴向抽取下卷绕完成的电芯。

本申请这种电芯卷绕方法在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

在所述步骤S2中，使所述左针体、右针体、上针体和下针体上的所述圆弧形外表面处于同一圆周面上。

所述卷针的卷绕面在所述步骤S4中的周向长度，小于所述卷针的卷绕面在所述步骤S3中的周向长度。

在所述步骤S3中，所述使所述卷针转动由所述驱动电机带动，并且通过调节所述驱动电机的转速来适应卷针的长短轴变换。

本申请的优势在于：

本申请这种电芯卷针机构的卷针有四个活动针体构成，而且卷绕面上制有极耳定位平面。在卷绕时极耳可贴紧极耳定位平面，不容易弯折损伤。卷绕时，可根据需要调节四个活动针体的相对位置，而保证卷针的长短轴相差不大(更为优选地，是卷针的卷绕面近似为标准的圆周面)，使张力波动较少，对极片不会造成太大的抖动。并且，在卷绕时可以通过对驱动电机变速控制来适应卷绕长短轴的变化，进一步减少张力的波动，解决整机提速问题，极大的提高生产效率。

附图说明

图1为本申请实施例这种电芯卷针机构的整体结构示意图；

图2为本申请实施例中卷针处于卷绕准备时的结构示意图；

图3为本申请实施例中卷针在卷绕完成准备取下电芯时的结构示意图；

其中：1-卷针座，2-卷针，201-左针体，202-右针体，203-上针体，204-下针体，20a-极耳定位平面，20b-夹持缝，20c-让位缝，20d-圆弧形外表面，A-隔膜。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本申请所说“连接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

图1至图3示出了本申请这种电芯卷针机构的一个具体实施例，与传统结构相同的是，该电芯卷针机构也包括卷针座1，连接在卷针座1上的卷针2，以及带动卷针座1转动进而使卷针2作卷绕动作的驱动电机。并且卷针2的卷绕面上带有极耳定位平面20a，平面型结构的极耳定位平面20a用于在卷绕时定位极耳的位置，可防止极耳折弯损伤，避免电芯内部起皱变形。驱动电机最好采用伺服电机。实际应用时，该电芯卷针机构通常应用在锂电池EV卷绕机上。

本实施例的关键改进在于所述卷针2既非传统的椭圆形结构，也非传统的扁菱形结构，而是采用了这一巧妙的结构形式：

参照图2和图3所示，本实施例的卷针2包括分体式结构的左针体201、右针体202、上针体203和下针体204，其中左针体201和右针体202一左一右对称布置(结构和位置均对称)，上针体203和下针体204一上一下对称布置(结构和位置均对称)。左针体201和右针体202之间形成有能够夹紧/松开被卷绕的隔膜A的夹持缝20b，上针体203和下针体204均上下贯通开设有与所述夹持缝20b相连通的让位缝20c。

并且，所述卷针座1上设置有：带动上述左针体201和右针体202沿左右方向相互远离/相互靠近的左右针体位移驱动装置，以及带动上述上针体203和下针体204沿上下方向相互远离/相互靠近的上下针体位移驱动装置。前述左右针体位移驱动装置和上下针体位移驱动装置一般采用气缸组件，其主要部件为气缸。

上述极耳定位平面20a一共设置有四处，上针体203和下针体204上各设置有两处，大大方便极耳的布置，如图2和图3。

结合图1、图2和图3所示，现将采用上述这种结构的电芯卷针机构来进行电芯卷绕的方法简单介绍如下，该方法包括以下步骤：

S1：将隔膜A穿入上针体203和下针体204的让位缝20c以及左针体201和右针体202之间的夹持缝20b。

S2：通过左右针体位移驱动装置带动左针体201和右针体202相互靠近(夹持缝20b逐渐缩小)，从而使隔膜A被紧紧夹在左针体201和右针体202之间。并且，通过上下针体位移驱动装置调节上针体203和下针体204的距离至预设值。而且，利用极片机械手将带有极耳的极片送至隔膜处的预设位置，该预设位置需经过精确计算后而确定(其主要与卷针在卷绕过程中的具体结构形式有关，当然极片上极耳的分布位置也需要与卷针在卷绕过程中的具体结构形式相对应)，以保证在下述步骤S3中，极片上的极耳始终贴向极耳定位平面20a布置。

前述上针体203和下针体204之间的距离预设值可根据需要而人为灵活设定，一般来说所设定的距离值要保证卷针2的长轴尺寸和短轴尺寸不能相差过大，也即上针体203和下针体204的径向外表面间距与左针体201和右针体202的径向外表面间距基本相当(卷针2的卷绕面大致呈圆柱形面，如图2)，从而避免传统扁菱形卷针所存在的问题(详见背景技术部分的介绍，如卷绕张力波动大)。具体在本实施例中，使所述左针体201、右针体202、上针体203和下针体204上的各圆弧形外表面20d处于同一圆周面上，以最大程度减小卷绕时的卷绕张力波动大。此时，卷针2处于图2所示的状态。

S3：通过驱动电机驱动卷针2转动而卷绕隔膜A。由于在上述步骤S2中极片的初始位置(也即上述步骤S2中所说的预设位置)进行了特别设定，从而保证在卷绕过程中极片上的极耳始终贴向极耳定位平面20a。因极耳贴向平面布置，从而可避免在卷绕过程中极耳折弯损伤。

考虑到卷针2的卷绕面并非为完全标准的圆周面(其上还包括平面结构部分，具有长短轴)，若以同一转速进行卷绕，存在张力波动问题。故而在该步骤S3中，可通过调节驱动电机的转速(变转速控制)来适应卷针2的长短轴变换，以进一步减少卷绕张力的波动。

S4：待卷绕结束电芯贴合尾部胶之后，通过左右针体位移驱动装置带动左针体201和右针体202相互远离(至预设位置)，以松开被夹紧的隔膜A。在左针体201和右针体相互远离的同时，通过上下针体位移驱动装置带动上针体203和下针体204相互靠近至预设位置，此时卷针2处于图3所示的状态，卷针2的卷绕面大致呈椭圆形，被卷绕的电芯也大致呈椭圆形，如此利于抽针，也即利于沿卷针2的轴向抽取下卷绕完成的电芯。

为了进一步方便电芯的抽取，使所述卷针2卷绕面在步骤S4中的周向长度小于卷针卷绕面在步骤S3中的周向长度。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。