一种锂离子电池化成夹具及含有该夹具的化成设备的制作方法

本发明属于锂离子电池设备技术领域，具体涉及一种锂离子电池化成夹具及含有该夹具的化成设备。

背景技术：

锂电池具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长和体积小的优点，已被广泛应用于军事和民用小型电器中。现有的主流化成设备夹具一般采用纸兜定位，天车从上料系统中一次抓取多个电池放入夹具的纸兜中进行热压化成等工序，这种设备一个最大的问题就是换型时间长，因为换型过程中需要更换大量的纸兜，因此比较适合大批量生产的型号，否则设备稼动率大打折扣，很难发挥其自动化的优势。

技术实现要素：

本发明的目的是在电池的化成过程中，在频繁更换电池型号的场合，为了提高效率，节省成本，本发明提供一种锂离子电池化成夹具及含有该夹具的化成设备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种锂离子电池化成夹具，包括电芯夹紧机构，所述电芯夹紧机构包括伺服电机、齿轮箱、丝杆、底板和若干个夹板，电芯设置在任意相邻的两块夹板之间，所述若干个夹板设置在齿轮箱与底板之间，底板和齿轮箱通过位于若干个夹板两侧的拉杆相连，所述伺服电机安装在齿轮箱上并驱动齿轮箱内的齿轮转动，所述齿轮带动丝杆驱动所述若干个夹板的开启与闭合，其特征在于：所述夹具还包括若干个气囊定位机构和若干根导向轴，所述若干根导向轴相互平行且位于所述夹板的上方，所述若干根导向轴均穿过若干个气囊定位机构且两端分别固定在所述齿轮箱和底板上，所述若干个气囊定位机构与所述若干个夹板一一对应。

进一步的，每个所述气囊定位机构均包括气囊压板、压簧和支撑板，所述气囊压板和压簧均贯穿安装在所述导向轴上并沿导向轴运动，所述支撑板固定在所述夹板的上方，所述气囊压板位于压簧与支撑板之间，所述压簧为气囊压板提供向支撑板方向的作用力，电池气囊被固定在气囊压板和支撑板之间。

进一步的，所述压簧固定在相邻两块气囊压板上并为所述相邻两块气囊压板提供相反的作用力。

进一步的，所述气囊压板和支撑板上若干个相对应的位置均设置有施力装置，所述施力装置驱动气囊压板和支撑板相对运动。

进一步的，所述施力装置为拉簧或磁铁。

进一步的，所述气囊压板上端在与支撑板相接触的位置设置有倒角。

进一步的，所述支撑板上在与电池气囊相接触的位置设置有避让孔。

一种含有上述的夹具的锂离子电池化成设备，包括底座架、上料系统、天车、天车滑轨、下料系统和若干个所述夹具，所述若干个夹具并列置于所述上料系统和下料系统之间，所述天车滑轨安装在底座架上，所述天车安装在天车滑轨上，所述天车从上料系统上抓取若干个电池沿天车滑轨运动至所述夹具，电池化成完成后，所述天车抓取所有电池沿天车滑轨运动至下料系统。

进一步的，所述锂离子电池化成设备还包括若干个压板开启机构，所述若干个压板开启机构安装在所述天车上或者电芯夹紧机构上，所述若干个压板开启机构均驱动所述气囊压板沿导向轴向远离支撑板的方向移动。

进一步的，所述每个所述压板开启机构包括气缸、气缸安装板、轴承安装板、若干个轴承，所述气缸安装在气缸安装板上，所述轴承安装板与所述气缸的气缸杆连接，所述若干个轴承均安装在所述轴承安装板上，所述若干个轴承一一对应设置在若干个所述气囊压板的上方并随所述气缸杆做上下往复运动，所述气缸安装板安装在所述天车上或电芯夹紧机构上。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

第一：压板夹住电池气囊封印完成定位，取消现有夹具上的纸兜，实现快速更换型号，特别适用于小批量生产、频繁更换型号的场合；

第二：由于化成时间长，一套化成设备配有多个夹具，压板开启机构直接设置在天车上，所有夹具可以共用，可简化夹具结构，降低设备开发成本与维护成本；

第三：压板取代火箭头完成电池导向与气囊支撑。

附图说明

图1：一种锂离子电池化成设备及其夹具总图；

图2：夹具结构简图；

图3：夹具结构示意图；

图4：气囊定位机构正面视图；

图5：气囊定位机构背面视图；

图6：天车结构图；

图7：电池结构图；

图8：气囊压板开启与闭合原理图，f压为轴承对气囊压板的压力，f弹为压簧对气囊压板的弹力；

图9：现有技术中电池定位示意图；

图10：本发明中电池定位示意图；

图中：1、电芯夹紧机构，2、气囊定位机构，3、导向轴，11、伺服电机，12、齿轮箱，13、丝杆，14、底板，15、夹板，16、隔热板，17、拉杆，18、压力传感器模组，21、气囊压板，22、压簧，23、支撑板，24、磁铁，25、倒角，26、避让孔，10、底座架，20、上料系统，30、天车，40、天车滑轨，50、下料系统，60、压板开启机构，70、电池，601、气缸，602、气缸安装板，603、轴承安装板，604、轴承，605、导向柱，701、电芯，702、电池气囊，703电池气囊封印，80火箭头，90纸兜。

具体实施方式

下面结合附图1-10对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一

本发明所述的电池70由电芯701和电池气囊702组成，电池气囊702远离电芯701的一侧为电池气囊封印703，热压化成过程中，两块夹板15给电芯701施加压力，化成过程中产生的废气会储存在电池气囊702中。电池70搬运过程中，最优的办法是夹住电池气囊封印703位置完成搬运。不同型号的电池70，电芯701尺寸会发生变化，而电池气囊702基本保持不变，为了保证化成效果，夹板15必须刚好压住电芯701，因此更换型号的过程中需大量时间更换相应的纸兜90，如图9所示，本发明采用夹紧电池气囊702的方式定位，如图10所示，可直接取消纸兜70，方便更换型号；

一种锂离子电池化成夹具，包括电芯夹紧机构1，所述电芯夹紧机构1为现有技术，具体参考珠海光宇电池有限公司申请的“全自动化成分选一体机(申请号：201821236752.8)”实用新型专利，所述电芯夹紧机构1为卧式层推结构，包括伺服电机11、齿轮箱12、丝杆13、底板14和若干个夹板15，电芯701设置在任意相邻的两块夹板15之间，所述若干个夹板15设置在齿轮箱12与底板14之间，底板14和齿轮箱12通过位于若干个夹板15两侧的拉杆17相连从而组成夹具框体，在第一块夹板15和最后一块夹板15的外侧均设置有隔热板16，以防止热量向其他零部件传递，所述每块夹板15均通过丝杆螺母与丝杆13相连，丝杆13的两端分别设置于底板14和齿轮箱12的侧壁上，一导向杆穿过每个夹板15且两端设置于底板14和齿轮箱12的侧壁上，用于对夹板15的移动进行导向，在底板14和与其相邻的夹板15之间设置有压力传感器模组18，所述伺服电机11安装在齿轮箱12上，齿轮箱12内设置有与伺服电机11的输出轴相啮合的传动齿轮，传动齿轮与丝杆13上的齿轮相啮合，从而伺服电机11通过丝杆13带动夹板15移动，以向位于夹板15之间的电池70施压，压力传感器模组18用于实时监控与调节夹板15之间的压力，当电池70压力达到预定值后，伺服电机11停止，电池70被紧紧的压在夹板15之间，开始进行电池70化成，化成过程中伺服电机11会根据压力反馈情况实施调整电池70的压力，确保电池70压力始终在工艺范围内。

所述夹具还包括若干个气囊定位机构2和若干根导向轴3，所述若干根导向轴3相互平行且位于所述夹板15的上方，所述若干根导向轴3均穿过若干个气囊定位机构2且两端分别固定在所述齿轮箱12和底板14上，所述若干个气囊定位机构2与所述若干个夹板15一一对应，所述气囊定位机构2的数量根据实际情况增加或减少。

进一步的，每个所述气囊定位机构2均包括气囊压板21、压簧22和支撑板23，所述气囊压板21和压簧22均贯穿安装在所述导向轴3上并沿导向轴3运动，所述支撑板23固定在所述夹板15的上方，在夹板15的打开与闭合的过程中，跟随所述夹板15一起运动，所述气囊压板21位于压簧22与支撑板23之间，所述压簧22为气囊压板21提供向支撑板23方向的作用力，电池气囊702被固定在气囊压板21和支撑板23之间。

进一步的，所述压簧22固定在相邻两块气囊压板21上并为所述相邻两块气囊压板21提供相反的作用力。

进一步的，所述气囊压板21和支撑板23上若干个相对应的位置均设置有施力装置，所述施力装置驱动气囊压板21和支撑板23相对运动以固定电池气囊702，所述施力装置为拉簧或磁铁24。

进一步的，所述气囊压板21上端在与支撑板23相接触的位置设置有倒角25。

进一步的，所述支撑板23上在与电池气囊702相接触的位置设置有避让孔26，防止电池气囊702与支撑板23接触影响电池气囊702膨胀。

进一步的，所述夹板15为铝板。

一种含有上述夹具的锂离子电池化成设备，用于对电池70进行热压化成处理，所述锂离子电池化成设备包括底座架10、上料系统20、天车30、天车滑轨40、下料系统50和若干个所述夹具，所述若干个夹具并列置于所述上料系统20和下料系统50之间，所述天车滑轨40安装在底座架10上，所述天车30安装在天车滑轨40上，所述天车30从上料系统20上抓取若干个电池70沿天车滑轨40运动至所述夹具，电池70化成完成后，所述天车30抓取所有电池70沿天车滑轨40运动至下料系统50。

进一步的，所述锂离子电池化成设备还包括若干个压板开启机构60，所述若干个压板开启机构60安装在所述天车30上或者电芯夹紧机构1上，所述若干个压板开启机构60均驱动所述气囊压板21沿导向轴3向远离支撑板23的方向移动。

进一步的，所述每个所述压板开启机构60包括气缸601、气缸安装板602、轴承安装板603、若干个轴承604，所述气缸601安装在气缸安装板602上，所述轴承安装板603与所述气缸601的气缸杆连接，所述若干个轴承604均安装在所述轴承安装板603上，所述若干个轴承604一一对应设置在若干个所述气囊压板21的上方并随所述气缸杆做上下往复运动，所述气缸安装板602安装在所述天车30上或电芯夹紧机构1上。

进一步的，所述轴承安装板603上固定有若干个导向柱605，所述气缸安装板602上设置有若干个与导向柱605相匹配的导向孔，所述导向柱605穿过相对应的所述导向孔，所述导向柱605为轴承安装板603的移动导向。

优选的，所述轴承604为深沟球轴承。

优选的，所述天车30上安装有两个压板开启机构60，所述每个气囊压板21对应两个轴承604，两个轴承604同时给气囊压板21施加推力，保证气囊压板21的运动更加顺畅。

优选的，所述压板开启机构60的气缸安装板602安装在天车30上，所述若干个轴承604与所述气囊压板21一一对应并设置在所述气囊压板21的上方倒角25处。

优选的，所述压板开启机构60的气缸安装板602的两端分别固定在所述齿轮箱12和底板14上，所述若干个轴承604与所述气囊压板21一一对应并设置在所述气囊压板21的上方倒角25处。

具体工作时

一个夹具单个循环包括如下三步；

第一步：天车30从上料系统20中一次抓取多个电池70移动到相应夹具上方，天车30上的压板开启机构60的轴承向下压，接触所述倒角25的过程中，支撑板23受到一个向外的作用力，导致其向外运动，将吸附在一起的支撑板23和气囊压板21打开，电池70从中间放入，当轴承604离开气囊压板21上的倒角25后，压簧22立即推动气囊压板21朝支撑板23的方向运动，最终将电池气囊702固定在气囊压板21和支撑板23之间；气囊压板21与支撑板23所夹持的是电池气囊封印703。气囊压板21与支撑板23均设置了磁铁24，电池气囊702的夹紧力由磁铁24提供，压簧22仅用于压板开启机构60离开时，气囊压板21自动闭合。

第二步：电芯夹紧机构1带着电池70慢慢的闭合，开始热压化成工序；

第三步：化成完成后，夹具慢慢开启，天车30再次回到夹具上方，此时的电池气囊702仍然被气囊压板21吸附在支撑板23上。天车30夹子从夹具中夹住电池气囊702，然后天车30上的压板开启机构60再向下运动，将夹具上所有的气囊压板21与支撑板23分离，天车30从夹具中取出所有电池70，压板开启机构60返回。最后天车30抓取所有的电池70移动到下料系统50，完成热压化成。

本发明中记载的热压化成夹具相对于现有技术中的热压化成夹具的优点有以下几种：

第一：现有夹具一般采用纸兜90对电池70进行定位，如图9所示，为了保证电芯701刚好被夹板15压住，更换型号的同时也需更换相应的纸兜90，需要花费大量的时间，本发明采用夹紧电池气囊702的方式定位，如图10所示，可直接取消纸兜90，方便更换型号；

第二：现有夹具一般都设置了火箭头80或者定位柱，如图9所示，主要有两个功能，一个是供电池70放入夹具前导向，另外一个是防止化成过程中电池气囊702膨胀塌陷；本发明可以取消火箭头80或者定位柱，直接用气囊压板21与支撑板23完成电池气囊702的定位与电池气囊702支撑；

第三：天车30上增加了一套压板开启机构60，如图6所示，用于开启与闭合夹具上所有的气囊压板21，方便天车30取放电池70；所述天车30可以在若干夹具顶部运动，所有夹具共用一套天车30，共用一套压板开启机构60，可以实现资源最优化，天车30其他结构与现有结构一样，本发明中没有详细描述。