本发明属于动力电池技术领域，具体涉及一种电池极片集流体与极柱一体化焊接工艺及装置。
背景技术：
动力电池具有大电流充放电特性，尤其是水系动力电池的正负极集流体与极柱的连接好坏直接影响大电流输入输出，因此，提高连接质量有助于提高动力电池快速充放电能力。
目前市场上用于制造动力电池的集流体与极柱连接的焊接都是人工或半自动化完成的，不能实现自动化生产。现有的正负极集流体与极柱的连接生产线，通常采用如下六种方法：螺母紧固、电阻焊接、氩弧焊接、超声波焊接、真空电子束焊接和激光焊接；螺母紧固存在较大的连接隐患，在动力电池领域基本不用；电阻焊接操作费时，而大型电池集流体极耳群与极柱的厚度较大，实施电阻焊接容易热度过高的缺陷；氩弧焊接工件热量大，需专门冷却装置，焊接部位骤冷骤热，存在局部裂纹，且焊接工件难以回收再利用；超声波焊接常用于锂离子电池，但动力电池集流体极耳群与极柱均为难熔材质，厚度较大，存在焊接头使用寿命较短的缺陷，不利于规模化生产；电子束真空焊接室需要真空，而动力电池体积较大，一次性容纳电池数量有限，反复开启真空装置，效率较低，最近几年兴起的激光焊接，却存在焊接效率较低、焊接精度要求苛刻，难以满足车用零部件高速生产要求。
此外，动力电池的正负极集流体与极柱的材料还存在不一致，属于异种金属连接(镍与铝、铜与镍、镍与铁)，在热输入变形、连接强度降低、重复精度差、工艺可靠性低方面，现有的焊接方式均存在，而最新诞生的电磁脉冲连接设备，还能满足不同金属材料之间的连接开发，有望解决这些难题。
然而，由于动力电池的正负极集流体存在多层，而电磁脉冲焊接一次只能焊接两层，在工艺上迟迟无法实现，一直制约动力电池企业引入电磁脉冲焊接工艺。如何解决多层正负极集流体与极柱一体化面焊接，一直处于动力电池企业工程师的探索中。
目前常规的焊接有两种，一种是氩弧焊接，另一种为激光焊接，前者热量大，隔膜容易缩孔，造成电池短路等；后者焊接接触面小，焊接处内阻大，影响动力电池大电流输入输出，且焊接厚度有限，超过一定厚度，无法焊接。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电池极片集流体与极柱一体化焊接工艺，解决了传统连接或传统焊接存在的连接隐患、焊接效率低、焊接温度过高的历史性技术难题；本发明还提供一种电池极片集流体与极柱一体化焊接装置。
本发明所述的电池极片集流体与极柱一体化焊接工艺，将极片集流体点焊焊住构成一个金属板，在极柱的两面分别用电磁脉冲焊接一个所述的金属板。
由于动力电池正负极集流体存在多层，本发明将极片集流体点焊焊住构成一个金属板，每个金属板包括5-30片极片集流体，金属板的整体厚度从0.1～5mm不等，而极柱本身厚度较厚，从2mm～35mm不等，目前电磁脉冲焊接一次只能焊接两层，而集流体又是多层组合的，本发明通过将极片集流体点焊焊住构成一个金属板，集流体为5～30层，每层厚度0.06～0.11mm，尽管整体厚度不大于3.3mm，但电磁脉冲焊接的原理是两块金属之间进行瞬间结合，同时电磁脉冲焊接核心装置的有效焊接次数尽管有500万次以上，事先将每层焊接，考虑到一节电池里面的集流体有4组，焊接次数就会超过24～120次，如果都采用电磁脉冲焊接，则焊接一节电池所需要的总时间(包括每一个机器手周转动作)会大大超过120s，且电磁脉冲焊接核心装置一套只能焊接10万个就需要维修，而大批量生产，一天就要生产1万节电池，生产效率低下的同时，维修周期频繁，单个焊接成本也会大幅度提高，综合性价比会不如常规焊接。但发明人预料不到的发现，多层集流体可以在极板自动叠片过程中，通过点焊机直接焊接成一个整体，且现有的点焊机完全能焊接厚度4mm以内的集流体，如此，多层的集流体就变成了一个完整的金属板，利用电磁脉冲焊接原理，多层的集流体与极柱两面能够完全焊接，只需要正面一次，翻面一次；这样电磁脉冲焊接核心装置一套焊接125万个以上才需要维修，维护周期长，单位焊接成本大大降低，综合性价比高于激光焊接和氩弧焊接。
本发明先将极片集流体点焊焊住构成一个金属板，再以极柱作为内层焊接件，极片集流体位于极柱两面，采用电磁脉冲焊接方式将极柱的两面分别与金属板进行焊接，实现集流体与极柱在常温下的完全焊合。
电磁脉冲焊接的原理是运用电磁感应圈，待系统充电完毕，打开放电开关，使几十千焦甚至上百千焦的电能在几十微秒的时间内通过工作线圈快速释放；其间在线圈与工件中形成高压脉冲磁场和工件的反向感应磁场，两磁场相互作用产生强大的洛伦兹力，迫使外层工件以很高的速度及动能猛烈撞击内层工件，当条件满足时即可实现焊接；与爆炸焊接的原理类似，但又可以控制范围，安全可靠，能精确控制输出能量，重复性好，易于机械化和自动化。现有焊接速度最快的当属激光焊接，但激光焊接需要非常高的精度定位，且焊接时间长，一小时焊接电池为30～60节，难以满足生产需要，且每台设备需要一个人工，人力费用较高；另一方面，激光焊接的接触横截面非常小，不利于大电流导电。而电磁脉冲焊接是采用面对面焊合，接触横截面积是激光焊接的接触横截面积20倍以上，极大地降低金属接触内阻。
作为一种优选的技术方案，本发明所述的电池极片集流体与极柱一体化焊接工艺，包括以下步骤：
(1)用点焊机将极片集流体点焊焊住构成一个金属板；
(2)前agv小车自动输送极柱和两个金属板，通过自动上料机器臂抓取极柱和金属板放在前焊接平台的前定位槽中，通过前电磁脉冲焊接装置对极柱和金属板进行精准焊接，然后通过自动机器臂翻面后放置于后焊接平台的后定位槽中，通过后电磁脉冲焊接装置对极柱的另一面和另一个金属板进行精准焊接；
(3)焊接完毕后，自动下料机器臂抓取焊接完毕的工件放置在后agv小车上，实现一个完整周期的焊接；
(4)重复步骤(1)-步骤(3)。
一种实现电池极片集流体与极柱一体化焊接工艺的装置，包括点焊机和两个焊接平台，两个焊接平台分别为前焊接平台和后焊接平台，前焊接平台顶部设有前定位槽，前定位槽上有前电磁脉冲焊接头，前电磁脉冲焊接头固定在前电磁脉冲焊接装置中，后焊接平台顶部设有后定位槽，后定位槽上有后电磁脉冲焊接头，后电磁脉冲焊接头固定在后电磁脉冲焊接装置中。
本发明采用两个焊接平台对极柱的两面分别进行焊接，前焊接平台和后焊接平台之间设有自动机器臂。焊接工件在自动机器臂操作下进行正面和背面的转换，如果在一个焊接平台上转换，转换过程中会浪费一半的时间，而如果取出来放在另一个焊接平台上，效率可以提高一倍，与此同时，移动过程中的时间又远大于电磁脉冲焊接电量储备准备时间，并且移动到第二个焊接平台，通过定位槽可以二次定位，对先前的定位有进一步校正作用，提高效率的同时提高焊接质量。
焊接平台上设有定位槽，定位槽可以进行水平面四个方向的定位。本发明所述的待焊接的工件事先采用定位槽定位，正负极集流体在自动叠片过程中已经点焊成一个类似金属板，集流体以金属板的方式与极柱事先固定住，有利于减少后续纠偏定位装置和后续自动机器臂数量，并减少抓取次数，效果非常实用，直接关系到后续自动化和能否焊接质量，工件通过自动机器臂放置在焊接平台上的定位槽中，定位槽只需要根据整体工件进行直接定位，并用压紧块压紧后就可以进行焊接，经过多次试验，待焊接件之间需要压紧，若是没有压紧，电磁脉冲焊接效果会打折扣。
前焊接平台一侧设有自动上料机器臂，自动上料机器臂旁边有前agv小车；后焊接平台一侧设有自动下料机器臂，自动下料机器臂旁边有后agv小车。本发明所述的agv小车为自动光电感应和重力感应集成的输送车，采用电池作为驱动电源。现在业内组装工序的物料供应以人工居多，由人工送到操作平台，再转机器人操作。而焊接工件单位体积较小，但质量较高，同时电磁脉冲焊接作业过程中，噪音比较大，电磁场辐射比较强，要求周边无人作业，因此，采用agv小车远距离输送比较安全，还能避免待焊接工件多次手工接触，避免二次污染和人为损伤，有利于全自动化操作。
前电磁脉冲焊接装置和后电磁脉冲焊接装置上分别设置前摄像机和后摄像机，前摄像机和后摄像机共同连接显示屏。该显示屏可以连接车间控制中心，方便人员远程监视。可以在线实时监视焊接过程中，相关数据及图片可以传输到控制台，有利于车间打造4g作业水平，并在更换不同型号焊接工件时，通过高速摄像头可以快速调整焊接参数。
为了使agv小车能实现无障碍供应待焊接工件和运走焊接好的工件，前agv小车和后agv小车至少分别设置两台，轮流输送。其中一个进行进行上料，另一个加料，上料完毕后，替换为另一个进行上料，交替使用，提高效率。具体操作可以为：前agv小车上料完毕后，返回加料，新的一台前agv小车进入上料工序；后agv小车加料完毕后进入下一道工序，空的后agv小车返回至原先的加料位置继续加料，重复上述过程。
前定位槽和后定位槽的侧面分别设有前压紧块和后压紧块。压紧有利于缩短集流体与极柱接触距离，同时避免焊接过程中的移位。通过定位槽将焊接工件压紧，每一种型号的电池对应极片的尺寸都不同，相应的集流体尺寸和极柱位置都不同，为了缩短定位时间，需要选择不同的集流体和极柱尺寸作为样本，在稳定生产时，两个侧面固定，另两个侧面是可以自动调整的，如此缩短定位时间。
本发明整体装置的电气控制系统集成在控制台，控制台上设有报警器和触摸屏。互相之间通过控制台进行信号接收和发出，实际生产中，容易出现的问题主要是焊接质量不符合要求，此外，设备也需要定期进行维护保养，因此，控制台通过不同等级的因素进行不同等级的报警。触摸屏为带有控制功能的操作界面。触摸屏设置在控制台顶部，为了能在安全距离之外操作机器臂、电磁焊接装置，触摸屏带有不同界面的控制功能，能显示作业数量。生产过程中，电磁脉冲焊接头部件可能会故障或不稳，导致焊接工件焊接质量变差或直接无法焊接，通过触摸屏可以指示电磁脉冲焊接装置，控制输出能量。
综上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明先将极片集流体点焊焊住构成一个金属板，再以极柱作为内层焊接件，极片集流体位于极柱两面，采用电磁脉冲焊接方式将极柱的两面分别与金属板进行焊接，实现集流体与极柱在常温下的完全焊合。
(2)本发明特别适用于动力电池正负极集流体与极柱的连接生产线，采用电磁脉冲焊接集流体与极柱，实现全自动的操作模式，特别适用于动力电池正负极集流体与极柱的连接生产线，解决了传统连接或传统焊接存在的连接隐患、焊接效率低、焊接温度过高的历史性技术难题。
(3)本发明通过待焊接的工件事先采用定位槽定位，正负极集流体先点焊成金属板，再与极柱固定住，有利于减少后续纠偏定位装置和后续自动机器臂数量，并减少抓取次数，效果非常实用，实现20～60节/min，能够满足汽车零部件工业生产的需求，相比激光焊接效率的30～60节/h，生产效率提高50～100倍。
(4)本发明避免了传统连接或传统焊接的弊端，极大地降低了电池的欧姆内阻，减少了电池在高倍率充放电时产生的热量，避免了高温对电池的损害，高功率电池实现100c放电3s以上。
(5)本发明设有控制系统，整个过程无人化操作，能够实现自动化生产。
(6)本发明首次采用电磁脉冲焊接用于集流体与极柱连接领域，对高功率电池设计带来崭新的工艺思路。
附图说明
图1是本发明实施例所述的装置的结构示意图；
图中：1-前agv小车，2-自动上料机器臂，3-前焊接平台，4-前定位槽，5-前压紧块，6-前电磁脉冲焊接头，7-前摄像机，8-前电磁脉冲焊接装置，9-自动机器臂，10-后agv小车，11-后焊接平台，12-后定位槽，13-后压紧块，14-后电磁脉冲焊接头，15-后摄像机，16-后电磁脉冲焊接装置，17-自动下料机器臂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例
一种电池极片集流体与极柱一体化焊接工艺，将极片集流体点焊焊住构成一个金属板，在极柱的两面分别用电磁脉冲焊接一个所述的金属板。每个金属板包括5-30片极片集流体。
包括以下步骤：
(1)用点焊机将极片集流体点焊焊住构成一个金属板；
(2)前agv小车1自动输送极柱和两个金属板，通过自动上料机器臂2抓取极柱和金属板放在前焊接平台3的前定位槽4中，通过前电磁脉冲焊接装置8对极柱和金属板进行精准焊接，然后通过自动机器臂9翻面后放置于后焊接平台11的后定位槽12中，通过后电磁脉冲焊接装置16对极柱的另一面和另一个金属板进行精准焊接；
(3)焊接完毕后，自动下料机器臂17抓取焊接完毕的工件放置在后agv小车10上，实现一个完整周期的焊接；
(4)重复步骤(1)-步骤(3)。
一种实现所述的电池极片集流体与极柱一体化焊接工艺的装置，如图1所示，包括点焊机和两个焊接平台，两个焊接平台分别为前焊接平台3和后焊接平台11，前焊接平台3顶部设有前定位槽4，前定位槽4上有前电磁脉冲焊接头6，前电磁脉冲焊接头6固定在前电磁脉冲焊接装置8中，后焊接平台11顶部设有后定位槽12，后定位槽12上有后电磁脉冲焊接头14，后电磁脉冲焊接头14固定在后电磁脉冲焊接装置16中。
前焊接平台3和后焊接平台11之间设有自动机器臂9。
前焊接平台3一侧设有自动上料机器臂2，自动上料机器臂2旁边有前agv小车1；后焊接平台11一侧设有自动下料机器臂17，自动下料机器臂17旁边有后agv小车10。
前电磁脉冲焊接装置8和后电磁脉冲焊接装置16上分别设置前摄像机7和后摄像机15，前摄像机7和后摄像机15共同连接显示屏。
前定位槽4和后定位槽12的侧面分别设有前压紧块5和后压紧块13。
采用现有的激光焊接与本发明的性能对比如表1。
表1