用于电池模组的螺纹构件紧固系统和螺纹构件紧固方法与流程

1.本发明涉及螺纹构件紧固系统和方法，更具体地涉及用于将电池模组紧固在电动汽车电池包中的螺纹构件紧固系统和方法。


背景技术：

2.目前，电动汽车迅速发展、产能快速增加，对电动汽车的装配生产线的要求越来越高。特别地，如图1所示，电动汽车的动力系统核心是电池包1，通常电池包1具有若干个(例如超过十个)电池模组2。每个电池模组2均具有若干个紧固点3，需要通过多个螺栓紧固至电池包1的箱体4。换言之，一个电池包1中电池模组2的紧固点3可能就多达几十个。
3.目前，电动汽车的装配生产线往往如图1所示的那样通过拧紧枪5逐个地拧紧每个紧固点3的螺栓。这种装配方式需要耗费较长的时间，效率较低。而且，逐个拧紧螺栓容易导致在装配过程中电池模组2的位置偏离预定位置。此外，通常电池模组2的底部与电池包1的箱体底板之间设置有导热垫，导热垫需要达到预定的压缩量以获得较好的导热效果。其中，导热垫的压缩量取决于电池模组2的底部与电池包1的箱体底板之间的间距。逐个拧紧螺栓容易使各个紧固点3处电池模组2的底部与电池包1的箱体底板之间的间距有差异，进而导致导热垫各处的压缩量不一致偏离预定值，影响导热效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于解决上述现有技术中存在的问题，提出了改进的用于电池模组的螺纹构件紧固系统和螺纹构件紧固方法。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种用于电池模组的螺纹构件紧固系统，所述螺纹构件紧固系统用于同时在电池模组的多个紧固点处利用多个螺纹紧固件对电池模组进行紧固，所述螺纹构件紧固系统包括：执行机构，所述执行机构包括多个拧紧装置，所述多个拧紧装置中的每个用于拧紧所述多个螺纹紧固件中的相应一个；控制单元，所述控制单元配置成用于控制所述多个拧紧装置同时拧紧所述多个螺纹紧固件；其中，所述执行机构构造成使得：所述多个拧紧装置的相对位置关系可变以使所述执行机构能够在至少两种配置之间切换；所述控制单元配置成用于控制所述执行机构在所述至少两种配置之间切换。
6.通过具有多个拧紧装置且配置可切换的执行机构，根据本发明的第一方面的螺纹构件紧固系统针对紧固点位置不同的各种电池模组均能实现在电池模组的多个紧固点处同时拧紧多个螺纹紧固件。
7.根据上述技术构思，本发明的第一方面可进一步包括任何一个或多个如下的可选形式。
8.在一些可选形式中，所述执行机构包括基座，所述多个拧紧装置设置在所述基座上并能够相对于所述基座运动以使所述执行机构在所述至少两种配置之间切换。
9.在一些可选形式中，所述螺纹构件紧固系统还包括与所述控制单元通信的探测单元，所述探测单元被配置为采集与所述多个紧固点的位置有关的信息；所述控制单元配置
为：基于所述探测单元采集到的信息，判断所述执行机构的所需配置与所述执行机构的当前配置是否相同，响应于所述判断结果为否，所述控制单元控制所述执行机构切换到所需配置。通过探测单元的设计，可以实现螺纹构件紧固系统自主进行执行机构配置切换。
10.在一些可选形式中，所述探测单元为摄像头。
11.在一些可选形式中，所述探测单元设置在所述执行机构上，以便采集与所述多个紧固点的位置有关的信息。
12.在一些可选形式中，所述螺纹构件紧固系统还包括与所述控制单元通信的输入单元，所述输入单元配置为响应于用户输入以产生切换信号；所述控制单元配置为：基于来自所述输入单元的切换信号，控制所述执行机构切换到所需配置。通过输入单元的设计，可以实现通过用户操作控制执行机构的配置切换。
13.在一些可选形式中，所述控制单元配置成用于控制所述多个拧紧装置以相同的速度、行程和/或力矩同时拧紧所述多个螺纹紧固件，以便多个螺纹紧固件同步拧紧达到相同拧紧程度。
14.在一些可选形式中，所述螺纹构件紧固系统还包括机械臂，所述执行机构设置在所述机械臂的末端。
15.根据本发明的第二方面，提供了一种用于电池模组的螺纹构件紧固方法，所述螺纹构件紧固方法通过根据本发明的第一方面所述的螺纹构件紧固系统执行，所述螺纹构件紧固方法包括：提供执行机构和控制单元；通过所述控制单元控制所述执行机构的多个拧紧装置在所述电池模组的多个紧固点处同时拧紧多个螺纹紧固件。
16.根据上述技术构思，本发明的第二方面可进一步包括任何一个或多个如下的可选形式。
17.在一些可选形式中，所述控制单元控制所述多个拧紧装置以相同的速度、行程和/或力矩同时拧紧所述多个螺纹紧固件。
18.在一些可选形式中，所述螺纹构件紧固方法还包括：通过所述控制单元控制所述执行机构切换到所需配置。
19.在一些可选形式中，所述螺纹构件紧固方法还包括：提供与所述控制单元通信的探测单元；通过所述探测单元采集与所述多个紧固点的位置有关的信息；通过所述控制单元基于所述探测单元采集到的信息来判断所述执行机构的所需配置与所述执行机构的当前配置是否相同，响应于所述判断结果为否，控制所述执行机构切换到所需配置。
20.在一些可选形式中，所述螺纹构件紧固方法还包括：提供与所述控制单元通信的输入单元；通过所述输入单元响应于用户输入以产生切换信号；通过所述控制单元基于来自所述输入单元的切换信号，控制所述执行机构切换到所需配置。
21.根据本发明的用于电池模组的螺纹构件紧固系统和螺纹构件紧固方法可以实现在电池模组的多个紧固点处同时拧紧多个螺纹紧固件，快速实现电池模组的紧固，提高装配效率，避免逐个拧紧螺栓导致电池模组的位置偏离预定位置，还可以更好地保证多个紧固点的螺纹紧固件的拧紧程度一致。而且，根据本发明的用于电池模组的螺纹构件紧固系统和螺纹构件紧固方法针对紧固点位置不同的电池模组(例如尺寸不同的电池模组)还可以进行配置切换以实现多个紧固点的同时对准和紧固，增加了电池模组生产线的灵活性，降低生产成本。
附图说明
22.本发明的其他特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，附图中相同的附图标记标识相同或相似的部件，其中：
23.图1是现有技术中电池模组紧固方式的示意图；
24.图2a示出了根据本发明的一示例性实施例的用于电池模组的螺纹构件紧固系统的结构示意图，其示出了该螺纹构件紧固系统的主要组成部分；
25.图2b示出了图2a中的螺纹构件紧固系统的一个示例的示意性立体图；
26.图3示出了根据本发明的一示例性实施例的用于电池模组的螺纹构件紧固方法的流程图；
27.图4a示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于电池模组的螺纹构件紧固系统的结构示意图，其示出了该螺纹构件紧固系统的主要组成部分；
28.图4b示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于电池模组的螺纹构件紧固方法的流程图；
29.图5示出了根据本发明的示例性实施例的用于电池模组的螺纹构件紧固系统能够适配的电池模组的紧固点处的示意性剖视图；以及
30.图6a和图6b分别示出了根据本发明的示例性实施例的用于电池模组的螺纹构件紧固系统能够适配的不同电池模组的示意性平面图。
具体实施方式
31.以下将结合附图对本发明作进一步说明以便于本领域技术人员充分理解本发明，但是应当理解的是，本发明并不限于下面公开的实施方式。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，对所讨论的模块、单元的功能和排列进行改变。各个实施方式可以根据需要，省略、替代或者添加各种模块、单元。另外，在一些实施方式中所描述的特征也可以在其它实施方式中进行组合。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置切换时，这些方向表述也相应切换。
32.图2a和图2b示意性地示出了根据本发明的一示例性实施例的用于电池模组的螺纹构件紧固系统100。图5至图6b示意性地示出了螺纹构件紧固系统100能够适配的电池模组10(电池模组10a、10b可以统称为电池模组10)以及电池模组10的紧固点12(紧固点12a、12b可以统称为紧固点12)处的结构。
33.参照图2a、图2b、图5至图6b，螺纹构件紧固系统100可以用于同时在电池模组10的多个紧固点12处利用多个螺纹紧固件14对电池模组10进行紧固，以将电池模组10固定在电池包20中。螺纹构件紧固系统100可以是半自动系统，用户可以与螺纹构件紧固系统100配合共同完成电池模组10的紧固，这将在下文详细描述。
34.螺纹构件紧固系统100可以包括执行机构110和控制单元120。执行机构110可以包括多个拧紧装置112，多个拧紧装置112中的每个用于拧紧多个螺纹紧固件14中的相应一个。控制单元120配置成用于控制多个拧紧装置112同时在电池模组10的多个紧固点12处拧
紧多个螺纹紧固件14。其中，执行机构110构造成使得：多个拧紧装置112的相对位置关系可变，以使执行机构110能够在至少两种配置之间切换，控制单元120配置成用于控制执行机构110在至少两种配置之间切换。
35.在图2b所示的实施例中，螺纹构件紧固系统100还包括桁架102和安装在桁架102上的机械臂104。执行机构110可以设置在机械臂104的末端。执行机构110可以包括基座114。在图示的实施例中，基座114可以大致呈板状，多个拧紧装置112可以大致垂直于基座114设置。基座114可以呈矩形板的形式。可以理解的是，基座114也可以呈任何其他规则或不规则的合适形式，例如呈椭圆形板的形式，呈块状体形式等。拧紧装置112可以与例如常用的螺栓拧紧工具具有类似的工作原理和构造，但是增设了用于将其安装到基座114的安装结构。
36.在图示的实施例中，执行机构110可以包括四个拧紧装置112，这四个拧紧装置112分布在一假想矩形的四个角上，可以用于例如紧固图6a和图6b中所示出的电池模组10a、10b。其中，电池模组10a、10b各自具有分布在其矩形外周的四个角处的四个紧固点12a、12b。相应地，电池模组10a、10b各自需要四个螺纹紧固件14用于紧固，执行机构110的四个拧紧装置112中的每个用于拧紧四个螺纹紧固件14中的相应一个。可以理解是，上述电池模组10a、10b仅是示例性的，并非对螺纹构件紧固系统100所应用的电池模组的构型进行限制。此外，执行机构110可以具有任何其他合适数量的拧紧装置112，拧紧装置112的数量可以根据待紧固的电池模组的紧固点的数量来设置。
37.结合参照图5，电池模组10的紧固点12可以呈凸台的形式，并且包括用于接纳螺纹紧固件14的接纳通道16(在图6a和图6b中示出为16a和16b)。螺纹紧固件14可以是螺栓、螺柱、螺丝等通过螺纹实现紧固的构件。电池包20在靠近壳体底板22处具有紧固凸片24。紧固凸片24可以焊接有螺母26。在图示的实施方式中，螺母26焊接在紧固凸片24的下侧。
38.返回参照图2a和图2b，控制单元120可以耦接至执行机构110。控制单元120可以控制执行机构110的多个拧紧装置112以相同的速度、行程和/或力矩同时拧紧电池模组10的各个紧固点12处的多个螺纹紧固件14，以便将多个螺纹紧固件14同步拧紧达到相同的拧紧程度。
39.参照图2b，在图示的实施例中，执行机构110的多个拧紧装置112可以沿板状基座114的延伸平面(图中的xy平面)运动，以使得多个拧紧装置112的相对位置关系(例如多个拧紧装置112的间距)发生改变(即使执行机构110在不同配置之间切换)，从而适配不同电池模组的多个紧固点的位置。可选地，拧紧装置112可以在基座114上设置成能够沿直线方向运动，以例如从位置p1沿直线运动到位置p2(如图中虚线所示)。可以理解，拧紧装置112也可以在基座114上设置成能够沿+x方向、-x方向、+y方向、-y方向运动，以实现各个拧紧装置112在xy平面内相对自由的位置变动。
40.由此，对于紧固点12位置不同(例如各个紧固点12之间间距不同)的电池模组10，执行机构110都可以通过在不同配置之间切换，使得执行机构110的各个拧紧装置112能够同时对准电池模组10的各个紧固点12，以便同时在各个紧固点12处进行紧固操作。在本文中，对于特定型号的电池模组10而言，执行机构110的下述配置被称为执行机构110的所需配置：该配置允许执行机构110的各个拧紧装置112能够同时分别对准电池模组10的各个紧固点12以同时在各个紧固点12处进行紧固操作。
41.参照图6a和图6b，如前所述，图6a的电池模组10a具有分布在其四个角部处的四个紧固点12a；类似地，图6b的电池模组10b具有分布在其四个角部处的四个紧固点12b。电池模组10a和电池模组10b具有不同的尺寸，因而电池模组10a、10b的角部处的紧固点12a、12b之间的相对位置关系不同，具体地，紧固点12a、12b之间的间距不同。相应地，对于电池模组10a和电池模组10b而言，执行机构110的所需配置也不同。可以通过使四个拧紧装置112相对运动，例如使四个拧紧装置112中的至少三个改变在xy平面内的位置，从而使执行机构110切换到所需配置。
42.返回参照图2a，螺纹构件紧固系统100还可以包括与控制单元120通信的输入单元130。输入单元130配置为响应于用户输入以产生输入信号。输入单元130可以例如为按钮、触控板、触摸屏、操作杆等供用户进行操作的单元。例如，在输入单元130为按钮的情况下，用户输入可以是按压动作；在输入单元130为触控板的情况下，用户输入可以是触摸操作。响应于不同的用户输入，输入单元130产生的输入信号可以为切换信号或执行信号。控制单元120可以响应于来自所述输入单元130的切换信号，控制执行机构110切换到所需配置。控制单元120还可以响应于来自所述输入单元130的执行信号，控制多个拧紧装置112同时拧紧多个螺纹紧固件14。
43.下面参照图2a和图3，对通过螺纹构件紧固系统100对电池模组10进行紧固的方法进行介绍。
44.首先，提供执行机构110、控制单元120和输入单元130。然后，通过输入单元130响应于用户输入以产生输入信号。其中，用户可以根据电池模组10的型号自行判断执行机构110的当前配置是否为执行机构110的所需配置。在判断结果为否时，用户可以通过输入单元130进行指示切换配置的输入，使得输入单元130可以产生切换信号，进而控制单元120可以响应于来自输入单元130的切换信号来控制执行机构110切换到所需配置。在执行机构110切换到所需配置后，用户可以进一步通过输入单元130进行指示执行拧紧的输入，使得输入单元130产生执行信号，进而控制单元120响应于来自输入单元130的执行信号来控制多个拧紧装置112同时拧紧多个螺纹紧固件14。在判断结果为是时，用户可以通过输入单元130直接进行指示执行拧紧的输入，使多个拧紧装置112同时拧紧多个螺纹紧固件14。其中，控制单元120可以控制多个拧紧装置112以相同的速度、行程和/或力矩同时拧紧多个螺纹紧固件14，以便同步地将多个螺纹紧固件14拧紧达到相同拧紧程度。此外，在执行机构110具有所需配置之后且在对电池模组10的多个紧固点12处的多个螺纹紧固件14进行拧紧之前，可以人工将多个拧紧装置112分别对准多个螺纹紧固件14。
45.下面参照图2b和图5，对借助于螺纹构件紧固系统100进行电池模组装配的过程进行介绍。
46.在安装电池模组10时，可以先将导热垫30铺设在电池包20的壳体底板22上(在需要导热垫的情况下)。接着，将电池模组10放置在导热垫30上，并使紧固点12的接纳通道16对准螺母26的螺纹孔。此时，电池模组10的紧固点12的底面和紧固凸片24的上表面之间存在一定的间隙。接着，可以将多个螺纹紧固件14分别穿过多个紧固点12的接纳通道16。然后通过上述螺纹构件紧固方法利用螺纹构件紧固系统100同时拧紧电池模组10的多个紧固点12处的螺纹紧固件14，以将电池模组10固定在电池包20内。
47.可以理解，通过控制螺纹紧固件14的拧紧程度，可以调节电池模组10的紧固点12
的底面和紧固凸片24的上表面之间的间隙，并进而调节电池模组10的底部与电池包20的壳体底板22之间间距，从而调节导热垫30的压缩量。通过如上所述在电池模组10的多个紧固点12处同时拧紧多个螺纹紧固件14，一方面可以避免逐个拧紧螺栓导致电池模组10的位置偏离预定位置；另一方面通过同步拧紧多个螺纹紧固件14，可以较好地保证多个紧固点12处的螺纹紧固件14的拧紧程度一致，进而保证导热垫30各处的压缩量一致，从而获得较好的导热效果。
48.图4a示出了根据本发明的另一实施例的用于电池模组10的螺纹构件紧固系统200，其中示出了螺纹构件紧固系统200的主要组成部分。螺纹构件紧固系统200与前述螺纹构件紧固系统100的主要区别在于，螺纹构件紧固系统200可以是全自动系统，并且包括探测单元240。下面将对螺纹构件紧固系统100和螺纹构件紧固系统200的主要区别进行描述，相同之处将不再赘述。
49.参照图4a至图5，螺纹构件紧固系统200可以用于同时在电池模组10的多个紧固点12处利用多个螺纹紧固件14对电池模组10进行紧固。螺纹构件紧固系统200主要包括执行机构210、控制单元220和探测单元240。
50.螺纹构件紧固系统200可以集成在例如可移动式工业机器人(未示出)上。工业机器人可以包括机械臂(未示出)和控制单元220。执行机构210可以设置在机械臂的末端。探测单元240可以设置在执行机构210上，也可以设置在工业机器人的其他部位。
51.执行机构210包括多个拧紧装置(未示出)，多个拧紧装置中的每个用于拧紧多个螺纹紧固件14中的相应一个。控制单元220配置成用于控制多个拧紧装置同时在电池模组10的多个紧固点12处拧紧多个螺纹紧固件14。其中，执行机构210构造成使得：多个拧紧装置的相对位置关系可变，以使执行机构210能够在至少两种配置之间切换，控制单元220配置成用于控制执行机构210在至少两种配置之间切换。
52.探测单元240可以与控制单元220通信。探测单元240可以被配置为采集与多个紧固点12的位置有关的信息。控制单元220可以基于探测单元240采集到的信息，判断执行机构210的所需配置与执行机构210的当前配置是否相同，响应于判断结果为否，控制单元220控制执行机构210切换到所需配置。可选地，探测单元240可以为摄像头、三维扫描仪等可以获取与电池模组10的紧固点12的位置有关的信息的设备。可以理解，对于图6a和图6b中所示出的电池模组10a、10b，由于紧固点12a、12b设置在电池模组10的外周，紧固点12a、12b的位置与电池模组10a、10b的尺寸紧密相关，可以通过探测单元240获取电池模组10a、10b的尺寸信息，进而获取与电池包的紧固点12a、12b的位置有关的信息。可以理解，也可以通过探测单元240直接获取电池模组10a、10b的紧固点12a、12b的位置信息，例如通过识别紧固点12a、12b直接获取电池模组10a、10b的紧固点12a、12b的位置信息。
53.下面参照图4a和图4b，对通过螺纹构件紧固系统200对电池模组10进行紧固的方法进行介绍。首先，提供集成了执行机构210、控制单元220和探测单元240的工业机器人；然后，工业机器人可以自行通过探测单元240采集与多个紧固点12的位置有关的信息，并且通过控制单元220基于探测单元240采集到的信息来判断执行机构210的所需配置与执行机构210的当前配置是否相同。响应于判断结果为否，工业机器人可以通过控制单元220控制执行机构210切换到所需配置。在执行机构210切换到所需配置后，工业机器人可以通过控制单元220来控制多个拧紧装置同时拧紧多个螺纹紧固件14。响应于判断结果为是，工业机器
人可以通过控制单元220来直接控制多个拧紧装置同时拧紧多个螺纹紧固件14。此外，在执行机构210具有所需配置之后且在对电池模组10的多个紧固点12处的多个螺纹紧固件14进行拧紧之前，可以通过工业机器人自动将多个拧紧装置112分别对准多个螺纹紧固件14。
54.应当理解的是，上文描述了根据本发明的螺纹构件紧固系统的各个可选部件的形状、尺寸和布置方式，然而其仅为示意而非限制，在不背离本发明的思想和范围的情况下，亦可采取其他形状、尺寸和布置方式。此外，上文在一般描述或示例中所描述的根据本发明的螺纹构件紧固方法的所有活动并非都是需要的，具体活动的一部分可能不是需要的，并且除了所描述的活动之外，还可以执行一个或多个另外的活动。更进一步地，列出活动的顺序不一定是其执行活动的顺序。
55.以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解的是，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。