一种电芯包膜固定装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种电池生产装置，更具体地说，它涉及一种电芯包膜固定装置及其使用方法。


背景技术：

2.电池中的电芯和顶盖之间通过顶盖上的塑胶支架和电芯外的麦拉pp膜连接(相似相融)，确保电芯与顶盖一体，保证电芯在极端条件下(短路、过充、振动、冲击、热失控等)包膜内部金属不与壳体接触导致短路起火，实现电芯安全性能。
3.目前，电芯的包膜与顶盖通过热电偶的方式热熔在一起，热电偶方式连接会带来拉丝、过熔、不熔等问题，因运用电阻丝发热焊接塑胶支架会产生拉丝、过熔、不熔等问题，可靠性下降，对产品品质及安全性影响较大。
4.中国专利公告号cn207925592u，名称为一种动力电池的电芯入壳及顶盖焊接的生产系统，该申请案公开了一种动力电池的电芯入壳及顶盖焊接的生产系统，包括：电芯入壳部，其包括用于电芯水平入壳时定位的第一定位部，第一定位部的一侧设置有电芯定位部，另一侧设置有与电芯定位部一体设置的第一壳体定位部；顶盖焊接部，其包括对动力电池x/y/z方向定位的柔性夹具；中转部，其包括：顶盖入壳部，顶盖入壳部包括顶盖夹持部及与顶盖夹持部一体设置的第二壳体定位部，中转机械手，其包括电芯入壳至顶盖入壳的第一中转机械手及顶盖入壳至顶盖焊接的第二中转机械手，第一中转机械手上设置有第一卡扣结构，第二中转机械手上设置有第二卡扣结构。该申请即采用了热电偶局部加热的连接方式，也产生了包膜与塑胶支架之间的拉丝、过熔、不熔等问题。
5.综上所述，本技术旨在实现一种更为可靠的连接包膜与塑胶支架的电芯包膜固定装置。


技术实现要素：

6.本发明克服了现在的电池电芯的包膜与电芯顶部的顶盖塑胶支架之间采用热电偶方式连接，导致产生拉丝、过熔、不熔等问题，产生可靠性和品质降低的不足，提供了一种电芯包膜固定装置，它通过替换连接方式，提高了电芯包膜的连接品质，提高了产品的可靠性。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种电芯包膜固定装置，包括用于定位电芯的定位架和设置在定位架外围的若干超声焊接结构，超声焊接结构沿着电芯的各个壁面的法相方向活动连接。
8.电芯外套装有pp膜，本技术通过超声焊接的形式将pp膜与电芯顶部的顶盖塑胶支架互融。具体的，通过一定位架将电芯和顶盖进行定位，限制其相对固定装置的相对位移。然后通过布置在定位架外围的若干超声焊接结构沿着电芯各个壁面的法相方向逐一或同时靠近至超声焊接结构的焊头与顶板的塑胶支架贴合，然后进行超声焊接，从而实现电芯与pp膜的良好封装。塑胶支架在超声焊接的作用下逐步与pp膜相融为一体。通过超声焊接
形式，可以提高封装效果，消除热电偶连接带来的拉丝、过熔、不熔等问题。其中，可以在电芯的一壁面上布置若干组平行设置的超声焊接焊头，从而提高封装效果。
9.作为优选，超声焊接结构包括气缸、连接在气缸伸缩端的伸缩块以及可调连接在伸缩块上的超声焊接焊头，伸缩块上设有与气缸伸缩端的活动方向垂直的定位槽，定位槽上可调连接有用于定位超声焊接焊头的固定块。
10.超声焊接焊头以可调连接的形式连接在气缸的伸缩块上。气缸固定连接在固定装置的机架上。气缸的伸缩端沿着电芯侧壁的法相方向伸缩。在机架上可以具有对应伸缩块的导向槽，提高伸缩块的位移精度。固定块可调连接在伸缩块上，具体的，固定块可以具有与定位槽对应的定位凸块，定位凸块与定位槽形状对应，固定块通过定位凸块在定位槽移动，配合等间距设置在伸缩块上的螺纹孔和紧固件，固定块可以调整在伸缩块上的相对位置。同理的，伸缩槽上可以安装若干个固定块。固定块用于定位超声焊接焊头。固定块可以包括两个半块，两个半块通过紧固件箍紧定位超声焊接焊头。
11.作为优选，电芯的横截面呈矩形，相对设置在电芯两侧的超声焊接结构镜像对称。
12.镜像对称的超声焊接结构可以在电芯的两侧形成对称的焊点，避免局部应力过大，不需要将电芯翻转后再次焊接来形成对称焊点，节约了工序。
13.作为优选，还包括有旋转盘，旋转盘上设有若干定位架，旋转盘同轴连接有驱动器。旋转盘实现了多工位的上下料，对旋转结构上的一定位架进行上料后，旋转盘在驱动器的驱动下转动，到达待焊接位置，此时工人可以对之前完成焊接的电芯进行上下料。作为一种半自动生产设备，多工位的上下料的旋转盘提高了生产效率，也让工人与超声焊接焊头保持距离，减少人身风险。
14.作为优选，超声焊接结构包括位于电芯顶部的顶部焊接结构、位于电芯左右方向的左右焊接结构和位于电芯下方向的底部焊接结构，左右焊接结构相对定位架升降运动。电芯的横截面呈矩形，对应的，电芯具有顶面、底面、左面和右面。对应的，超声焊接结构包括位于电芯顶部的顶部焊接结构、位于电芯左右方向的左右焊接结构和位于电芯下方向的底部焊接结构，这些结构对电芯的各个面进行焊接定位，实现了闭环式的定位，提高了封装效果。
15.作为优选，左右焊接结构安装在升降板上，升降板与固定装置的机架竖向滑动连接且弹性连接。左右焊接结构随升降板升降运动，在外力推动升降板时，可以改变左右焊接结构与电芯的相对位置，改变焊点位置，从而在不增加左右焊接结构的超声焊接焊头的情况下，增加相应的焊点，提高封装的可靠性。
16.作为优选，定位架弹性连接在固定装置的机架上。弹性连接可以为设置在定位架和机架之间的弹簧或其他弹性件。
17.一种电芯包膜固定装置的使用方法，包括如前文所述的一种电芯包括固定装置，步骤包括：(1)套装有绝缘膜的电芯定位在定位架上；(2)定位架移动至待焊接位置；(3)左右焊接结构运动至对应的超声焊接焊头接触顶盖的塑胶支架并进行超声焊接；(4)顶部焊接结构运动至对应的超声焊接焊头接触顶盖的塑胶支架并进行超声焊
接；(5)底部焊接结构的气缸的伸缩端伸出至超声焊接焊头紧贴合在顶盖的塑胶支架进行超声焊接；(6)各个超声焊接结构的伸缩端复位；(7)定位架移动至步骤(1)对应位置；其中，步骤(3)、步骤(4)与步骤(5)同时进行或任意排序进行，其余步骤顺序进行。
18.作为优选，在步骤(3)中左右焊接结构的焊接步骤如下：(a)左右焊接结构的气缸的伸缩端伸出至超声焊接焊头紧贴合在顶盖的塑胶支架并进行超声焊接；(b)左右焊接结构的伸缩端缩回至超声焊接焊头与顶盖的塑胶支架之间设有间隙；(c)顶部焊接结构的伸缩端伸出推动升降板克服弹性力下降；(d)左右焊接结构的伸缩端在下降预设距离后重复步骤(a)、(b)至顶部焊接结构对应的超声焊接焊头接触顶盖的塑胶支架。
19.该实施例可以左右焊接结构的超声焊接焊头数量有限的情况下在电芯的左右侧壁产生更多的焊点，进一步提高封装的可靠性。在左右焊接结构完成焊接后退开一定距离后，顶部焊接结构下移使得左右焊接结构对应的升降板下移，相对电芯下移，在重复步骤(a)、(b)若干次后，顶部焊接结构接触到电芯的顶部实现顶部的焊接。
20.作为优选，预设距离小于等于超声焊接焊头的焊接宽度。这样焊接会在电芯的侧壁产生一条平直的焊缝，提高封装的可靠性。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过超声焊替代热偶连接，消除了拉丝、过熔、不熔等问题；(2)超声焊接焊头在伸缩块上可调连接，柔性设置的方式可以适应不同规格的电芯。
附图说明
22.图1是本发明的电芯与顶盖的结构示意图图2是本发明的结构示意图；图3是本发明的超声焊接结构的爆炸图；图4是本发明的旋转盘及定位架的结构示意图；图5是本发明的定位架装载电芯和顶盖的示意图；图6是本发明中一实施例的左右焊接结构与机架的结构示意图；图7是本发明的流程图；图中：电芯1、顶盖2、塑胶支架3、定位架4、超声焊接结构5、气缸6、伸缩块7、超声焊接焊头8、定位槽9、固定块10、半块11、顶部焊接结构12、左右焊接结构13、底部焊接结构14、旋转盘15、工字型板16、连接板17、底板18、定位板19、开槽20、台阶21、升降板22、导轨23。
具体实施方式
23.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
24.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
26.在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
27.本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
28.实施例：一种电芯1包膜固定装置，如图2所示，包括用于定位电芯1的定位架4和设置在定位架4外围的若干超声焊接结构5，超声焊接结构5沿着电芯1的各个壁面的法相方向活动连接。
29.如图1所示，电芯1外套装有pp膜，本技术通过超声焊接的形式将pp膜与电芯1顶部的顶盖2塑料互融实现电芯1与顶盖2的连接。具体的，通过一定位架4将带有pp膜的电芯1进行定位，限制其相对固定装置的相对位移。然后通过布置在定位架4外围的若干超声焊接结构5沿着电芯1各个壁面的法相方向逐一或同时靠近至超声焊接结构5的焊头与顶盖2塑料支架垂直且贴合，然后进行超声焊接，从而实现电芯1与pp膜的良好封装。通过超声焊接形式，可以提高封装效果，消除热电偶连接带来的拉丝、过熔、不熔等问题。其中，可以在电芯1的一壁面上布置若干组平行设置的超声焊接焊头8，从而提高封装效果。
30.如图3所示，在一些实施例中，超声焊接结构5包括气缸6、连接在气缸6伸缩端的伸缩块7以及可调连接在伸缩块7上的超声焊接焊头8，伸缩块7上设有与气缸6伸缩端的活动方向垂直的定位槽9，定位槽9上可调连接有用于定位超声焊接焊头8的固定块10。超声焊接焊头8以可调连接的形式连接在气缸6的伸缩块7上。气缸6固定连接在固定装置的机架上。气缸6的伸缩端沿着电芯1侧壁的法相方向伸缩。在机架上可以具有对伸缩块7导向的导向槽。固定块10可调连接在伸缩块7上，具体的，固定块10具有与定位槽9对应的定位凸块，定位凸块与定位槽9形状对应，固定块10通过定位凸块在定位槽9移动，配合等间距设置在伸缩块7上的螺纹孔和紧固件，固定块10可以调整在伸缩块7上的相对位置。同理的，伸缩槽上安装若干个固定块10。固定块10用于定位超声焊接焊头8。固定块10在一些实施例中包括两个半块11，两个半块11通过紧固件箍紧定位超声焊接焊头8。
31.在一些实施例中，相对设置在电芯1两侧的超声焊接结构5镜像对称。镜像对称的超声焊接结构5可以在电芯1的两侧形成对称的焊点，避免局部应力过大，不需要将电芯1翻转后再次焊接来形成对称焊点，节约了工序。
32.电芯1的横截面呈矩形，对应的，电芯1具有顶面、底面、左面和右面。对应的，超声焊接结构5包括位于电芯1顶部的顶部焊接结构12、位于电芯1左右方向的左右焊接结构13和位于电芯1下方向的底部焊接结构14，左右焊接结构13相对定位架4升降运动。这些结构对电芯1的各个面进行焊接定位，实现了闭环式的定位，提高了封装效果。
33.如图4所示，在一些实施例中，还包括有旋转盘15，旋转盘15上设有若干定位架4，旋转盘15同轴连接有驱动器。旋转盘15实现了多工位的上下料，对旋转结构上的一定位架4进行上料后，旋转盘15在驱动器的驱动下转动，到达待焊接位置，此时工人可以对之前完成焊接的电芯1进行上下料。作为一种半自动生产设备，多工位的上下料的旋转盘15提高了生产效率，也让工人与超声焊接焊头8保持距离，减少人身风险。具体的，旋转盘15上的定位架4的数量为2个，相隔180度。
34.如图5所示，在一些实施例中，电芯1和外部的pp膜被套装在定位治具中，定位治具包括贴合在电芯1最大侧面上的工字型板16，和连接工字型板16端部的若干连接板17，其中，一连接板17连接在电芯1的底部位置，电芯1的底部贴合该连接板17，保持对齐，电芯1的顶部伸出定位治具，且旋转盘15对应伸出部分具有避让开孔和避让开槽20，用于接受电芯1包膜固定装置的封装和固定。定位架4包括l形的底板18和同样呈工字型且大小与定位治具中的工字型板16相同的定位板19，连接板17贴合在定位板19上，限制电芯1左右运动。定位板19受到底板18的定位。顶盖2抵接在底板18“l”字形的短边，底板18上具有用于贴合电芯1和定位顶盖2的开槽20和台阶21。该定位方式使得电芯1只能以竖向或从底向前推入的方式安装，由于采用了旋转结构，且电芯1的顶部向外，在离心力的作用下，电芯1受到良好的定位。在一些实施例中，l型底板18的长边采用分离式结构。
35.如图6所示，左右焊接结构13与定位架4相对升降设置。具体的，在一些实施例中，左右焊接结构13安装在升降板22上，升降板22与固定装置的机架竖向滑动连接且弹性连接。机架上具有竖向设置的导轨23，升降板22上有与之对应的滑槽，升降板22与机架之间具有弹性件。左右焊接结构13随升降板22升降运动，在外力推动升降板22时，压缩弹性件，可以改变左右焊接结构13与电芯1的相对位置，改变焊点位置，从而在不增加左右焊接结构13的超声焊接焊头8的情况下，增加相应的焊点，提高封装的可靠性。
36.在另一些实施例中，定位架4弹性连接在固定装置的机架上。弹性连接可以为设置在定位架4和机架之间的弹簧或其他弹性件。
37.如图7所示，一种电芯1包膜固定装置的使用方法，包括如前文所述的一种电芯1包括固定装置，步骤包括：(1)套装有绝缘膜的电芯1定位在定位架4上；(2)定位架4移动至待焊接位置；(3)左右焊接结构13运动至对应的超声焊接焊头8接触顶盖2的塑胶支架3并进行超声焊接；(4)顶部焊接结构12运动至对应的超声焊接焊头8接触顶盖2的塑胶支架3并进行超声焊接；(5)底部焊接结构14的气缸6的伸缩端伸出至超声焊接焊头8紧贴合在顶盖2的塑胶支架3进行超声焊接；(6)各个超声焊接结构5的伸缩端复位；
(7)定位架4移动至步骤(1)对应位置；其中，步骤(3)、步骤(4)与步骤(5)同时进行或任意排序进行，其余步骤顺序进行。
38.在步骤(3)中左右焊接结构13的焊接步骤如下：(a)左右焊接结构13的气缸6的伸缩端伸出至超声焊接焊头8紧贴合在顶盖2的塑胶支架3并进行超声焊接；(b)左右焊接结构13的伸缩端缩回至超声焊接焊头8与顶盖2的塑胶支架3之间设有间隙；(c)顶部焊接结构12的伸缩端伸出推动升降板22克服弹性力下降；(d)左右焊接结构13的伸缩端在下降预设距离后重复步骤(a)、(b)至顶部焊接结构12对应的超声焊接焊头8接触顶盖2的塑胶支架3。
39.该实施例可以左右焊接结构13的超声焊接焊头8数量有限的情况下在电芯1的左右侧壁产生更多的焊点，进一步提高封装的可靠性。在左右焊接结构13完成焊接后退开一定距离后，顶部焊接结构12下移使得左右焊接结构13对应的升降板22下移，相对电芯1下移，在重复步骤(a)、(b)若干次后，顶部焊接结构12接触到电芯1的顶部实现顶部的焊接。该方式可以通过结合控制器进行自动化控制。由于现有的超声焊焊接焊头的体积限制，即使将相邻超声焊接焊头8精密排列，两焊头产生的焊点之间的最小距离也等于两超声焊焊接焊头之间距离。通过采用该方式，可以产生更密集的焊点，适应小规格的电芯1，也可以增大电芯1上焊点的密度，从而提高连接强度。
40.其中，在一些实施例中，预设距离小于等于超声焊接焊头8的焊接宽度。这样焊接会在电芯1的侧壁产生一条平直的焊缝，提高封装的可靠性。
41.以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。