高真空智能隧道式烘烤线的制作方法

本发明涉及电池生产技术领域，更具体地说，特别涉及一种高真空智能隧道式烘烤线。

背景技术：

随着电动车的快速发展，对于高性能电池的需求量也越来越高，这样对于电池生产厂家而言，就提出了更高的生产制造要求。

在锂电池中，水分对锂电池的性能影响是多方面的，包括容量、内阻、内压、自放电、功率密度、循环寿命、充放电倍率、安全性、一致性等指标。水分过高会导致电池性能下降、膨胀、自燃、甚至爆炸等后果。尤其是对整个电池组一致性和安全性要求更高的动力电池来说，超标的水分更是不可接受的。

在电池生产过程中，真空干燥是提升电池性能和保障电池安全性的重要屏障，因此，锂电池生产企业会在生产线的多个控水点上采用真空干燥工艺，尽可能的降低电池中的水分含量。然而，由于采用单点真空干燥，各个节点之间并没有采取任何的过渡措施，这样就造成传统真空干燥方式存在一定的局限性：1、节点之间需要人工转运，其干燥时间过长；2、节点之间单独控制，其真空度较低，不能有效去除电池中的水氧及杂质；3、没有采取统一的技术管理，温度均匀性较差，影响电池的一致性；4、人工多次操作，产品在转移过程中多次暴露在大气环境中，易被二次污染，产品多批次一致性较差；5、需要干燥房，运行成本高。

技术实现要素：

(一)技术问题

综上所述，如何解决传统技术中存在的采用独立节点对电池组件进行烘干存在的烘干效果较差的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种高真空智能隧道式烘烤线，用于对电池组件进行自动化连续烘烤，该烘烤系统包括：

两条独立运行的前置输送线路，其中一条所述前置输送线路用于实现空载料盒的输送，另一条所述前置输送线路用于实现待烘烤电池组件的输送，于两条所述前置输送线路交汇的工位点设置有用于实现待烘烤电池组件装盘的上盘设备；

用于对满载料盒进行输送的满载物流线，所述满载物流线包括有依次连接的前端上料段、中部烘烤段以及尾端下料段，于所述前端上料段以及所述尾端下料段位置均配置有用于满载料盒上料以及下料的装卸机器人，所述前端上料段与所述上盘设备工艺连接；

用于实现电池组件真空烘烤的工作单元，所述工作单元设置有多个，全部的所述工作单元独立运行，所述工作单元具有工作腔，于所述工作单元上设置有用于封闭所述工作腔两端的自动封闭门，全部的所述工作单元依次连接，相邻的两个所述工作单元之间所述工作腔相互连通、并通过所述自动封闭门实现连通的开闭，所述工作单元设置于所述中部烘烤段上，所述中部烘烤段设置于所述工作腔内、用于实现满载料盒的步进输送，所述工作单元配置有用于对所述工作腔进行加热的温度调节系统以及用于对所述工作腔进行抽真空的真空系统，并通过对全部工作单元上的所述温度调节系统以及所述真空系统的协同控制将所述工作单元分为预热单元、加热单元、加热真空过渡单元、真空单元、真空冷却过渡单元、冷却单元。

优选地，所述上盘设备包括有上料缓存架以及往复输送平台，所述往复输送平台设置于两条所述前置输送线路之间、用于实现空载料盒以及满载料盒的往复输送，所述上料缓存架设置于所述往复输送平台的一侧。

优选地，本发明还包括有下料缓存架，所述下料缓存架设置于用于下料的所述装卸机器人的一侧，所述下料缓存架用于实现满载料盒的下料缓存。

优选地，按照工艺顺序、于所述预热单元的前端设置有入仓工作台、于所述冷却单元的后端设置有出仓工作台；所述入仓工作台为直线输送带，所述出仓工作台为直线输送带，所述入仓工作台以及所述出仓工作台的物料输送方向与所述中部烘烤段的物料输送方向垂直。

优选地，所述装卸机器人为六轴机器人。

优选地，所述温度调节系统包括有用于实现工作腔升温的热风循环装置、用于实现工作腔降温的冷风循环装置；所述热风循环装置包括有电加热器以及热风风机，所述冷风循环装置包括冷风风机。

优选地，所述真空系统为螺杆真空泵组。

优选地，本发明还包括有报警系统，所述报警系统包括有报警控制器以及与所述报警控制器信号连接的温度传感器、真空度传感器、报警装置，所述温度传感器以及所述真空度传感器均设置于所述工作腔内。

优选地，本发明还包括有回流输送线，所述回流输送线设置在所述满载物流线的末端，用于实现空载料盒的回流输送。

(三)有益效果

通过上述结构设计，在本发明提供的高真空智能隧道式烘烤线中，其设置了前置输送线路以及满载物流线，能够实现电池组件的机械化自动输送。在满载物流线上设置了多组工作单元，相邻的两个工作单元之间通过自动封闭门实现连通或者封闭。通过对工作单元的温度调节系统以及真空系统进行协同控制，本发明能够将工作单元分为预热单元、加热单元、加热真空过渡单元、真空单元、真空冷却过渡单元、冷却单元，通过设置过渡单元能够实现预热、加热与真空过渡以及冷却与真空过渡，这样可以极大程度地提高电池组件烘干效果。本发明为电池生产专业生产线，在该生产线中将升温、恒温、降温分成独立的功能段，每个功能段均一直保持一个状态，实现高真空度、高温度均匀度和低露点，极大地提高了锂电池的性能参数，同时大幅度降低能耗。采用机械化输送线，可实现上下工序的自动衔接，实现动态真空作业，从而实现自动化、智能化大规模生产。本发明的优点在于：1、实现自动化、智能化、规模化生产，工作效率得到提高，提升了产能优势；2、各工序专业流水线分工，作业环境标准恒定，全面提高电池性能和一致性，增强品质优势；3、上下道工序腔体无缝连接，实现冬天真空转移输送，无需干燥房，大幅度降低能耗，凸显成本优势。

附图说明

图1为本发明实施例中高真空智能隧道式烘烤线的正面结构示意图；

图2为本发明实施例中高真空智能隧道式烘烤线的俯视图；

图3为本发明实施例中高真空智能隧道式烘烤线的背面结构示意图；

在图1至图3中，部件名称与附图编号的对应关系为：

前置输送线路1、上盘设备2、满载物流线3、装卸机器人4、工作单元5、下料缓存架6、入仓工作台7、出仓工作台8、回流输送线9；

预热单元a、加热单元b、加热真空过渡单元c、真空单元d、真空冷却过渡单元e、冷却单元f。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1至图3，其中，图1为本发明实施例中高真空智能隧道式烘烤线的正面结构示意图；图2为本发明实施例中高真空智能隧道式烘烤线的俯视图；图3为本发明实施例中高真空智能隧道式烘烤线的背面结构示意图。

本发明提供了一种高真空智能隧道式烘烤线，其主要用于注液前电芯烘烤，同时，如更改工装，也可以用于烤极片卷料、原材料、电池老化等工艺。

在本发明中，该电池生产烘烤系统包括两条独立运行的前置输送线路1，其中一条前置输送线路为用于实现空载料盒的输送，另一条前置输送线路为用于实现待烘烤电池组件的输送。在实际生产场地，上述的两条前置输送线路1可以采用并行结构设计，也可以采用相对结构设计。空载料盒与前置输送线路1配合，将电池组件装入到空载料盒内，能够实现电池组件的机械化、自动化输送。

于两条前置输送线路1交汇的工位点设置有用于实现待烘烤电池组件装盘的上盘设备2，在本发明中，上盘设备2具体包括有上料缓存架以及往复输送平台，往复输送平台设置于两条前置输送线路1之间、用于实现空载料盒以及满载料盒的往复输送，上料缓存架设置于往复输送平台的一侧。往复输送平台通过顶升横移装置与用于输送空载料盒的前置输送线路1对接，这样可以将空载料盒输送到上料缓存架上，然后再通过人工操作将电池组件装入到空载料盒内，装满电池组件的满载料盒再通过往复输送平台输出到用于对满载料盒进行输送的满载物流线3。

在本发明中，满载物流线3包括有依次连接的前端上料段、中部烘烤段以及尾端下料段，于前端上料段以及尾端下料段位置均配置有用于满载料盒上料以及下料的装卸机器人4，装卸机器人4采用六轴机器人，其能够实现满载料盒在满载物流线3上的装、卸。

前端上料段与上盘设备2工艺连接，其连接结构具体为：由往复输送平台实现输送线路的对接。

上述结构设计实现了电池组件以及料盒的输送，将电池组件装入到料盒内需要进行烘干。本发明还提供了用于实现电池组件真空烘烤的工作单元5，工作单元5设置有多个，全部的工作单元独立运行。在本发明中，工作单元5与现有技术中对于电池组件进行烘干的烘干节点设备结构以及工作原料相似，在此不对其具体工作模式进行赘述。

在本发明中，工作单元5具有工作腔，于工作单元5上设置有用于封闭工作腔两端的自动封闭门，全部的工作单元依次连接，相邻的两个工作单元之间工作腔相互连通、并通过自动封闭门实现连通的开闭。

本发明的最大特点是将加热、除水、降温三个工步完全分开，因此工作腔被分隔成多个具有不同功能的腔体。传送物料时用自动门开合，实现了节拍式流水化作业。其优点是干燥工艺时间变短，自动化程度高，节省设备自身温度升降造成的电能损失。

在上述结构设计中，关闭自动封闭门可以实现工作单元5独立工作，当打开自动封闭门就能够实现相邻两个工作单元的连通。工作单元5设置于中部烘烤段上，中部烘烤段设置于工作腔内、用于实现满载料盒的步进输送。

工作单元5配置有用于对工作腔进行加热的温度调节系统以及用于对工作腔进行抽真空的真空系统，并通过对全部工作单元上的温度调节系统以及真空系统的协同控制将工作单元5分为预热单元a、加热单元b、加热真空过渡单元c、真空单元d、真空冷却过渡单元e、冷却单元f。

基于上述结构设计，在本发明中，满载料盒装载电池组件在满载物流线3上采用步进方式实现输送，满满载料盒进入到预热单元a中进行预热，然后进入到加热单元b进行加热，采用预热方式能够提高加热烘干效果。满载料盒在加热单元b加热后，进入到加热真空过渡单元c，加热真空过渡单元c能够提供加热、抽真空作业的过渡，从而实现加热单元b与真空单元d之间的过渡连接，避免电池组件处理环境骤变而出现的内应力过大或者其他问题。采用过渡单元实现工作状态的渐变，能够有效提高烘干质量。在真空单元d之后还设置了真空冷却过渡单元e，通过真空冷却过渡单元e实现真空单元d与冷却单元f之间的过渡连接。

通过上述结构设计，在本发明提供的高真空智能隧道式烘烤线中，其设置了前置输送线路1以及满载物流线3，能够实现电池组件的机械化自动输送。在满载物流线3上设置了多组工作单元5，相邻的两个工作单元5之间通过自动封闭门实现连通或者封闭。通过对工作单元5的温度调节系统以及真空系统进行协同控制，本发明能够将工作单元5分为预热单元a、加热单元b、加热真空过渡单元c、真空单元d、真空冷却过渡单元e、冷却单元f，通过设置过渡单元能够实现预热、加热与真空过渡以及冷却与真空过渡，这样可以极大程度地提高电池组件烘干效果。

本发明为电池生产专业生产线，在该生产线中将升温、恒温、降温分成独立的功能段，每个功能段均一直保持一个状态，实现高真空度、高温度均匀度和低露点，极大地提高了锂电池的性能参数，同时大幅度降低能耗。采用机械化输送线，可实现上下工序的自动衔接，实现动态真空作业，从而实现自动化、智能化大规模生产。本发明的优点在于：1、实现自动化、智能化、规模化生产，工作效率得到提高，提升了产能优势；2、各工序专业流水线分工，作业环境标准恒定，全面提高电池性能和一致性，增强品质优势；3、上下道工序腔体无缝连接，实现冬天真空转移输送，无需干燥房，大幅度降低能耗，凸显成本优势。

在本发明中，还提供了用于烘干后的满载料盒输出的后置输送线，后置输送线与满载物流线3对接的节点上设置一台卸料机器人。本发明还包括有下料缓存架6，下料缓存架6设置于用于下料的装卸机器人4的一侧，下料缓存架6用于实现满载料盒的下料缓存。

具体地，为了能够顺利地将满载料盒从满载物流线3上装入或者卸载，本发明按照工艺顺序、于预热单元a的前端设置有入仓工作台7、于冷却单元f的后端设置有出仓工作台8；入仓工作台7为直线输送带，出仓工作台8为直线输送带，入仓工作台7以及出仓工作台8的物料输送方向与中部烘烤段的物料输送方向垂直。

具体地，温度调节系统包括有用于实现工作腔升温的热风循环装置、用于实现工作腔降温的冷风循环装置；热风循环装置包括有电加热器以及热风风机，冷风循环装置包括冷风风机。采用风机送风实现加热或者干燥，热风或者冷却风能够进一步提高电池组件的烘干效果。

具体地，真空系统为螺杆真空泵组。在本发明中，真空系统独立设置到工作单元5上，其便于工作单元5的单独控制。

本发明还提供了报警系统，报警系统包括有报警控制器以及与报警控制器信号连接的温度传感器、真空度传感器、报警装置，温度传感器以及真空度传感器均设置于工作腔内。由温度传感器以及真空度传感器对工作腔内的温度以及适度进行实时监测，并且，每一个工作单元5上都设置有一个独立的报警控制器，每一个报警控制器都设定有一组针对该工作单元5定制的控制阈值，当该工作腔内部温度以及真空度超过或者低于控制阈值时，报警控制器控制报警装置发出警报。

基于上述硬件系统，本发明在生产中的主要性能技术参数如下：真空度可保持在5-10Pa、满载真空度保持在20-50Pa；温度均匀性变化在±2.5℃之间；出料物料水分：≤200ppm；产能：≥20台单体工作单元。

本发明为高真空智能隧道式烘烤线，其由压变升温、高真空除水、冷却降温三个步骤组成，整条线隔离成多个不同的工作腔，使用自动密封门开闭，实现了多工位流水化作业，减少单工序的工作时间，无设备自身造成的能量损失，减少了物料等待进舱的时间；大规模生产智能化，产能优势明显，产品高度保持一致性，品质优势明显，不需干燥房，能耗大幅度降低，成本优势明显。

本发明的核心技术方案为：高真空智能隧道式干烘烤线设备是一套多工序连续式自动化系统，各工序腔体无缝连接，在转换过程中与大气完全隔绝，效率高，能耗低，适用于新能源动力电池及其原材料，以及新材料、食品、电子等领域的高端干燥的工序。高真空智能隧道式干烘烤线设备主要是由真空预热、真空过渡、真空干燥以及冷却四个阶段组成，相比传统烘烤设备，隧道式真空干燥设备实现恒定的高真空度、低露点、高温度均匀度的干燥环境，极大的提高了产品的技术性能指标，保障了单一批次和多批次的产品一致性，大幅降低了设备能源消耗。

随着社会的发展和进步，工业化的进程越来越迅速，生产线是现代工业社会解决生产的一种最佳方式，可以有效降低人工成本的投入，增加生产速度。本发明适用于新能源动力电池及其原材料生产，以及新材料、食品、电子等领域的高端干燥的工序。

本发明的电控特点与基本配置如下：

A.温控探头：控温探头与PLC是相互通讯的，每个探头既可控温，也可在异常时进行反馈并报警提示。

B.主驱动伺服电机：采用并联设计，第一电机坏时，备用电机立即快速切换。

C.烤箱温控探头数量为16个/节，四面每面各4个。设备具备数据存储、查询、导出功能。烤箱对腔体内真空度进行实时监控，并可记录相应监控数据输出记录真空压力曲线；同时烤箱对腔体内各点温度进行监控记录，并可记录并输出温度记录曲线。

D.可以扫描每节电池表面二维码，并记录电池的入烤时间信息及出烤时间信息，并上传至MES系统，且可与温度及真空度记录进行关联。

E.烤箱主控制界面可实时显示各段腔体的运行情况，如各点温度数据、真空度数据等，以及烤箱内的装载情况，运行情况。

F.烤箱报警提示将报警提示器接出至烘烤区域外，并在烤箱每段电控柜上安装指示灯及蜂鸣器，同时烤箱报警详细信息会在触摸屏上进行同步显示；对于温度及真空度的异常报警的提示可进行记录存储，便于追溯。

G.烤箱设备设有三级密码，且密码权限分级控制，不同级别密码权限可修改内容范围不同。

H.烘烤数据要求记录相应烤箱烘烤的电池编号及烘烤时间、对应的烤箱真空度等数据，数据记录格式按需方要求。

I.灯声屏三控。三色灯+报警+分前后主屏和分段屏。

K.可选择自动或手动操作模式，可以分别设定干燥时间、干燥温度、真空度、保压时间等参数，以及工艺工步设置，可手动或自动运行。

在本发明中，基于上述结构设计，本发明还设置了一条回流输送线9，回流输送线9设置在满载物流线3的生产线末端位置，用于实现空载料盒的回流输送。回流输送线9设置在工作单元5的外部，并且其与满载物流线3平行设置。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。