电芯除水自动生产线的制作方法

1.本技术涉及锂电池制造设备技术领域，尤其是涉及一种电芯除水自动生产线。


背景技术：

2.为了保证锂电池具有高质量，在锂电池的生产过程中，需要采用烘烤箱对电池壳体、极片、极卷和电芯等进行干燥处理。传统的电池烘烤箱主要包括炉体框架，一个大的共用炉腔或者多个相互独立的炉腔单元，先把电芯等需要干燥的产品放置在托盘内，然后把托盘放入共用炉腔或炉腔单元内，进行加热烘烤，烘烤预定时间完成，再取出托盘，进行冷却，即可进行后序的加工。由于每次干燥时间都很长，操作人员的劳动强度也不高，很长一段时间内，人们没有动力去提高现有干燥设备的自动化程度。但是随着锂电池应用越来越广泛，装机容量越来越大，锂电池的整个生产线的自动化程度都在提升，所以有必要提高干燥生产线的自动化程度。


技术实现要素：

3.为了解决现有电芯干燥线自动化程度低的技术问题，本实用新型提供了一种电芯除水自动生产线。
4.本技术提供的电芯除水自动生产线采用如下的技术方案：
5.一种电芯除水自动生产线，其包括上料工位、多台烘烤箱、多个加热夹具、有轨搬运机器人、下料工位、电芯冷却装置和总电控单元；所述总电控单元控制所述上料工位、多台烘烤箱、多个加热夹具、有轨搬运机器人、下料工位和电芯冷却装置的工作；
6.所述上料工位包括机械手、上料工作台，所述机械手抓取经过扫码后的电芯，并将所述电芯放置到所述多个加热夹具内；所述装有电芯的加热夹具被所述有轨搬运机器人搬运至所述多台烘烤箱内进行烘烤；
7.所述有轨搬运机器人将烘烤结束后的所述烘烤箱内的加热夹具搬运至电芯冷却装置中冷却；
8.所述有轨搬运机器人将冷却结束后的所述电芯冷却装置内的加热夹具搬运至所述下料工位；
9.所述下料工位包括机械手、下料工作台，所述机械手抓取所述多个下料工作台上的经过冷却后的电芯，并将所述电芯放置到下一工位。
10.作为本技术的进一步改进，还包括抽真空装置和真空管道，所述抽真空装置通过所述真空管道对每一台烘烤箱进行抽真空。
11.作为本技术的进一步改进，所述上料工位还包括用于存放所述加热夹具的缓存架；所述下料工位还包括用于存放所述加热夹具的缓存架。
12.作为本技术的进一步改进，所述烘烤箱排列在所述有轨搬运机器人的轨道的单侧或两侧。
13.作为本技术的进一步改进，所述烘烤箱包括箱体框架、多个固定设置在所述箱体
框架内的烘烤单元、多个密封所述烘烤单元的自动密封门。
14.作为本技术的进一步改进，所述烘烤单元包括固定在所述箱体框架的支撑板，与外接电源电连接且设置在所述支撑板上的发热板、多个设在所述发热板的上面的导热板，及用于限位所述电芯夹具的限位组件。
15.作为本技术的进一步改进，所述电芯冷却装置包括一箱体，所述箱体内设置多层冷却电芯的冷却单元。
16.作为本技术的进一步改进，所述冷却单元包括进水管、出水管、冷却板及电芯放置板，所述冷却板内设有多条与所述进水管和出水管连通的通道，所述电芯放置板设置在所述冷却板上，所述电芯夹具上的多个电芯的热量从所述电芯放置板传递给所述冷却板，所述通道内的水将所述冷却板上的热量带走，并从所述出水管排出。
17.作为本技术的进一步改进，所述电芯冷却装置还包括一用于冷凝从所述出水管排出的水的冷凝单元，经过所述冷凝单元的水输送给所述进水管。
18.作为本技术的进一步改进，所述电芯冷却装置还包括一水泵，所述水泵将冷凝后的水输送给所述进水管；所述电芯冷却装置还包括一控制单元，所述控制单元控制所述水泵和冷凝单元。
19.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：本技术的电芯除水自动生产线的上料工位组盘和下料工位拆盘都采用机械手(六轴机器人的机械手)，整线自动生产，减少人工干预。工艺优化，采用整盘加热夹具使得电池统一冷却，冷却后再拆盘送至下一工位(一次注液)，相比拆盘后再冷却的方式，优化了冷却系统，节省了电池的重复抓取，从而减少设备故障率，节约投入成本和运营成本。
附图说明
20.图1是本技术的电芯除水自动生产线的布局图；
21.图2是本技术的烘烤箱的一部分示意图；
22.图3是本技术的烘烤箱的另一部分示意图；
23.图4是本技术的烘烤箱的四个烘烤单元的立体图；
24.图5是本技术的烘烤箱的四个烘烤单元的另一立体图；
25.图6是本技术的一个烘烤单元的部分立体图；
26.图7是图6的侧面视图；
27.图8是本技术的加热夹具的立体图；
28.图9是本技术的电芯冷却装置的立体图；
29.图10是本技术的加热夹具与冷却单元的配合示意图。
具体实施方式
30.以下结合附图1-10对本技术作进一步详细说明。
31.本技术实施例公开了一种电芯除水自动生产线，参照图1，该电芯除水自动生产线包括上料工位71、多台真空电芯烘烤箱100(简称烘烤箱100)、多个电芯夹具30(或称为加热夹具30)、多个抽真空装置72、有轨搬运机器人74、电芯冷却装置100a、下料工位75、和总电控单元77。
32.其中，该烘烤箱100排列在有轨搬运机器人74的轨道的单侧或两侧，该有轨搬运机器人74用于将上料工位71的加热夹具30搬运到该烘烤箱100的烘烤单元内，将该烘烤箱100内的加热夹具30搬运到该电芯冷却装置100a内、以及将该电芯冷却装置100a内的加热夹具30搬运到下料工位75。
33.该多个加热夹具30一般上下层叠地放置在上料工位71上，当然也可以设置专用的缓存架78用来存放该加热夹具30，放置多个空的加热夹具30。由于电芯35干燥时间一般都比较长，单台烘烤箱100的产能有限，因此电芯除水自动生产线需要设置多台烘烤箱100，整齐排列在有轨搬运机器人74的一侧或两侧，该有轨搬运机器人74有序地、不停地搬运加热夹具30，实现全程自动化运行，无需人工参与，自动化程度高。
34.在本实施例中，参照图1，该电芯除水自动生产线的上料工位71还包括上料机械手712，该上料机械手712用于将外部的加热夹具30搬运到多个上料工作台上(上料工作台上放置有空的加热夹具)，该上料机械手712用于自动上料，具体是抓取上一工序传送来的电芯100，依次放入加热夹具30中，真到放满为止，有轨搬运机器人74再把满盘的加热夹具30送入空闲的烘烤箱100进行烘烤作业。刚刚干燥完成的加热夹具30和电芯35温度都比较高，一般需要放入该电芯冷却装置100a冷却后再开始下一步的工序，该电芯冷却装置100a能使加热夹具30和电芯35快速降温。
35.在本实施例中，参照图1，该电芯除水自动生产线的下上料工位75还包括下料机械手752，该下料机械手752用于将冷却后的加热夹具30搬运到多个下料工作台或缓存架78上，然后在搬运至下一步的工序。
36.在本实施例中，参照图1，该抽真空装置72通过真空管道对该烘烤箱100抽真空。
37.参照图2至图3，本技术实施例的真空电芯烘烤箱100包括箱体框架1、多个固定设置在该箱体框架1内的烘烤单元2、多个自动密封门3(本实施例中为三个)、和设置在该真空电芯烘烤箱100的真空管道(真空管道与该生产线上的抽真空装置连接)，该烘烤单元2阵列地固定在该箱体框架1内，该生产线上的抽真空装置通过真空管道与烘烤单元2连通，用于对烘烤单元2抽真空，该自动密封门3用于密封四个烘烤单元2的出入口，该四个烘烤单元2上下两层设置，每层并排地设置两个。
38.继续参考图4至图7，该烘烤单元2包括固定在该箱体框架1上且内外设置的支撑板21，与外接电源电连接且设置在该支撑板21上的发热板22、多个设在该发热板的上面的导热板23，及用于限位一装载有电芯35的电芯夹具30(见图8)的限位组件24。该电芯夹具30装载有多个待烘烤的电芯，较佳地，装满电芯35。该限位组件24分布在四个角落且设置在该支撑板21上，该限位组件24为一对呈l形的垂直设置的凸块，每个凸块定位在该支撑板21上，并且每个支撑板21两端设有限位组件24。该电芯夹具30放置在该凸块上并被该凸块限位。该支撑板21上设有两个检测该电芯夹具30是否被放置在正确位置上的检测感应器25，该两个检测感应器25呈对角设置。该检测感应器25是微动开关。每一条导热系数高的导热板23上方都对应设置一排电芯，每一条导热板23将均匀的热量传导给每一排电芯。该发热板22和该导热板23之间设有导热系数高的柔性导热层。该导热板23和该电芯底部的接触面之间也设有导热系数高的柔性导热层。
39.本技术把现有技术中的大烘烤箱设置成多个烘烤单元2，每四个烘烤单元2配有一个自动密封门3，这四个烘烤单元2可以一起或者单独烘烤干燥，未使用到的烘烤单元2不会
进行烘烤干燥，减少了能源的浪费，更节能。另外，每个烘烤单元2的容积都不大，内部温度会更容易均匀；每个烘烤单元2的外框架29尺寸也不大，采用同样的型材制作，强度会更好，配合周围内密封板，抽真空后每个烘烤单元2更不易变形。
40.在该烘烤单元2的正面设置了环形的密封条(未标号)，配合自动密封门3，可以保证烘烤单元2的气密性；抽真空装置根据需要可以将烘烤单元2内抽成真空，在真空环境下，水的蒸汽压变高，更容易气化，所以干燥效率提高，烘烤周期变短，耗能减少。
41.在本实施例中，参照图4和图5，该四个烘烤单元2的外框架29包括多个方形骨架，多个方形骨架相互平行阵列布置。类似鱼骨架，方形骨架的密度越大，该烘烤单元2的强度越好，材料成本也越高。可以根据外框架29的实际大小、材料和真空度要求，来合理设置方形骨架的密度。
42.在本实施例中，参照图6，该真空电芯烘烤箱还包括电控单元(未示出)，该烘烤单元2内设有多个导电元件27，该导电元件27一端该加热板电连接，另一端与该电控单元电连接。该烘烤箱的发热板和导热板等部件内置于该烘烤箱的腔体中，腔体中的发热板可以单层或多层布置，根据实际需求而定。该发热板内置于腔体中，固定取电，相比发热板与腔体分离，省略了探针组件，杜绝了真空状态下放电的风险。发热板在该烘烤箱的腔体中，探头的稳定性更好，发热板不完全敞开在外界环境中，使得烘烤工艺更加节能。
43.该真空电芯烘烤箱的使用过程为：当真空电芯烘烤箱内有空余的烘烤单元2时，打开该层烘烤单元2的自动密封门3，使用机械手把该电芯夹具30放入烘烤单元2内，该支撑板21和限位组件24托住并定位该电芯夹具30，然后，关上该烘烤单元2的自动密封门3，此时该真空电芯烘烤箱的电控单元可以通过导电元件27向该发热板22提供电源，该发热板22散发出热量通过该导热板23给电芯从而烘烤该电芯夹具上的电芯，在电控单元的控制下，自动完成干燥作业；干燥作业完成后，再次打开该烘烤单元2的自动密封门3，使用机械手取出该电芯夹具30并移到该冷却装置中冷却。
44.该电芯夹具与箱体为分离式，可以在箱体之外对该电芯夹具进行取放料操作，放好料的电芯夹具等待备用，随时可以放入该烘烤单元2内，完成干燥作业的电芯夹具取出后，可以慢慢进行箱体外取料，大幅减少在线操作时间，从而提高了生产效率。
45.在本实施例中，参照图2，该箱体框架1上还设有门板感应器17，用于感应该自动密封门3的门板的位置。当该自动密封门3的门板正常关门时，门板感应器17能感应到门板，就可以传递信号给真空电芯烘烤箱的电控单元，该真空电芯烘烤箱开始启动相应的烘烤单元2的烘烤干燥作业。当该门板不能正常关门时，该门板感应器17感应不到门板，传递不同的信号给真空电芯烘烤箱的电控单元，该真空电芯烘烤箱认为关门时发生故障，不启动干燥作业，从而提高了真空电芯烘烤箱的安全性。
46.请参考图9和图10，本技术实施例的电芯冷却装置100a，其包括一箱体10a，该箱体10a内设置五层冷却电芯的冷却单元20a，每一层设置两排冷却单元20a。该电芯夹具30设置在该冷却单元20a上，该冷却单元20a与固定该电芯夹具30上的多个电芯35接触并冷却，该冷却单元20a包括进水管21a、出水管22a、冷却板23a及电芯放置板24a，该冷却板23a内设有多条与该进水管21a和出水管22a连通的通道231a，该电芯放置板24a设置在该冷却板23a上，该电芯夹具30上的多个电芯35的热量从该电芯放置板24a传递给该冷却板23a，该通道231a内的水将该冷却板23a上的热量带走，并从该出水管22a排出。
47.该电芯冷却装置100a还包括一用于冷凝从该出水管22a排出的水的冷凝单元(未显示)，经过该冷凝单元的水输送给该进水管21a。该电芯冷却装置100a还包括一水泵(未显示)，该水泵将冷凝后的水水输送给该进水管21a。该电芯冷却装置100a还包括一控制单元(未显示)，该控制单元控制该水泵和冷凝单元。
48.每一冷却单元20a的冷却板23a上固定设置有限位该电芯夹具30的限位组件232a。该限位组件232a为一对呈l形的垂直设置的凸块。该电芯夹具30放置在该凸块上并被该凸块限位。该冷却板23a上设有两个检测该电芯夹具30是否在正确位置上的检测感应器233a，该两个检测感应器233a在该冷却板23a上对角设置。该检测感应器233a是微动开关。该电芯夹具30的每一排电芯35下设置有一条导热系数高的电芯放置板24a，每一条电芯放置板24a将每一排电芯35的热量传导给该冷却板23a。
49.可以理解，该冷却板23a的通道231a内可以设有连接与该进水管21a和出水管22a连接并连通的连接水管。该连接水管嵌设在该冷却板23a的通道231a并与该通道231a的表面紧密接触，从而最大限度地通过流动的冷水把热量带走。另外，本技术的水也可以被其他的冷却液替代。
50.该电芯冷却装置100a的工作过程为：首先，将装有多个电芯35的该电芯夹具30放置到该冷却单元20a上；该两个检测感应器233a检测该电芯夹具30是否正确的放置到该限位组件232a上。如果该电芯夹具30错位，则该检测感应器233a发出提醒信号，直到检测感应器233a被检测到放置在正确位置。然后，接通电源，开启该控制单元，该冷凝单元开始工作，当检测到水温降低到所需的冷却温度时候，开启水泵，该水泵将冷却后的水输送给该进水管21a，然后通过该多条通道231a将该电芯35传递给该电芯放置板24a且该电芯放置板24a传给该冷却板23a的热量吸收，然后通过出水管22a排出流入到冷凝单元再次冷凝。
51.在本技术中，该烘烤箱100内设置加热元件，该加热夹具30不带加热层板和温度探测器，该加热夹具30与该烘烤箱100又是分体的，可以在烘烤箱100外对该加热夹具30进行取放料操作，放好料的加热夹具30等待备用，随时可以放入该烘烤箱100内，完成干燥作业的加热夹具30取出后，可以慢慢进行烘烤箱100外取料，不需要占用烘烤箱100有限的干燥时间，从而提高了生产效率。
52.由于加热夹具30与该电芯冷却装置100a也是分体的，这就使得该加热夹具30称为标准件，既可以与该烘烤箱100配合使用，又可以与该电芯冷却装置100a配合使用，降低了制作成本，提高了生产线的生产效率。
53.本技术中，该烘烤箱100的四个烘烤单元2配有一个自动密封门3，每个烘烤单元2都可以单独作业，使用到的烘烤单元2会单独加热干燥，未使用到的烘烤单元2不会进行加热干燥，减少了能源的浪费，更节能。另外，每个烘烤单元2的容积都不大，内部温度会更容易均匀；每个烘烤单元2的尺寸也不大，抽真空后烘烤单元2不易变形。在烘烤单元2的正面设置了环形密封条，配合自动密封门3，可以保证烘烤单元2的气密性；抽真空装置72根据需要可以将四个烘烤单元2内抽成真空，在真空环境下，水的蒸汽压变高，更容易气化，所以干燥效率提高，烘烤周期变短，耗能减少。
54.作为本技术所述电芯除水自动生产线的干燥方法，包括以下步骤：
55.步骤一：打开烘烤箱100的一个烘烤单元2的自动密封门3，利用有轨搬运机器人74把上料工位71的加热夹具30搬运至该烘烤单元2上，然后关闭该烘烤单元2的自动密封门3；
56.步骤二：烘烤箱100的电控装置启动对该加热夹具30进行加热，开始干燥作业；
57.步骤三：该加热夹具30达到预设时间或预设温度时，利用该抽真空装置72对该烘烤单元2进行抽真空；
58.步骤四：干燥作业完成后，打开该自动密封门3，利用有轨搬运机器人74把加热夹具30搬运至电芯冷却装置100a内，冷却之后然后再搬运至该下料工位75。
59.在步骤三中，先对该加热夹具3进行预加热，温升阶段由于此时尚未抽真空，烘烤单元2内存在气体，气体作为传热介质能使烘烤单元2内的温度较为均匀。温升结后，进入温度保持阶段，此时再进行抽真空，对烘烤单元2内的温度均匀性影响很小，所以能提高干燥效果，在真空条件下干燥，还能降低干燥时间。
60.本技术的自动生产线有强大的容错能力，在上料工位，扫码过的不良电芯可自动分拣，机械手将扫码过的不良电芯放到不良电芯输出线上排出，人工收集处理。对于烘烤阶段产生的不良电芯，也有排出功能，还有配备测试电池及抽检测试电池功能。
61.本技术的电芯除水自动生产线的上料工位组盘和下料工位拆盘都采用机械手(六轴机器人的机械手)，整线自动生产，减少人工干预。工艺优化，采用整盘加热夹具使得电池统一冷却，冷却后再拆盘送至下一工位(一次注液)，相比拆盘后再冷却的方式，优化了冷却系统，节省了电池的重复抓取，从而减少设备故障率，节约投入成本和运营成本。
62.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。