本发明涉及电池的加工设备生产领域，尤其涉及一种用于将锂电池装配到金属框架内的夹具和方法。
背景技术：
随着锂电池逐渐广泛应用于各种领域，对锂电池的包装和运输提出了更多的需求。尤其在电动车辆和混合动力车辆中，由于对电池的大功率和大电流的需求，通常使用大功率的方形电池的串并联电池组，为了将电池组紧密装配到壳体内，通常采用蜂窝式装配或者经由金属框架的装配方法。注意，此处所说的方形电池指矩形的电池，仅与圆形电池形成对比，而非特指正方形的电池。
蜂窝式装配常用于圆形电池组，将树脂模制成内含接纳槽的支持架，并且将各个圆形电池装配到相应的接纳槽内，但是树脂在高温下会软化或熔融，而在低温下会变脆甚至裂化，导致破坏与电池之间的匹配精确度，无法适应广泛的温度范围；此外，转用于方形电池时，由于方形电池本身具有金属壳体，金属壳体的材质与树脂的材质的热膨胀系数的偏差，也会导致温度偏差下的失配；此外，蜂窝式装配需要支持架具有相当的厚度以确保其支持强度，这又导致了电池组整体(包含电池组、支持架和壳体在内)的大体积和大尺寸。
经由金属框架的装配方法具体是，通过在金属框架的两块平行对准的金属板上对称地设置通孔，并将各个限位螺杆的两端部穿过两块金属板中的对准的通孔并露出，然后在各个限位螺杆的两端部旋紧螺母至限位处，来将电池组装配在金属框架内，从而将电池组与金属框架紧密固定为装配体，接着可以将金属框架与电池组的装配体一起装配到壳体内。虽然这一方法可以解决以上的部分问题，但是又给装配过程，尤其是如何在各个限位螺杆的两端部旋紧螺母，提出了新的问题。为了确保电池组整体的适当的大小和重量，通常采用的金属框架中的金属板具有柔性，如果不能对称地旋紧螺母，会引发金属板的扭曲变形，进而也会对夹持的电池的金属壳体施加扭曲应力，影响电池的性能。螺母的对称旋紧，目前是通过由2名人员相互配合手动实现，或者由自动机床的多个机械臂配合实现，前者依赖于人员的经验和实时的配合度，装配效率不高，装配质量参差不齐，在生产过程中，难以达到统一的标准，质量也得不到保证，后者价格过于昂贵。
为此，需要一种用于将锂电池装配到金属框架内的夹具，这种夹具能够节省人工，大幅度提高装配效率，并确保装配质量，避免金属板在装配过程中的扭曲变形。这种夹具最好能够直接适用于现有的金属框架，甚至简化现有的金属框架，以在确保装配质量的同时，进一步降低成本。利用这种夹具最好能够提供一种简化的装配方法，以将锂电池装配到金属框架内，通过简化锂电池装配中的这一重要环节，在确保装配质量的同时，简化锂电池的总体装配流程，提高电池生产效率，并降低成本。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于将锂电池装配到金属框架内的夹具以及相应的装配方法。
本发明旨在提供一种用于将锂电池装配到金属框架内的夹具，所述金属框架上开有通孔对以供螺杆穿出，用于固定所述锂电池的电池组，所述夹具包括：相同规格且对齐设置的两块铝板，用于将金属框架连同其间的电池组置于其间，所述两块铝板在四角设置有通孔对，以供限位螺杆穿出；所述限位螺杆；设置在所述两块铝板下方的底部支撑条，用于支撑所述金属框架连同其间的电池组；其特征在于：所述底部支撑条由纵向支撑条与横向支撑条垂直交联而成，所述横向支撑条以可移动方式垂直穿过铝板，由此在支撑金属框架连同电池组的同时，两块铝板之间的间距是可调的；所述两块铝板上还开有与所述金属框架上的通孔对相对应的通孔对，由此经由铝板上的通孔对，可在螺杆的两端部旋动螺母；当将螺母旋紧至所述限位螺杆的限位处时，所述夹具使得金属框架紧密夹持所述电池组。
优选地，所述两块铝板的至少一侧中部设置有加强肋，从而能够使用较薄的铝板，保持足够的强度，并减少铝板的变形。因为夹具的重量一大部分源自铝板，降低铝板厚度可以大大减轻夹具的重量。
优选地，所述两块铝板上设置有对齐槽。如此便于两块铝板的对齐，通常在金属框架的两块金属板上也设有相应的对齐槽，由此便利将金属框架放入两块铝板之间时与之对齐。
优选地，所述纵向支撑条与横向支撑条被焊接到一起，或通过一体模铸形成。
优选地，所述限位螺杆由主段和穿过通孔对露出的两端部组成，其中主段的直径大于各对通孔的孔径，且通孔的孔径大于所述两端部的直径，至少能够让两端部轻松穿出。
本发明提供了一种用于与上述夹具协同使用的金属框架，所述金属框架包括：相同规格且对齐设置的两块金属板，用于将电池组夹持在其间，在各块金属板上电池组上方和下方以及纵向两侧的区域上分别对齐地设置成对的通孔，用于让螺杆抵靠相应电池穿过各对通孔露出两端部；所述螺杆，其特征在于：当将螺母旋紧至所述限位螺杆的限位处并且在所述螺杆的两端部将螺母旋至一定的小扭矩时，所述电池组被紧密装配到所述金属框架内。鉴于夹具的特殊结构，该金属框架不再需要传统金属框架必需的限位螺杆；具体说来，当将螺母旋紧至夹具的限位螺杆的限位处时，夹具的夹持使得金属框架紧密夹持所述电池组，从而只需要分别在各螺杆的两端部将螺母旋至一定的小扭矩，感知到这些螺母与各螺杆一起牢固夹持住了电池组，也就是形成了金属框架连同电池组的装配体，就可以松开夹具，取出该装配体，以供电池装配的后续步骤。
优选地，电池组上方和下方通孔的对数分别为电池组的列数的n1和n2倍，n1和n2为大于等于1的整数，这样一列电池组在上方和下方分别至少由一个螺杆抵靠支撑，由此便于将各列电池组紧密固定在金属框架内。
优选地，考虑到电池组的重力，n2大于n1，使得从下方更好地支撑电池组。
本发明提供一种利用上述夹具将锂电池装配到金属框架内的方法，所述方法包括：将金属框架的两块金属板间隔开，先取出上方的螺杆，放入电池组，然后再将所述上方的螺杆装入；将所述夹具的两块铝板间隔开，将金属框架连同其间的电池组置于其间，使得所述金属框架的螺杆的两端部暴露于所述两块铝板上的相应通孔对中；在夹具四角转紧螺母至所述限位螺杆的限位处；在所述金属框架的螺杆的两端部将螺母旋至一定的小扭矩；以及松开夹具四角的螺母，取出金属框架连同电池组的装配体。
以上所述的本发明的夹具、与其协同使用的金属框架以及装配方法，按照给定的操作方式，能提高装配效率，节约操作人员，提高装配质量，无需多个机械臂和配合默契的熟练技术人员，就能够实现与之相当的装配质量和装配效率，且成本低。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的用于将锂电池装配到金属框架内的夹具的俯视图；
图2是根据本发明的另一个实施例的将锂电池装配到金属框架内的方法的流程图；
其中附图标记与元件的对应关系：
1加强肋
2螺母
3铝板
4底部支撑条
5限位螺杆。
具体实施方式
现有技术中，用于装配锂电池的金属框架包括：相同规格且对齐设置的两块金属板，用于将电池组夹持在其间，在各块金属板上位于电池组上方和下方的条形区域上分别对齐地设置成对的通孔，用于让限位螺杆抵靠相应电池穿过各对通孔露出两端部。作为示例，限位螺杆由主段和所述两端部组成，其中主段的直径大于通孔的孔径，且通孔的孔径大于所述两端部的直径。上方和下方的各区域上通孔的对数为电池组的列数的n倍，n为大于等于1的整数，以便每列电池组的上方和下方都抵靠至少一个限位螺杆5来紧固和支撑该列电池组。作为示例，这里n＝1，电池组共3列，从而电池组的上方和下方分别设置3对通孔和相应的3个限位螺杆。电池组列的上方和下方的通孔对数量不一定是相等的，根据需要，例如由于电池组的重量导致下方需要更强的支撑力，也可以在电池组列的下方设置比上方更多数量的通孔对用于插入限位螺杆。在金属板上，除了电池组的上方和下方，还可以在电池组的纵向两侧的区域上分别对齐地设置成对的通孔，用于让限位螺杆分别抵靠电池组的两侧穿过各对通孔露出两端部，任一侧的区域上通孔的对数为m，m为大于等于1的整数，作为示例，m＝1。
上述的电池组的上下方的列数×n个限位螺杆5和各侧的m个限位螺杆5，都分别需要从两端部旋紧螺母至限位处,从而使得这两块金属板以预定间距平行地设置，并紧固和支撑整个电池组。鉴于金属板的厚度使得其通常具有一定的柔性，需要确保螺母的旋紧应力在限位螺杆的两端部以及在金属板各处都是均匀的，否则会导致金属板的扭曲变形，进而会导致夹持在其间的电池的扭曲变形，从而影响电池性能。所述上下方和两侧的限位螺杆，至少需要两个熟练的操作人员互相配合以便将螺母对称且均匀地旋紧到各个限位螺杆的限位处，工作量大且对操作人员的经验和配合度要求高。通常在装配过程中是借助多机械臂的自动机床来实现的，机械臂数量至少为2个、优选为螺母数量的自动机床价格昂贵，只有良好培训过的技术工人才能对其进行编程和操作，进一步增加了机械和人力的成本。
鉴于现有技术的以上缺陷，发明人开发出了一种用于装配锂电池的金属框架的夹具，这种夹具适用于上述的现有的用于锂电池的金属框架，使用该夹具，可以进一步简化金属框架的结构，降低其成本，也能够实现金属框架与电池组的更良好的配合。
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于将锂电池装配到金属框架内的夹具的俯视图。如图1所示，所述金属框架上开有通孔对以供螺杆穿出用于固定所述锂电池的电池组，所述夹具包括：相同规格且对齐设置的两块铝板3，用于将金属框架连同其间的电池组置于其间，所述两块铝板3在四角设置有通孔对，以供限位螺杆5穿出；所述限位螺杆5；设置在所述两块铝板3下方的底部支撑条4，用于支撑所述金属框架连同其间的电池组；所述底部支撑条4由纵向支撑条与横向支撑条垂直交联而成，所述横向支撑条以可移动方式垂直穿过铝板3，由此在支撑金属框架连同电池组的同时，两块铝板3之间的间距能够按需调节；所述两块铝板3上还开有与所述金属框架上的通孔对相对应的通孔对，由此经由铝板3上的通孔对，可在螺杆的两端部旋动螺母2；当将螺母2旋紧至所述限位螺杆5的限位处时，所述夹具使得金属框架紧密夹持所述电池组。
该夹具简化了传统金属框架的结构，尤其消除了成本昂贵、操作复杂的限位螺杆5，将其替代为普通螺杆，虽然说夹具本身也利用限位螺杆5，但不管电池组阵列的规格如何，夹具总是只需要4个限位螺杆5，金属框架所需的螺杆数量与电池组阵列的规格紧密相关，由此对于大功率电池组来说，这种改变大大降低了金属框架乃至电池总体的成本，更简化了装配操作并降低了装配难度，下文在对本发明适用的金属框架的描述中会进行具体解释，在此不赘述。
利用该夹具，实现了一种将锂电池装配到金属框架内的简单方法，如图2所示，所述方法包括：将电池组装入金属框架内(步骤301)，具体说来，将金属框架的两块金属板间隔开，先取出上方的螺杆，放入电池组，然后再将所述上方的螺杆装入；将金属框架连同其间的电池组配准到夹具内(步骤302)，具体说来，将所述夹具的两块铝板3间隔开，将金属框架连同其间的电池组置于其间并支撑在底部支撑条4上，使得所述金属框架的螺杆的两端部暴露于所述两块铝板3上的相应通孔对中，注意，虽然也可以仅仅利用铝板3和金属框架的螺杆的两端部来实现以上配准，优选在铝板3和金属框架上设置各种形状的对齐槽，以便利两者之间的对齐；在夹具四角转紧螺母2至所述限位螺杆5的限位处(步骤303)，如此即便金属框架的螺杆是松动的，金属框架的两块金属板在夹具的夹持下，已经紧密夹持住所述电池组；在所述金属框架的螺杆的两端部将螺母2旋至一定的小扭矩(步骤304)，就可以使得金属框架的螺杆与螺母的相互作用独立地紧密夹持住所述电池组，至此金属框架连同电池组的装配体形成；然后松开夹具四角的螺母2，取出金属框架连同电池组的装配体(步骤305)。利用该方法，仅仅需要为夹具的四个限位螺杆5转紧螺母2，金属框架使用的是普通螺杆而非限位螺杆5，相较现有技术大大提高了装配效率并确保了装配质量。具体说来，以4*3阵列的电池组为例，现有技术的金属框架至少需要为电池组上下方6个+纵向两侧2个＝8个限位螺杆5转紧螺母2，且该金属框架因为连同其中的电池组一起装配到壳体内，质量和厚度都受限，更容易产生翘曲变形，由此增加了转紧这些螺母2的难度；与之对比的是，利用本发明的方法，只需要为夹具的四个限位螺杆5转紧螺母2，鉴于夹具本身并不装配到壳体内，质量和厚度要求宽松，通过增加一些厚度，使用加强肋1等，可以减少翘曲变形，螺母2转起来就更容易，虽然金属框架还需要为8个螺杆转紧螺母2，但这8个螺杆是普通螺杆，且因为在夹具四角转紧螺母2至所述限位螺杆5的限位处时，夹具的夹持使得金属框架紧密夹持所述电池组，这些螺母2可以分组甚至一个个旋至一定的小扭矩，就能形成金属框架连同电池组的装配体。可以通过技术人员的感知，例如扳手旋动的阻力感，来实现旋至一定的小扭矩。
优选地，所述两块铝板3的至少一侧中部设置有加强肋1，从而能够使用较薄的铝板3，保持足够的强度，并减少铝板3的变形。因为夹具的重量一大部分源自铝板3，降低铝板3厚度可以大大减轻夹具的重量。
优选地，所述纵向支撑条与横向支撑条被焊接到一起，或通过一体模铸形成。
限位螺杆5可以采用各种结构。优选地，所述限位螺杆5由主段和穿过通孔对露出的两端部组成，其中主段的直径大于各对通孔的孔径，且通孔的孔径大于所述两端部的直径，至少能够让两端部轻松穿出。
进一步地，本发明的夹具可以适用于结构简化的金属框架，该金属框架包括：相同规格且对齐设置的两块金属板，用于将电池组夹持在其间，在各块金属板上电池组上方和下方以及纵向两侧的区域上分别对齐地设置成对的通孔，用于让螺杆抵靠相应电池穿过各对通孔露出两端部；所述螺杆，其特征在于：当将螺母旋紧至所述夹具的限位螺杆5的限位处并且在所述螺杆的两端部将螺母旋至一定的小扭矩时，所述电池组单独利用螺杆与螺母2的相互作用被紧密装配到所述金属框架内，从而形成金属框架连同电池组的装配体，以供从夹具中取出。鉴于夹具的特殊结构，该金属框架不再需要传统金属框架必需的限位螺杆5；具体说来，当将螺母旋紧至夹具的限位螺杆5的限位处时，夹具的夹持使得金属框架紧密夹持所述电池组，从而只需要分别在各螺杆的两端部将螺母旋至一定的小扭矩，感知到这些螺母与各螺杆一起牢固夹持住了电池组，也就是形成了金属框架连同电池组的装配体，就可以松开夹具，取出该装配体，以供电池装配的后续步骤。
优选地，电池组上方和下方通孔的对数分别为电池组的列数的n1和n2倍，n1和n2为大于等于1的整数，这样一列电池组在上方和下方分别至少由一个螺杆抵靠支撑，由此便于将各列电池组紧密固定在金属框架内。优选地，考虑到电池组的重力，n2大于n1，使得从下方更好地支撑电池组。以上螺杆和限位螺杆通常为不锈钢材料，也可以采取其他常用材料。
本发明的夹具也能够灵活适用于采用限位螺杆的现有技术的金属框架，在这种情况下，为现有技术的金属框架的限位螺杆的两端旋紧螺母操作更加简单，这些螺母可以分组甚至一个个旋至一定的小扭矩，就能形成金属框架连同电池组的装配体，而不会对金属框架的金属板造成扭曲变形。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所做出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。