CN102263294B - 一种电芯自动卷绕设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电芯自动卷绕设备，包括机架和安装在机架上的卷绕组件，卷绕组件具有卷绕位和上料位，还包括自动换芯组件和控制器，自动换芯组件包括分料组件和送料组件；分料组件包括料仓、分料滚轮、以及分料驱动件，分料滚轮设置在料仓的底部开口处，分料组件还具有放料位，送料组件包括芯轴夹紧机构、送料轨道、以及驱动所述芯轴夹紧机构沿所述送料轨道运动、将芯轴从所述放料位传送至所述上料位送料驱动件，分料驱动件和送料驱动件都与控制器相连。本发明实现了电芯自动卷绕设备的全自动换芯功能，操作十分简便快捷，显著提高了工艺效率、降低了工人的劳动强度，能够实现芯轴的稳定分料、准确定位、可靠夹持并平稳送料。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电芯自动卷绕设备。
背景技术
现有的圆柱锂离子蓄电池等电池的生产过程中，通过极片卷绕工艺形成电芯时，一部分卷绕设备利用卷针夹住极片和隔膜进行卷绕，无法直接带芯轴卷绕；另一部分可带芯轴卷绕的卷绕设备中，当一个电芯卷绕完成需要换芯进行下一电芯的卷绕时，需要人工手动将芯轴放置在卷绕头的上料位或者采用半自动机构传送和更换芯轴。
对于手动换芯的方式，操作过程十分繁琐，不仅影响了工艺效率而且增加了工人的劳动强度；而利用半自动机构换芯的方式自动化程度较低，难以满足现代化工艺生产在工艺速度和精度方面日益增长的发展需求。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种提高工艺效率和自动化程度的电芯自动卷绕设备。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电芯自动卷绕设备，包括机架和安装在所述机架上的卷绕组件，所述卷绕组件具有卷绕位和上料位，还包括自动换芯组件和控制器，所述自动换芯组件包括分料组件和送料组件；所述分料组件包括料仓、分料滚轮、以及用于驱动所述分料滚轮的分料驱动件，所述分料滚轮设置在所述料仓的底部开口处，所述分料组件还具有放料位，所述送料组件包括芯轴夹紧机构、送料轨道、以及驱动所述芯轴夹紧机构沿所述送料轨道运动、将芯轴从所述放料位传送至所述上料位的送料驱动件，所述分料驱动件和送料驱动件都与所述控制器相连。
进一步地，所述分料滚轮的表面具有多个用于容纳单个芯轴的凹槽，所述凹槽沿所述分料滚轮的轴向延伸。
优选地，所述料仓的底部倾斜设置，使所述开口处位于底部的最低端。
一种实施方式中，所述分料组件还包括料板、推料杆、以及用于驱动所述推料杆沿所述料板运动的推料驱动件，所述料板的一端延伸至所述分料滚轮下方，另一端延伸至所述料仓一侧并提供所述放料位，所述推料驱动件与所述控制器相连。
优选地，所述料板上还设有向上突起的限位块。
优选地，所述分料组件还包括两个滚轴、用于检测芯轴方向的定向检测件、以及用于驱动所述滚轴的滚轴驱动件，两个所述滚轴设置在所述分料滚轮与所述料板之间，与所述分料滚轮平行且两个所述滚轴之间的间隙大于芯轴的直径，所述定向检测件和滚轴驱动件都与所述控制器相连。
优选地，所述推料杆上设有与所述芯轴方向相匹配的定向推动部。
优选地，所述送料轨道与所述料板垂直。
进一步地，所述芯轴夹紧机构包括安装块、卡爪、顶杆、芯轴夹紧件和芯轴顶紧件，所述安装块安装在所述送料轨道上且与所述送料驱动件的动力输出端相连，所述芯轴夹紧件和芯轴顶紧件都固定在所述安装块上且都与所述控制器相连，所述卡爪与所述芯轴夹紧件的动力输出端相连，所述顶杆一端与所述芯轴顶紧件的动力输出端相连，另一端向所述卡爪延伸。
进一步地，还包括烫芯组件、隔膜放卷组件、以及用于将隔膜从所述隔膜放卷组件输送至所述卷绕位的张力组件；所述烫芯组件包括烫接头、以及用于驱动所述烫接头将所述隔膜烫接在芯轴上的烫接头驱动件，所述烫接头驱动件与所述控制器相连。
本发明的有益效果是：本发明实现了电芯自动卷绕设备的全自动换芯功能，与现有技术中手动换芯和半自动换芯的方式相比，操作更加简便快捷，显著提高了工艺效率、降低了工人的劳动强度，且能够在控制器的全自动控制下严格保证工艺速度和精度，使芯轴稳定分料、准确定位、可靠夹持并平稳送料。
附图说明
图1为本发明一种实施例电芯自动卷绕设备的总体结构示意图；
图2为本发明一种实施例的分料组件一种立体图；
图3为本发明一种实施例的分料组件另一种立体图；
图4为本发明一种实施例的分料组件主视图；
图5为本发明一种实施例的分料组件沿A-A方向截面图；
图6为本发明一种实施例的送料组件主视图；
图7为本发明一种实施例的送料组件立体图；
图8为本发明一种实施例的烫芯组件主视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明在电芯自动卷绕设备中增加了实现全自动分料和送料的自动换芯组件，能够在一个电芯加工完成并下料后，自动更换下一根芯轴进行卷绕，因此显著提高了电芯卷绕的工艺效率和自动化水平。
如图1所示，一种实施方式的电芯自动卷绕设备包括机架(图中未画出)以及安装在机架上的卷绕组件1，该卷绕组件1包括设置在安装座上的卷绕头，卷绕头的端部还设有用于夹紧芯轴以便带动其卷绕的夹紧头。一种实施方式中，为了便于对芯轴进行定向而在芯轴上设有定向部时，该夹紧头的形状与芯轴方向相配合而具有定向夹紧功能。设备正常工作过程中，卷绕头通过旋转在两个工位之间进行位置转换：即用于带芯轴进行卷绕的卷绕位、以及用于在卷绕前夹紧芯轴或在卷绕后卸下电芯的上料位。
本实施方式的卷绕设备还包括以下用于实现自动提供并输送隔膜和正、负极片的组件：第一隔膜放卷组件6、第二隔膜放卷组件13、第一极片放卷组件8、第二极片放卷组件14、两个入料机械手组件9、两个过程纠偏组件12、刷粉组件10、多个张力组件7或11、卷绕前夹紧组件15、切隔膜组件4和收尾压料组件3。其中，两个隔膜放卷组件提供的隔膜通过张力组件7从隔膜放卷组件输送至卷绕位；两个极片放卷组件分别提供的正、负极片通过刷粉组件10清洁后，依次经过张力组件11、过程纠偏组件12和编码器辊组件传输至卷绕位旁的入料机械手组件9；卷绕前夹紧组件15设置在卷绕位一侧，用于将放入芯轴上的隔膜和极片夹紧以便顺利卷绕，切隔膜组件4用于在收尾压料组件3的协助下压住隔膜并将其切断。卷绕设备还包括以下完成电芯卷绕后用于实现贴胶和下料的组件：贴胶组件20、下料组件19、输送带组件18、短路检测组件17、不良品排出组件16，贴胶组件20用于对完成卷绕的电芯进行贴胶固定，下料组件19在完成卷绕后卸下电芯并通过输送带组件18传送至下一工位，传送过程中短路检测组件17进行短路检测，使不良品通过不良品排出组件16进入不良品盒，良品进入良品区。以上各组件都可通过PLC、单片机等控制器进行控制，已实现全自动的卷绕和下料等工艺过程。
另外，本实施方式的卷绕设备还包括自动换芯组件2和烫芯组件5。具体地，如图2至图7所示，自动换芯组件2主要包括分料组件和送料组件，其中，分料组件主要包括料板21、料仓211、分料滚轮210、分料驱动件212、两个滚轴215、滚轴驱动件213、推料杆214、推料驱动件219和一个或多个定向检测件216；送料组件主要包括芯轴夹紧机构、送料轨道22和送料驱动件221。料板21和送料轨道22可都安装在机架上使整个卷绕设备的结构更加紧凑，当然也可独立设置。
料仓211用于容纳多个芯轴，其底部具有开口，分料滚轮210设置在该开口处以便使芯轴自动从料仓211中落下而脱离料仓211，分料驱动件212可采用电机且与控制器相连，用于在控制器的控制下动作。分料滚轮210的表面具有多个用于容纳单个芯轴的凹槽，这些凹槽沿分料滚轮210的轴向延伸；料仓211的底部优选倾斜设置，使开口处位于底部的最低端以便芯轴在重力作用下向下滚动。当分料滚轮210在分料驱动件212的驱动下旋转一定角度时，嵌入分料滚轮210上的一个凹槽的芯轴就会随之滚动并脱离料仓211实现自动分料。
分料组件还具有放料位217，可根据需要设置在分料滚轮210的正下方或者斜下方，例如一种实施方式中，料板21的一端延伸至分料滚轮210下方，另一端延伸至料仓211一侧并将放料位217设置在料板21的上表面，料板21上还设有向上突起的限位块218避免推料过度而超出放料位217。该实施方式针对带有定向部的芯轴，可首先利用滚轴215和定向检测件216对芯轴进行方向检测，再采用推料杆214将定向后的芯轴从分料滚轮210下方推动至放料位217以便送料机构输送。具体地，滚轴驱动件213可采用电机，推料驱动件219可采用汽缸，二者都与控制器相连，用于在控制器的控制下动作，定向检测件216可采用对射式光电传感器，其安装在料板21上用于检测芯轴端部的方形或其他形状的定向部，同样与控制器相连。两个滚轴215设置在分料滚轮210下方、料板21上方，延伸方向与分料滚轮210平行，且两个滚轴215之间的间隙大于芯轴的直径，当分料滚轮210分离一个芯轴时，该芯轴落在两个滚轴215上方的中间位置，滚轴驱动件213驱动滚轴215带动芯轴旋转，同时定向检测件216检测芯轴方向，并在芯轴方向到位时向控制器发送信号使其控制滚轴215停止旋转，接着推料驱动件219驱动推料杆214沿料板21运动将该芯轴传送至放料位217，使卷绕头利用夹紧头夹紧芯轴以便带动其卷绕。优选地，推料杆219还设有与芯轴方向相匹配的定向推动部，以便在推动过程中保持芯轴的方向避免转动。本实施方式中，推料驱动件219安装在料板21底部且与放料位217位置对应，其动力输出端向料仓211的方向延伸从而连接推料杆219，能够在动力输出端缩回的过程中驱动推料杆219将芯轴从分料滚轮210下方推动至放料位217，这种设置使卷绕设备的结构更加紧凑、布局更加合理，能够节省空间。
当然，本实施方式针对无需定向的芯轴，也可利用推料杆214直接进行推料，并不进行定位检测。
送料组件中，芯轴夹紧机构用于在汽缸等送料驱动件221的作用下沿送料轨道22运动，从而自动将芯轴从放料位217传送至上料位，送料驱动件221与控制器相连，用于在控制器的控制下动作。优选地，送料轨道22的方向与料板21垂直，起到节省空间的作用。本实施方式的芯轴夹紧机构包括安装块、卡爪222、顶杆、芯轴夹紧件223和芯轴顶紧件224，芯轴夹紧件223和芯轴顶紧件224都与控制器相连，用于在控制器的控制下动作。安装块安装在送料轨道22上且与送料驱动件的动力输出端相连，芯轴夹紧件223和芯轴顶紧件224都固定在安装块上能够随其一起沿送料轨道22运动，卡爪222与芯轴夹紧件223的动力输出端相连，例如芯轴夹紧件223可采用手指汽缸，卡爪22包括上爪和下爪，二者相互对应的一面设置有用于嵌入芯轴的凹槽，能够在手指汽缸的作用下开合而夹入放置在放料位217的芯轴；芯轴顶紧件224可采用汽缸，顶杆一端与芯轴顶紧件224的动力输出端相连，另一端向卡爪222延伸，能够在卡爪222夹入芯轴后将其夹紧避免掉出或发生位置偏移。
如图8所示，本实施方式的烫芯组件5包括烫接头51、压料组件52以及用于驱动烫接头51将隔膜烫接在芯轴上的烫接头驱动件53，整个烫芯组件5设置在卷绕组件1的卷绕位一侧，烫接头51内设置发热管，烫接头驱动件53与控制器相连。当卷绕头带动自动上料后的芯轴旋转至卷绕位，且隔膜自动贴近芯轴时，压料组件52将隔膜压紧在芯轴表面，烫接头驱动件53驱动烫接头51自动伸出从而将隔膜自动烫接在芯轴表面，实现二者之间稳定、可靠的连接，具体烫接时间、温度和压力可根据需要进行调节。
本发明实现了电芯自动卷绕设备的全自动换芯功能，与现有技术中手动换芯和半自动换芯的方式相比，操作更加简便快捷，显著提高了工艺效率、降低了工人的劳动强度，且能够在控制器的全自动控制下严格保证工艺速度和精度，使芯轴稳定分料、准确定位、可靠夹持并平稳送料。
另外，本实施方式的电芯自动卷绕设备可通过更换分料滚轮适应不同规格的芯棒，并不需要整套更换分料组件，因此方便使用，可广泛应用于圆柱锂离子蓄电池或其他形状电池的电芯卷绕。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电芯自动卷绕设备，包括机架和安装在所述机架上的卷绕组件，所述卷绕组件具有卷绕位和上料位，其特征在于，还包括自动换芯组件和控制器，所述自动换芯组件包括分料组件和送料组件；所述分料组件包括料仓、分料滚轮、以及用于驱动所述分料滚轮的分料驱动件，所述分料滚轮设置在所述料仓的底部开口处，所述分料组件还具有放料位，所述送料组件包括芯轴夹紧机构、送料轨道、以及驱动所述芯轴夹紧机构沿所述送料轨道运动、将芯轴从所述放料位传送至所述上料位的送料驱动件，所述分料驱动件和送料驱动件都与所述控制器相连。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分料滚轮的表面具有多个用于容纳单个芯轴的凹槽，所述凹槽沿所述分料滚轮的轴向延伸。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述料仓的底部倾斜设置，使所述开口处位于底部的最低端。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分料组件还包括料板、推料杆、以及用于驱动所述推料杆沿所述料板运动的推料驱动件，所述料板的一端延伸至所述分料滚轮下方，另一端延伸至所述料仓一侧并提供所述放料位，所述推料驱动件与所述控制器相连。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述料板上还设有向上突起的限位块。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述分料组件还包括两个滚轴、用于检测芯轴方向的定向检测件、以及用于驱动所述滚轴的滚轴驱动件，两个所述滚轴设置在所述分料滚轮与所述料板之间，与所述分料滚轮平行且两个所述滚轴之间的间隙大于芯轴的直径，所述定向检测件和滚轴驱动件都与所述控制器相连。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述推料杆上设有与所述芯轴方向相匹配的定向推动部。
8.如权利要求4至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述送料轨道与所述料板垂直。
9.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述芯轴夹紧机构包括安装块、卡爪、顶杆、芯轴夹紧件和芯轴顶紧件，所述安装块安装在所述送料轨道上且与所述送料驱动件的动力输出端相连，所述芯轴夹紧件和芯轴顶紧件都固定在所述安装块上且都与所述控制器相连，所述卡爪与所述芯轴夹紧件的动力输出端相连，所述顶杆一端与所述芯轴顶紧件的动力输出端相连，另一端向所述卡爪延伸。
10.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，还包括烫芯组件、隔膜放卷组件、以及用于将隔膜从所述隔膜放卷组件输送至所述卷绕位的张力组件；所述烫芯组件包括烫接头、以及用于驱动所述烫接头将所述隔膜烫接在芯轴上的烫接头驱动件，所述烫接头驱动件与所述控制器相连。
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