CN113270697A - 一种注液装置及电池注液机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注液装置及电池注液机构，包括泵体，具有容腔及与容腔相通的进出液口；活塞头，紧密贴合在容腔内；直线驱动机构，与活塞头连接，用于驱动活塞头在容腔内做直线往复运动；三通阀，包括内部具有阀腔的阀体和设于阀腔内的阀芯；阀腔具有入口、出口和与泵体的进出液口相通的连通口；阀芯在外力作用下具有封闭出口以使入口和连通口导通的第一状态，以及封闭入口以使出口和连通口导通的第二状态。通过控制活塞头的运动行程，可以完成一次注液量的精准计算；具有单次注液量大、注液误差小、驱动机构启动次数少的优点，解决了电池注液量精度难以控制、注液成本高的问题，而且结构简单，生产成本低，便于数字化智能化管路和全闭环控制。

Description

一种注液装置及电池注液机构

技术领域

本发明涉及大量程精密计量技术领域，具体涉及一种注液装置及电池注液机构。

背景技术

计量泵，尤其是较为精密的计量泵，以其高精度控制流体计量及较强的耐腐蚀性，目前被广泛地应用于包括制药、生物试剂、石油化工、锂电池行业等领域的灌注设备中。现有的计量泵一般包括电机、泵头和塞柱，电机推动塞柱在泵头内往复运动，引起泵头腔体积和压力的变化，进而实现液体定量吸入和排出；计量泵的出液量取决于泵头腔的大小和塞柱的冲程大小。为了避免泵头磨损或被液体腐蚀对计量泵出液量精度的影响，现有技术中计量泵的泵头和塞柱一般采用耐腐蚀性强的陶瓷材料制成。

锂电行业动力注液泵计量现状是多冲程，小计量累计的计量方式，精度正负千分之三，动力电池注液量大概在200－1000ml左右。受限于陶瓷的加工难度大、成本高的问题，现有计量泵每次出液量大概在20ml左右，如1000ml需要50个冲程，冲程越多累计误差越大，时间也越长，效率低，电机需要频繁启动，一致性也难以保障。因此，存在出液量精度控制难、成本高的缺陷，而且，动力电池大规模扩产，电芯尺寸越来越大，能量密度越来越高，要求电解液浸润时间更长，注液量更大，导致注液难度更大，故有必要对现有动力电池的注液方式进行改进。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中计量泵的单次出液量低、累积多次注液误差大、效率低的缺陷，从而提供一种注液装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种注液装置，泵体，具有容腔及与所述容腔相通的进出液口；

活塞头，紧密贴合在所述容腔内；

直线驱动机构，与所述活塞头连接，用于驱动所述活塞头在所述容腔内做直线往复运动；

三通阀，包括内部具有阀腔的阀体和设于所述阀腔内的阀芯；所述阀腔具有入口、出口和与所述泵体的进出液口相通的连通口；所述阀芯在外力作用下具有封闭所述出口以使所述入口和所述连通口导通的第一状态，以及封闭所述入口以使所述出口和所述连通口导通的第二状态。

进一步地，所述泵体包括活塞套、密封连接在所述活塞套底部的底板、密封连接在所述活塞套顶部的盖板；所述活塞套、所述底板和所述盖板围合形成所述容腔，所述进出液口设置在所述底板上，所述直线驱动机构的作用端穿过所述盖板连接于所述活塞头。

进一步地，所述活塞套采用不锈钢AISI304材料制成。

进一步地，所述活塞头采用不锈钢AISI304材料制成。

进一步地，所述直线驱动机构包括步进电机和贯穿所述步进电机的丝杆轴，所述丝杆轴通过轴连接件连接于所述活塞头，所述步进电机驱动所述丝杆轴沿其轴线方向做往复运动。

进一步地，所述三通阀的连通口连接有接头，所述接头密封连接在所述底板上。

进一步地，所述三通阀为电磁阀。

进一步地，所述丝杆轴为外周具有外螺纹且相对两侧具有铣扁加工面的扁轴。

进一步地，所述丝杆轴的一端通过滚针轴承连接于所述活塞头。

一种电池注液机构，包括：

控制装置，包括显示屏和PLC控制器；

如上所述的注液装置，所述注液装置的直线驱动机构与所述PLC控制器电连接并受所述PLC控制器控制驱动；

电池称重装置，与所述PLC控制器电连接，用于获取电池的重量信息，并将所述电池的重量信息发送到所述PLC控制器。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的注液装置，在一次注液的过程中，三通阀的阀芯先处于第一状态，直线驱动机构驱动活塞头向上运动，液体通过阀腔的入口和连通口被抽进泵体的容腔内；然后三通阀的阀芯由第一状态切换到第二状态，阀腔的连通口和出口导通，入口封闭，直线驱动机构驱动活塞头向下运动，容腔内的液体通过连通口和出口向外排出，完成一次注液。通过控制活塞头的运动行程并结合容腔的底面积，可以完成一次注液量的精准计算。在采用这种注液装置对电池进行注液时，单次注液量大，注液误差小，直线驱动机构的启动次数少，解决了电池注液量精度难以控制、注液成本高的问题，突破当前行业内注液效率仅为20g/s的瓶颈，最高注液效率高达50g/s，而且结构简单，使用方便，生产成本低，便于数字化智能化管路和全闭环控制。

2.本发明提供的注液装置，由底板、盖板和活塞套组合而成的泵体，不仅密封性好，而且容易制作出尺寸较大的活塞套，方便提高注液效率。

3.本发明提供的注液装置，由于不锈钢AISI304材料具有耐磨性好、耐腐蚀、易于加工生产等优点，采用不锈钢AISI304材料制成的活塞套和活塞头，与现有技术中采用陶瓷材料制成的活塞套和活塞头相比，更容易制作成大尺寸的活塞套，而且加工成本低，有利于大幅提高注液装置的单次最大注液量，提高注液效率。

4.本发明提供的注液装置，由步进电机和丝杆轴组成的直线驱动机构，通过PLC控制器控制步进电机的输出脉冲数，结合丝杆传动方式精度高的特点，可以精确控制活塞头的行程，进而提高注液精度。

5.本发明提供的注液装置，三通阀和底板之间的接头密封连接在底板上的方式，具有密封性好，不易漏液的优点，有利于减少因液体渗漏造成的注液误差。

6.本发明提供的注液装置，三通阀为采用电磁控制的电池阀，可以实现三通阀动作切换的自动化控制。

7.本发明提供的注液装置，丝杆轴外周具有外螺纹且相对两侧具有铣扁加工面，铣扁加工面对可以对丝杆轴起到上下导向的作用，防止丝杆轴运动过程中的窜动，便于精确控制丝杆轴的运动行程大小。

8.本发明提供的注液装置，滚针轴承具有摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，磨损小，使用寿命长的优点，可以为丝杆轴提供稳定支撑，减少磨损，使丝杆轴的运行更加流畅。

9.本发明提供的电池注液机构，电池称重装置可以获得电池的重量信息并将电池的重量信息发送到PLC控制器，PLC控制器将电池的重量信息与电池注液后预期的重量信息进行数据对比，如果实际重量出现偏差，通过容积公式计算补偿值，再控制步进电机的脉冲数，来改变活塞头的运动行程，向电池补充注入注液量差值，从而提高电池的注液精度。

综上所述，电池注液机构的单次注液量大，突破当前行业内注液效率仅为20g/s的瓶颈，最高注液效率高达50g/s，打破行业现有电池注液精度3‰的技术壁垒，注液精度直线提高至1‰；可以满足大容量动力的电池大量注液需求；而且结构简单，运行流畅，不易卡泵，使用方便，生产成本低，便于数字化智能化管路和全闭环控制，可定制化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中注液装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中注液装置的剖视图；

图3为本发明实施例中三通阀处于第一状态时的结构示意图；

图4为本发明实施例中三通阀处于第二状态时的结构示意图。

附图标记说明：1、泵体；11、活塞套；12、底板；13、盖板；111、进出液口；2、活塞头；3、步进电机；4、丝杆轴；5、三通阀；51、阀体；52、阀芯；53、入口；54、出口；55、连通口；6、轴连接件；7、接头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”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“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1－4所示的一种注液装置，包括泵体1、活塞头2、直线驱动机构和三通阀5。其中，泵体1包括活塞套11、密封连接在活塞套11底部的底板12、密封连接在活塞套11顶部的盖板13；活塞套11、底板12和盖板13围合形成容腔，底板12上设有供流体进出容腔的进出液口111；活塞头2紧密贴合在容腔内。由底板12、盖板13和活塞套11组合而成的泵体1，不仅密封性好，而且容易制作出尺寸较大的活塞套11，方便提高注液效率。

其中，直线驱动机构包括步进电机3和贯穿步进电机3的丝杆轴4，丝杆轴4的一端穿过盖板13连接于活塞头2，步进电机3驱动丝杆轴4沿其轴向方向做直线往复运动以带动活塞头2在活塞套11内做直线往复运动。由步进电机3和丝杆轴4组成的直线驱动机构，通过PLC控制器控制步进电机3的输出脉冲数，结合丝杆传动方式精度高的特点，可以精确控制活塞头2的行程，进而提高注液精度。

其中，三通阀5包括内部具有阀腔的阀体51和设于阀腔内的阀芯52；阀腔具有入口53、出口54和连通口55，三通阀5的连通口55与泵体1的进出液口111通过接头7密封连接。阀腔的入口53与储液装置连通，阀腔的出口54与待注液产品连通(例如锂电池)。阀芯52在外力作用下具有封闭出口54以使入口53和连通口55导通的第一状态，以及封闭入口53以使出口54和连通口55导通的第二状态。

这种注液装置，在一次注液的过程中，三通阀5的阀芯52先处于第一状态，步进电机3驱动丝杆轴4和活塞头2向上运动，液体通过阀腔的入口53和连通口55被抽进泵体1的容腔内；然后三通阀5的阀芯52由第一状态切换到第二状态，阀腔的连通口55和出口54导通，且入口53封闭，步进电机3驱动丝杆轴4和活塞头2向下运动，容腔内的液体通过连通口55和出口54向外排出，完成一次注液。通过控制活塞头2的运动行程并结合容腔的底面积，可以完成一次注液量的精准计算。在采用这种注液装置对电池进行注液时，单次注液量大，多次注液的累积误差小，步进电机3的启动次数少，解决了电池注液量精度难以控制、注液成本高的问题，突破当前行业内注液效率仅为20g/s的瓶颈，最高注液效率高达50g/s，而且结构简单，使用方便，生产成本低，便于数字化智能化管路和全闭环控制。

在本实施例中，底板12通过多个螺丝固定在活塞套11的底部，盖板13通过多个螺丝固定在活塞套11的顶部。底板12和活塞套11之间垫设有耐腐性强的O型密封圈，盖板13和活塞套11之间也垫设有耐腐性强的O型密封圈。如此设置，可以保证泵体1的密封性，防止渗液现象对注液量精度的影响。

在本实施例中，活塞头2的外壁和活塞套11的内壁之间的间隙垫设有80密封圈。活塞头2的外壁上设有环形卡槽，80密封圈的一部分嵌设在环形卡槽内、另一部分凸出环形卡槽与活塞套11的内壁紧密相抵。80密封圈有两个，分别位于活塞头2轴向方向的上端和下端，使活塞头2和活塞套11之间可以发生相对滑动的同时保持间隙的良好密封，防止渗液现象的发生。

在本实施例中，丝杆轴4通过轴连接件6连接在活塞头2的顶部，丝杆轴4朝向活塞头2的一端设有倒T型卡头，倒T型卡头卡嵌在具有倒T型卡槽的轴连接件6上。倒T型卡头和轴连接件6之间还设有滚针轴承。滚针轴承具有摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，磨损小，使用寿命长的优点，可以为丝杆轴4提供稳定支撑，减少磨损，使丝杆轴4的运行更加流畅。

在本实施例中，活塞套11和活塞头2均采用不锈钢AISI304材料制成。由于不锈钢AISI304材料具有耐磨性好、耐腐蚀、易于加工生产等优点，采用不锈钢AISI304材料制成的活塞套11和活塞头2，与现有技术中采用陶瓷材料制成的活塞套11和活塞头2相比，更容易制作成大尺寸的活塞套11，而且加工成本低，有利于大幅提高注液装置的单次最大注液量，提高注液效率。

在本实施例中，三通阀5上连接的接头7和底板12之间垫设有O型密封圈，以保证密封性，减少液体渗漏对注液精度的影响。

在本实施例中，三通阀5为采用电磁控制的电池阀，可以实现三通阀5上阀芯52动作切换的自动化控制。

在本实施例中，丝杆轴4外周具有外螺纹且相对两侧具有铣扁加工面，铣扁加工面对可以对丝杆轴4起到上下导向的作用，防止丝杆轴4运动过程中的窜动，便于精确控制丝杆轴4的运动行程大小。

本发明实施例还提出了一种电池注液机构，包括：控制装置，包括显示屏和PLC控制器；如上实施例所述的注液装置，注液装置的直线驱动机构与PLC控制器电连接并受PLC控制器控制驱动；电池称重装置，与PLC控制器电连接，用于获取电池的重量信息，并将电池的重量信息发送到PLC控制器。电池称重装置可以获得电池的重量信息并将电池的重量信息发送到PLC控制器，PLC控制器将电池的重量信息与电池注液后预期的重量信息进行数据对比，如果实际重量出现偏差，通过容积公式计算补偿值，再控制步进电机3的脉冲数，来改变活塞头2的运动行程，向电池补充注入注液量差值，从而提高电池的注液精度。

综上所述，这种电池注液机构，具有如下优点：

1－更放心：解决国内外动力电池在注液过程中的卡泵难题，运行流畅绝不卡泵；

2－更大量：为满足动力电池大量注液专项需求，单次注液量可定制提升，1－8路自由搭配；

3－更高效：突破当前行业内注液效率仅为20g/s的瓶颈，最高注液效率高达50g/s；

4－更精准：打破行业现有3‰的技术壁垒；注液精度直线提高至1‰；

5－更智能：全系列智能数字化***，支持I/O通讯模式，自动校准，全闭环检测，可定制化开发；

6－更专业：气动泵、陶瓷泵、动力电池供液***等，全系列提供解决方案；

7－更稳定：粉碎行业30分钟以上的维护耗时，半年内仅需更换密封圈，5分钟以内轻松解决；

8－更安静：全面降噪处理，运行过程无噪音，为用户提供更舒适的工作环境；

9－更省钱：全过程成本控制，综合成本下降50％，为客户带来超高性价比；

10－更安全：无需气源，杜绝因气源水分带来的水分超标隐患，安全可靠。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种注液装置，其特征在于，包括：

泵体(1)，具有容腔及与所述容腔相通的进出液口(111)；

活塞头(2)，紧密贴合在所述容腔内；

直线驱动机构，与所述活塞头(2)连接，用于驱动所述活塞头(2)在所述容腔内做直线往复运动；

三通阀(5)，包括内部具有阀腔的阀体(51)和设于所述阀腔内的阀芯(52)；所述阀腔具有入口(53)、出口(54)和与所述泵体(1)的进出液口(111)相通的连通口(55)；所述阀芯(52)在外力作用下具有封闭所述出口(54)以使所述入口(53)和所述连通口(55)导通的第一状态，以及封闭所述入口(53)以使所述出口(54)和所述连通口(55)导通的第二状态。

2.根据权利要求1所述的注液装置，其特征在于，所述泵体(1)包括活塞套(11)、密封连接在所述活塞套(11)底部的底板(12)、密封连接在所述活塞套(11)顶部的盖板(13)；所述活塞套(11)、所述底板(12)和所述盖板(13)围合形成所述容腔，所述进出液口(111)设置在所述底板(12)上，所述直线驱动机构的作用端穿过所述盖板(13)连接于所述活塞头(2)。

3.根据权利要求1所述的注液装置，其特征在于，所述活塞套(11)采用不锈钢AISI304材料制成。

4.根据权利要求1所述的注液装置，其特征在于，所述活塞头(2)采用不锈钢AISI304材料制成。

5.根据权利要求1所述的注液装置，其特征在于，所述直线驱动机构包括步进电机(3)和贯穿所述步进电机(3)的丝杆轴(4)，所述丝杆轴(4)通过轴连接件(6)连接于所述活塞头(2)，所述步进电机(3)驱动所述丝杆轴(4)沿其轴线方向做往复运动。

6.根据权利要求2所述的注液装置，其特征在于，所述三通阀(5)的连通口(55)连接有接头(7)，所述接头(7)密封连接在所述底板(12)上。

7.根据权利要求1所述的注液装置，其特征在于，所述三通阀(5)为电磁阀。

8.根据权利要求5所述的注液装置，其特征在于，所述丝杆轴(4)为外周具有外螺纹且相对两侧具有铣扁加工面的扁轴。

9.根据权利要求5所述的注液装置，其特征在于，所述丝杆轴(4)的一端通过滚针轴承连接于所述活塞头(2)。

10.一种电池注液机构，其特征在于，包括：

控制装置，包括显示屏和PLC控制器；

如权利要求1－9中任意一项所述的注液装置，所述注液装置的直线驱动机构与所述PLC控制器电连接并受所述PLC控制器控制驱动；

电池称重装置，与所述PLC控制器电连接，用于获取电池的重量信息，并将所述电池的重量信息发送到所述PLC控制器。

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