CN117438633B - 电芯模组倒扣压装生产线及电芯模组压装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电芯模组倒扣压装生产线及电芯模组压装方法，采用倒扣的方式将电芯模组压装到合装托盘当中，包括传输单包电芯的模组输送模块、传输合装托盘的托盘输送模块、将模组压入合装托盘的模组顶升模块、在模组顶升模块工作时对单包电芯的顶部进行支撑的压装定位模块。本发明提供的电芯模组倒扣压装生产线具有较强的紧凑性，功能实用，结构稳定、效率高、成本低、安全性高，能够满足客户产能需求。

Description

电芯模组倒扣压装生产线及电芯模组压装方法

技术领域

本发明涉及一种电池模组生产设备，具体是一种电芯模组倒扣压装生产线及电芯模组压装方法。

背景技术

在新能源电池的生产过程中，会将两包或三包单包电芯压合到一个合装托盘内组合成一个大的电池模组，使电池模组续航时间更长。合装托盘内的双包或三包模组内可配置不同的电芯配方组合使用，因此组合后的电池模组比普通的单包电芯使用的寿命更长，具有高存储电量的优点。

合装托盘中单包电芯的拼装是一道非常重要的工艺，如图1与图2所示，多包电芯模组组装在合装托盘51内，单包电芯50的四角位置共有四个可以转动的锁轴52，合装托盘51对应锁轴52的位置设置有四个定位锁扣53，在拼装时需要将锁轴52卡入锁扣53当中，通过锁轴52的转动锁定单包电芯50在合装托盘51中的位置。锁轴52与锁扣53的配合直接影响拼装托盘的成品质量，单包电芯50的组装需要将四个锁轴52同时压入定位锁扣53中，以保证压装一致性，而四个锁轴52的同时压装存在定位困难的问题。

现有技术中，单包电芯50在合装托盘51中的拼装是依靠半自动半人工的方式实现：固定合装托盘51的位置，通过压装工站的机械手抓取单包电芯50，人工手动控制单包电芯50的水平XY轴，对准每个锁轴52的点位后再通过压装工站控制单包电芯50的竖直移动。多个锁轴52的人工定位易存在误差，一旦未对准压装点位，锁轴52端会在下压过程中翘起造成产品偏移损坏，降低成品的良品率，定位过程中的每个调整操作也会影响整个压装工艺的生产效率；此外较大的电芯模组需要两个人同时操作，需要额外的人工成本；同时压装工站的工作压力能够达到1吨，也有可能对工作人员的人身安全和电芯模组造成损害。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：包括传输单包电芯的模组输送模块、传输合装托盘的托盘输送模块、将模组压入合装托盘的模组顶升模块、在模组顶升模块工作时对单包电芯的顶部进行支撑的压装定位模块；

所述模组输送模块包括传输单包电芯的模组轨道与支撑单包电芯的模组支撑板，所述模组支撑板由模组驱动单元带动沿模组轨道水平移动；

所述托盘输送模块包括传输合装托盘的托盘轨道以及支撑合装托盘的托盘支撑架，所述托盘轨道设置于模组轨道的上方，所述托盘支撑架由托盘驱动单元带动沿托盘轨道往复移动；

所述模组顶升模块设置于模组支撑板的下方，包括可竖直升降的顶升支撑单元，所述顶升支撑单元包括与单包电芯底部相接的安装台；

所述压装定位模块设置于托盘支撑架的上方，包括可竖直升降的压装支撑板，所述压装支撑板的底部设置有多个对单包电芯的顶部输出推压力的压板。

进一步地，所述模组输送模块并列设置为至少两组，所述托盘轨道横跨各组模组轨道；

每组模组轨道的底部各设置有一组模组顶升模块。

进一步地，所述压装定位模块还包括与托盘轨道同向设置的压装轨道和滑动连接于压装轨道上的压装固定板；

所述压装固定板上设有带动压装支撑板竖直升降的升降单元。

进一步地，所述模组支撑板、托盘支撑架、压装固定板各通过齿轮传动机构与设置在所述模组轨道、托盘轨道、压装轨道上齿条啮合传动；

进一步地，所述顶升支撑单元还包括机台和支撑台，所述支撑台与安装台之间设置有柔性支撑单元，使安装台处于浮动状态；

所述机台设置有顶升驱动单元，所述支撑台连接在所述顶升驱动单元的顶升输出端。

进一步地，所述柔性支撑单元包括设于支撑台上的连接盘与设于连接盘中心的支撑部，所述支撑部的顶部连接有柔性连接块，所述安装台上设有与所述柔性连接块相配合的连接孔；所述连接盘与支撑部之间设有推力球轴承。

进一步地，模组顶升模块还包括锁定安装台浮动状态的锁定单元，所述锁定单元包括竖直设于支撑台上的定位气缸与设于安装台上的定位孔，所述定位气缸的输出轴能够伸入连接孔当中。

进一步地，在托盘轨道的下方还设置有防错单元，所述防错单元位于托盘轨道的末端，包括检测板与设于检测板上的多个检测元件，所述检测元件的位置与合装托盘上锁扣的位置相互对应。

本发明还提供一种利用上述电芯模组倒扣压装生产线对电芯模组进行压装的方法，包括如下步骤：

分别利用模组轨道和托盘轨道将单包电芯和合装托盘运输到组装工位；

利用模组顶升模块支撑模组轨道上的单包电芯的底部并将单包电芯顶升至合装托盘内完成拼装；

利用压装定位模块上的压板抵住单包电芯的顶部，在拼装过程中对单包电芯持续施加压紧力。

进一步地，对拼装完的合装托盘的压装位置进行检测，并将检测完的合装托盘吊装至目标位置。

本发明采用倒扣的方式将电芯模组压装到合装托盘当中，包括传输单包电芯的模组输送模块、传输合装托盘的托盘输送模块、将模组压入合装托盘的模组顶升模块、在模组顶升模块工作时对单包电芯的顶部进行支撑的压装定位模块。

相比于现有技术中的正装压装方式，倒扣压装方式具有以下优点：1、锁扣在上，锁轴在下，锁轴相上移动时的安装成功率更高；2、对于尺寸较大的产品，正装需要设计较大的压装工站，而较大压装工站则会带来更大的风险，而倒扣压装可以做的更小巧；3、正装工艺当中，合装托盘依靠的是机架或者地面提供支撑，过大的压装压力会造成产品损伤，而倒扣压装中是利用压装定位模块对单包电芯进行支撑，能够有效降低压装过程中产生的压力。

实施例中每个模块的水平移动均是通过齿轮齿条结构进行传动，各个模块的竖直升降均是通过丝杠结构进行升降传动，通过各个检测元件的监控，能够达到非常高的自动化运行，而减少人工的参与，具有较强的安全性。

在实施例中，本发明还提供了模组顶升模块中的一种柔性支撑单元的结构，能够使单包电芯在倒扣压装的过程中自动找寻锁扣的位置，使电芯模组四角上的锁轴同时柔性压装到锁扣当中，有效地保持了电芯模组倒扣压装时的一致性，从而提高产品的良品率和产率。

附图说明

图1是单包电芯与合装托盘的结构示意图；

图2是锁轴和锁扣的配合示意图；

图3是本发明电芯模组倒扣压装生产线的结构示意图；

图4是本发明电芯模组倒扣压装生产线的主视图；

图5是模组输送模块的结构示意图；

图6是模组输送模块上齿轮齿条传动结构的示意图；

图7是合装托盘在托盘输送模块上的示意图；

图8是图7中B处吊环的位置示意图；

图9是托盘输送模块的俯视图；

图10是托盘输送模块上防错单元的结构示意图；

图11是托盘输送模块的结构示意图；

图12是托盘输送模块中齿轮齿条传动结构的示意图；

图13是模组顶升模块的结构示意图；

图14是顶升驱动单元的结构示意图；

图15是柔性支撑单元与顶升支撑单元的结构示意图；

图16是柔性支撑单元的结构示意图；

图17是检测单元的结构示意图；

图18是压装定位模块的主视图；

图19是压装定位模块的结构示意图；

图20是各压装部件的位置示意图。

附图标记：模组输送模块10、模组轨道11、模组支撑板12、第一旋转电机13、第一传动齿条14、第一传动齿轮15；

托盘输送模块20、托盘轨道21、托盘支撑架22、托盘支撑板23、吊环24、第二传动齿条25、第二传动齿轮26、检测板27、检测元件28、第二旋转电机29；

模组顶升模块30、顶升支撑单元31、柔性支撑单元32、顶升驱动单元33、锁定单元34、检测单元35、安全杠36、机台311、支撑台312、安装台313、导向销314、压装块315、连接盘321、支撑部322、柔性连接块323、连接孔324、推力球轴承325、螺杆顶升机331、伺服电机332、换向减速器333、第一导向柱334、第一导向杆335、定位气缸341、定位孔342、传感器安装座351、接近传感器352、检测片353；

压装定位模块40、压装支撑板41、压板42、压装轨道43、压装固定板44、第三传动齿条45、第三旋转电机46、第三传动齿轮47、升降单元48、传动杆481、第四旋转电机482、第二导向柱483、第二导向杆484；

单包电芯50、合装托盘51、锁轴52、锁扣53、导向块54。

具体实施方式

本发明的目的在于将多个单包电芯50模组压装到合装托盘51当中，如图3与图4所示的电芯模组倒扣压装生产线，包括至少两组传输单包电芯50的模组输送模块10、传输合装托盘51的托盘输送模块20、将模组压入合装托盘51的模组顶升模块30、在模组顶升模块30工作时对单包电芯50的顶部进行支撑的压装定位模块40。

本发明采用倒扣压装的方式对多个电芯模组进行组装，分别利用模组输送模块10和托盘输送模块20将单包电芯50和合装托盘51输送到待组装位置；合装托盘51位于单包电芯50的上方，通过模组顶升模块30将单包电芯50顶入合装托盘51当中，压装定位模块40的作用是在压装过程中为单包电芯50提供支撑，以降低模组的拼装压力。对比于正向模组压装，倒扣压装的锁轴52位置在下，锁扣53位置在上，模组的安装成功率更高；同时模组顶升模块30形成倒扣压装的压装工站，由于模组顶升模块30设置在下方，依靠地面或者机架提供支撑，能够大幅度提高压装的稳定性，因此设计倒扣压装的结构能够有效提高压装过程中的安全性能。

如图5与图6所示，两组单包电芯50分别连接在一组模组输送模块10上等待组装。所述模组输送模块10包括传输单包电芯50的模组轨道11与支撑单包电芯50的模组支撑板12，模组轨道11水平设置，模组支撑板12带着单包电芯50沿模组轨道11移动至压装位置。实施例中的模组支撑板12由模组驱动单元驱动移动，所述模组驱动单元包括在沿模组轨道11侧边设置的第一传动齿条14，模组支撑板12的侧边设置有与第一传动齿条14相啮合的第一传动齿轮15，所述第一传动齿轮15连接在第一旋转电机13的输出轴上，以实现单包电芯50的移动。模组支撑板12的中部中空设置，方便后述的模组顶升模块30直接与单包电芯50的底部相接触。

如图7与图8所示，所述托盘输送模块20包括传输合装托盘51的托盘轨道21以及支撑合装托盘51的托盘支撑架22，所述托盘轨道21设置于模组轨道11的上方并跨越各个模组轨道11。实施例中的托盘轨道21方向和模组轨道11的方向相垂直，模组轨道11与托盘轨道21于水平面相交的位置即为电池模组的拼装工位。单包电芯50沿模组轨道11移动到拼装工位，合装托盘51在各个拼装工位之间移动，从而完成电芯模组的合装。

如图9至图11所示，在本实施例中，对应单包电芯50的数量，合装托盘51上设置有两组模组安装位，需要压装的锁扣53分别位于模组安装位侧边的底部，也可根据实际需求增加模组安装位的数量。托盘支撑架22由多个托盘支撑板23围合而成，将合装托盘51搭在托盘支撑板23上，即可起到支撑合装托盘51的作用，托盘支撑板23围合的中部为压装定位模块40的工作提供移动空间。合装托盘51的侧边还固定设置有吊环24，在合装完毕后，通过外部的吊机将装载有多包模组的合装托盘51传输到其他工位。托盘支撑架22对应吊环24的位置设置有吊环24定位座，以固定合装托盘51在托盘支撑架22上的位置。

如图12所示，与模组输送模块10类似，托盘输送模块20也是采用齿轮啮合结构的托盘驱动单元带动完成托盘支撑架22在托盘轨道21上的移动，在托盘轨道21的两侧设置沿托盘轨道21延伸的第二传动齿条25，在托盘支撑架22的侧边设置由第二旋转电机29驱动的第二传动齿轮26，第二传动齿轮26与第二传动齿条25相啮合，带动托盘支撑架22移动。

模组输送模块10的末端即为模组压装的等待工位，在每组等待工位的底部各设置有模组顶升模块30。所述模组顶升模块30包括在顶升过程中为单包电芯50的下部提供定位和支撑的顶升支撑单元31、带动顶升支撑单元31及顶升支撑单元31上的单包电芯50竖直位移并使单包电芯50装入合装托盘51中的顶升驱动单元33。

如图13至图16所示，所述顶升支撑单元31包括自下至上依次设置的机台311、支撑台312与安装台313，安装台313为模组输送模块10上的单包电芯50提供支撑，支撑台312上设置有柔性支撑单元32并通过柔性支撑单元32与所述安装台313相连，所述柔性支撑单元32为安装台313提供柔性支撑力，使安装台313能够在水平平面对电芯模组的安装位置做浮动调整。

安装台313的端部设置有定位单包电芯50位置的导向销314，所述导向销314能够与单包电芯50上的导向块54相配合，***单包电芯50当中。安装台313的上部端面设有多个压装块315，以对电芯模组提供支撑。

顶升驱动单元33设置于安装台313的底部，机台311为顶升驱动单元33提供支撑。本实施例中，所述顶升驱动单元33采用螺杆顶升机331构，包括设于机台311上的螺杆顶升机331，所述螺杆顶升机331的螺杆输出端与支撑台312的底部相连。螺杆顶升机331为两组，分别位于支撑台312的两侧；所述螺杆顶升机331的动力输入端设有伺服电机332并通过换向减速器333与伺服电机332传动连接。伺服电机332传递旋转动力至螺杆顶升机331，使螺杆顶升机331的螺杆带动支撑台312竖直移动。机台311上还设有多组辅助导向支撑台312竖直移动的第一导向柱334，所述支撑台312对应第一导向柱334的位置设置有第一导向杆335，所述第一导向杆335滑动连接于第一导向柱334。

如图15与图16所示，所述柔性支撑单元32包括设于支撑台312上的连接盘321与设于连接盘321中心的支撑部322，所述支撑部322的顶部连接有柔性连接块323，所述安装台313上设有与所述柔性连接块323相配合的连接孔324；所述连接盘321与支撑部322之间设有推力球轴承325。所述安装台313由支撑部322提供支撑并与设于支撑部322上的柔性连接块323相连，从而在安装台313上升过程中能够使安装台313相对于支撑台312浮动调整位置。

还设有锁定安装台313位置的锁定单元34，以固定安装台313和支撑台312之间的相对位置，防止安装台313继续浮动。所述锁定单元34包括竖直设于支撑台312上的定位气缸341与设于安装台313上的定位孔342，所述定位气缸341的输出轴能够伸入连接孔324当中以锁定安装板的位置，输出轴脱离定位孔342后解除对安装板的锁定。

如图17所示，本实施例还设置有监控顶升驱动单元33升降高度的检测单元35，包括竖直设于机台311上的传感器安装座351，传感器安装座351上设有多个接近传感器352；支撑台312的下端安装有多个配合所述接近传感器352的检测片353。将接近传感器352设置于顶升驱动单元33行程的最高点与最低点，通过接近传感器352反馈的信息判断支撑台312当前所在位置，从而控制顶升驱动单元33的顶升时机。

在机台311的两侧还设置有安全杠36，维护设备时在安全杠36上安装维修替罪羊，能够防止机构掉落意外，对维护人员的人身安全造成威胁。

如图18与图19所示，所述压装定位模块40包括位于托盘支撑架22上方的压装支撑板41、设于压装支撑板41的多个压板42、带动所述压装支撑板41竖直移动的压装移动单元。通过上述对托盘支撑架22的描述可以看出，在合装托盘51压装之前，托盘支撑架22仅会受到合装托盘51自身的重力影响；合装托盘51压装完毕，托盘支撑架22会承受电池模组和合装托盘51的自重。而在压装过程中，压板42的位置和合装托盘51上模组安装位相互对应，压板42抵住单包电芯50的背面，辅助托盘支撑架22对合装托盘51进行支撑，防止过大的压力将合装托盘51或者托盘支撑架22压坏。

压装移动单元包括与托盘轨道21同向设置的压装轨道43和滑动连接于压装轨道43上的压装固定板44，压装轨道43上同样设置齿轮啮合结构，在压装轨道43的两侧设置沿压装轨道43延伸的传动齿条，在压装固定板44的侧边设置由旋转电机驱动的传动齿轮，传动齿轮与传动齿条相啮合，带动压装固定板44水平移动，以配合托盘支撑架22到达拼装位置。

所述压装移动单元还包括设置在压装固定板44上的升降单元48，压装轨道43用于带动压板42水平移动，升降单元48则用于带动在竖直平面移动。在本实施例中，所述升降单元48采用电机丝杠结构，包括连接在压装固定板44上的传动杆481与连接在传动杆481驱动端的旋转电机，所述压装支撑板41连接在升降单元48的输出端，通过传动杆481将旋转电机的旋转动力转化为压装支撑板41的升降能力。压装固定板44上还设有多组辅助导向压装支撑板41竖直移动的第二导向柱483，所述支撑台312对应第二导向柱483的位置设置有第二导向杆484，所述第二导向杆484滑动连接于第二导向柱483。

本实施例中，在托盘轨道21的下方还设置用于监测合装托盘51锁扣53扣合是否到位的防错单元，所述防错单元位于托盘轨道21的末端，包括检测板27与设于检测板27上的多个检测元件28，检测元件28的位置与合装托盘51锁扣53的位置相互对应。

结合图20，本实施例的工作过程如下：单包电芯50由模组输送模块10输送到等待工位，合装托盘51由托盘输送模块20输送到拼装工位。检测到合装托盘51到位后，模组顶升模块30启动，将单包电芯50顶入合装托盘51当中；模组顶升模块30当中的柔性支撑单元32能够自动对锁轴52和锁扣53的位置进行对位，使锁轴52压入到锁扣53当中，完成单包电芯50位置的固定；压装定位模块40在整个压装过程中抵住单包电芯50的背面，为压装工艺提供支撑。合装托盘51与压板42分别通过托盘轨道21和压装轨道43移送到各个压装位置，依次完成各个单包电芯50的拼装。拼装完毕的合装托盘51继续通过托盘输送模块20移动，在放错单元对锁扣53的位置进行检测，检测合格的产品由外部的吊装设备移送到目标位置。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：包括传输单包电芯（50）的模组输送模块（10）、传输合装托盘（51）的托盘输送模块（20）、将模组压入合装托盘（51）的模组顶升模块（30）、在模组顶升模块（30）工作时对单包电芯（50）的顶部进行支撑的压装定位模块（40）；

所述模组输送模块（10）包括传输单包电芯（50）的模组轨道（11）与支撑单包电芯（50）的模组支撑板（12），所述模组支撑板（12）由模组驱动单元带动沿模组轨道（11）水平移动；

所述托盘输送模块（20）包括传输合装托盘（51）的托盘轨道（21）以及支撑合装托盘（51）的托盘支撑架（22），所述托盘轨道（21）设置于模组轨道（11）的上方，所述托盘支撑架（22）由托盘驱动单元带动沿托盘轨道（21）往复移动；

所述模组顶升模块（30）设置于模组支撑板（12）的下方，包括可竖直升降的顶升支撑单元（31），所述顶升支撑单元（31）包括与单包电芯（50）底部相接的安装台（313）；

所述压装定位模块（40）设置于托盘支撑架（22）的上方，包括可竖直升降的压装支撑板（41），所述压装支撑板（41）的底部设置有多个对单包电芯（50）的顶部输出推压力的压板（42）。

2.如权利要求1所述的电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：所述模组输送模块（10）并列设置为至少两组，所述托盘轨道（21）横跨各组模组轨道（11）；

每组模组轨道（11）的底部各设置有一组模组顶升模块（30）。

3.如权利要求2所述的电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：所述压装定位模块（40）还包括与托盘轨道（21）同向设置的压装轨道（43）和滑动连接于压装轨道（43）上的压装固定板（44）；

所述压装固定板（44）上设有带动压装支撑板（41）竖直升降的升降单元。

4.如权利要求3所述的电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：所述模组支撑板（12）、托盘支撑架（22）、压装固定板（44）各通过齿轮传动机构与设置在所述模组轨道（11）、托盘轨道（21）、压装轨道（43）上齿条啮合传动。

5.如权利要求1所述的电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：所述顶升支撑单元（31）还包括机台（311）和支撑台（312），所述支撑台（312）与安装台（313）之间设置有柔性支撑单元（32），使安装台（313）处于浮动状态；

所述机台（311）设置有顶升驱动单元（33），所述支撑台连接在所述顶升驱动单元（33）的顶升输出端。

6.如权利要求5所述的电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：所述柔性支撑单元（32）包括设于支撑台（312）上的连接盘（321）与设于连接盘（321）中心的支撑部（322），所述支撑部（322）的顶部连接有柔性连接块（323），所述安装台（313）上设有与所述柔性连接块（323）相配合的连接孔（324）；所述连接盘（321）与支撑部（322）之间设有推力球轴承（325）。

7.如权利要求6所述的电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：模组顶升模块（30）还包括锁定安装台（313）浮动状态的锁定单元（34），所述锁定单元（34）包括竖直设于支撑台（312）上的定位气缸（341）与设于安装台（313）上的定位孔（342），所述定位气缸（341）的输出轴能够伸入连接孔（324）当中。

8.如权利要求1所述的电芯模组倒扣压装生产线，其特征在于：在托盘轨道（21）的下方还设置有防错单元，所述防错单元位于托盘轨道（21）的末端，包括检测板（27）与设于检测板（27）上的多个检测元件（28），所述检测元件（28）的位置与合装托盘（51）上锁扣（53）的位置相互对应。

9.一种电芯模组压装方法，其特征在于：利用如权利要求1-8任一所述的电芯模组倒扣压装生产线对电芯模组进行压装，包括如下步骤：

分别利用模组轨道（11）和托盘轨道（21）将单包电芯（50）和合装托盘（51）运输到组装工位；

利用模组顶升模块（30）支撑模组轨道（11）上的单包电芯（50）的底部并将单包电芯（50）顶升至合装托盘（51）内完成拼装；

利用压装定位模块（40）上的压板（42）抵住单包电芯（50）的顶部，在拼装过程中对单包电芯（50）持续施加压紧力。

10.如权利要求9所述的一种电芯模组压装方法，其特征在于：对拼装完的合装托盘（51）的压装位置进行检测，并将检测完的合装托盘（51）吊装至目标位置。