电池焊接设备及其焊接方法与流程

本发明涉及焊接装备技术领域，尤其涉及一种电池焊接设备及其焊接方法。

背景技术：

随着新能源市场的蓬勃发展，锂离子电池的能量密度不断提高，同时电池的体积也不断增加。常用的矩形电池通常包括相连接的壳体和顶盖，以及容置于壳体内部的多个单体电池，其中壳体和顶盖一般由金属材料制成，以使电池具有较强的抗变形能力，进而提升其安全性。壳体和顶盖可以通过焊接的方式进行连接，常采用激光进行焊接，这种焊接方式的焊接效果好，适合接缝的精密焊接。

常用的矩形电池的焊接方式之一为侧缝焊。在侧缝焊的过程中，需要在电池壳体的侧壁进行焊接。在进行焊接时，利用激光分别焊接侧壁上的侧缝的四条直边，其中每完成焊接一条直边，需要转动电池90°，以焊接下一条直边。采用该种方式进行焊接时，通过延长直边的焊接轨迹以覆盖电池壳体的圆角部分，才能完成圆角的焊接，故此，电池圆角部分的焊接质量不高。另外，采用上述方式进行焊接时，完成一个产品的焊接需要激光机开关四次，同时需要电池转动四次，显然，电池焊接的效率较低。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术缺陷。

技术实现要素：

为此，本发明的一个目的在于提出了一种电池焊接设备，用以解决现有电池的圆角部分焊接质量不高，焊接效率较低的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种电池焊接设备，包括：

固定台，包括基座和固定支架，所述固定支架设置在所述基座上；

第一线性运动装置，设置在所述基座上，所述第一线性运动装置能够带动待焊电池相对所述基座进行线性往复运动；

第二线性运动装置，设置在所述固定支架上；

转动装置，与所述第二线性运动装置连接，所述转动装置能够由所述第二线性运动装置带动以相对所述固定支架进行线性往复运动，所述转动装置的运动方向与所述待焊电池的运动方向垂直；

激光焊接装置，与所述转动装置连接，所述激光焊接装置在所述转动装置的带动下能够相对所述待焊电池转动，并且在所述第一线性运动装置、所述第二线性装置以及所述转动装置的配合下，所述激光焊接装置能够相对所述待焊电池的侧壁移动，且所述激光焊接装置的激光方向始终与所述待焊电池的侧壁垂直。

在一种优选的实施方式中，所述第一线性运动装置包括：第一直线导轨、电池焊接平台以及第一驱动装置，其中所述第一直线导轨和所述第一驱动装置与所述基座相连，所述电池焊接平台与所述第一直线导轨和所述第一驱动装置相连，所述第一驱动装置能够带动所述电池焊接平台沿所述第一直线导轨运动。

在一种优选的实施方式中，所述第一驱动装置包括第一丝杆组件和第一电机，所述第一丝杆组件与所述电池焊接平台相连，所述第一电机驱动所述第一丝杆组件带动所述电池焊接平台运动。

在一种优选的实施方式中，所述电池焊接设备还包括固定夹具，所述固定夹具设置在所述电池焊接平台上，所述固定夹具能够将所述待焊电池固定在所述电池焊接平台上，并且使得所述待焊电池的侧壁的一平面壁与所述待焊电池的运动方向平行。

在一种优选的实施方式中，所述固定夹具包括：支撑架、第一定位壁、第二定位壁、第一定位块以及第二定位块，其中所述支撑架设置在所述电池焊接平台上并具有固定面，所述固定面与所述电池焊接平台相对且间隔设置并设置有开口部；所述第一定位壁和所述第二定位壁设置在所述固定面上且相互垂直，所述第一定位壁或所述第二定位壁的在所述固定面上的延伸方向与所述电池的运动方向平行；所述第一定位块与所述第一定位壁相对且间隔设置并能改变与所述第一定位壁之间的距离，所述第二定位块与所述第一定位壁相对且间隔设置并能改变与所述第二定位壁之间的距离；所述电池能够固定在所述第一定位块、第二定位块、第一定位壁以及第二定位壁围成的区域中，并位于所述开口部内部。

在一种优选的实施方式中，所述第二线性运动装置包括：第二直线导轨、滑动块以及第二驱动装置，其中所述第二直线导轨和所述第二驱动装置与所述固定支架相连，所述滑动块与所述第二直线导轨和所述第二驱动装置相连，所述第二驱动装置能够带动所述滑动块沿所述第二直线导轨运动。

在一种优选的实施方式中，所述第二驱动装置包括第二电机和第二丝杆组件，所述滑动块与所述第二丝杆组件相连，所述第二电机驱动所述第二丝杆组件带动所述滑动块运动。

在一种优选的实施方式中，所述转动装置包括连接件和转动轴，其中所述连接件与所述转动轴和所述激光焊接装置相连，所述激光焊接装置的激光方向与所述转动轴的中心轴线方向垂直，并能够绕所述中心轴线转动。

在一种优选的实施方式中，所述转动装置包括转动轴和连接件，其中所述连接件与所述转动轴相连，所述激光焊接装置与所述连接件相连，所述激光方向与所述转动轴的中心轴线方向垂直，并能够绕所述中心轴线转动。

本发明的另一个目的在于提出一种电池焊接方法，所述电池焊接方法为一种焊接设备对待焊电池实施焊接的方法，所述焊接设备包括：第一线性运动装置、第二线性运动装置、转动装置以及激光焊接装置，所述第一线性运动装置连接有所述待焊电池，在第一线性运动装置的带动下，所述待焊电池能够进行线性往复运动；所述第二线性运动装置与所述转动装置连接，所述第二线性运动装置能够带动所述转动装置进行线性往复运动，所述激光焊接装置与所述转动装置连接，所述激光焊接装置在所述转动装置的带动下能够相对所述待焊电池转动，其中，所述电池焊接方法包括如下步骤：

标示所述激光焊接装置的激光焦点；

调节所述激光焊接装置转动的中心轴线使其与所述激光焦点重合；

根据待焊电池的侧壁的轮廓，导入焊接轨迹；

在整个焊接过程中，调节所述激光焦点使其与所述焊接轨迹重合，并使所述激光焊接装置都在所述激光焦点上焊接，直至焊接完毕。

在一种优选的实施方式中，在焊接过程中，焊接速度为v，所述待焊电池的侧壁的圆角部分的半径为r，所述激光焊接装置的旋转速度ω＝v/4r。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

采用了上述第一线性运动装置、第二线性运动装置以及转动装置之后，电池能够在第一线性运动装置上运动，转动装置能够在第二线性运动装置上运动，激光焊接装置能够在转动装置的带动下绕电池转动。因此在进行焊接时，在第一线性运动装置、第二线性运动装置以及激光焊接装置的联动下使得激光焊接装置沿电池的侧壁运动并始终垂直电池的侧壁进行焊接，实现了激光焊接装装置一次开机，就可完成整个电池的侧壁上的缝隙的焊接。为此提高了焊接的效率，并可以保证焊接速度稳定一致，提高电池圆角部分的焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

其中：

图1为本发明一个实施例中电池焊接设备的立体结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中固定夹具的立体结构示意图；

图4为本发明一个实施例中电池焊接设备的焊接时序图；

图5为本发明一个实施例中焊接方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

需说明的是，该电池焊接设备可以用于矩形锂电池的焊接，当然还可用于其它合适形状的电池的焊接；另外，该电池焊接设备主要用于侧缝焊，当然，还可用于其它合适的焊接方式。

图1示出了本发明一个实施例的结构组成示意图，参照图1在本实施例中，该电池焊接设备主要包括固定台100、第一线性运动装置200、第二线性运动装置300、转动装置400以及激光焊接装置500。如图1所示，固定台100包括基座110和固定支架120，其中固定支架120设置在基座110上，可通过焊接或螺纹紧固件固定在基座110上。固定支架120包括支撑腿部121以及固定部122，其中固定部122固定在两平行放置的支撑腿部121的顶部。再如图1所示，第一线性运动装置200设置在基座110上，第二线性运动装置300设置在固定支架120上，转动装置400与第二线性运动装置300相连，激光焊接装置500与转动装置400相连。

如图1所示，第一线性运动装置200主要包括第一直线导轨210、第一驱动装置220以及电池焊接平台230。第一直线导轨210设置在基座110上，在本实施例中，第一直线导轨210包括两平行且间隔设置的金属导轨。电池焊接平台230放置在第一直线导轨210上并相互配合。第一驱动装置220设置在基座110上，第一驱动装置220包括第一电机221和第一丝杆组件222，其中第一电机221可以为直流电机、步进电机或伺服电机。第一丝杆组件222与第一电机221相连，第一丝杆组件222与电池焊接平台230相连。第一电机221能够驱动第一丝杆组件222转动，进而带动电池焊接平台230以及固定在其上的待焊电池600在第一直线导轨210上进行直线往复运动。如图1所示，其中为了方便描述，定义空间上相互垂直的三个坐标轴分别为x轴、y轴和z轴，其中x轴与y轴为同一水平面相互垂直的两个坐标轴，z轴为竖直方向的坐标轴。电池焊接平台230和待焊电池600的运动方向与x轴延伸方向相同。在其他实施例中，也可采用同步带轮的方式代替第一丝杆组件222带动待焊电池600在第一直线导轨210上运动。

如图1至图3所示，在本实施例中，第一线性运动装置200还包括固定夹具240，固定夹具240设置在电池焊接平台230上。在本实施例中，固定夹具240包括支撑架241、第一定位块243、第二定位块244、第一定位壁245以及第二定位壁246。支撑架241通过固定装置与电池焊接平台230相连并具有固定面242、，固定面242与电池焊接平台230的顶部相对且间隔设置。第一定位壁245和第二定位壁246相互垂直设置在固定面242上，其中第一定位壁245或第二定位壁246在固定面242上的延伸方向与待焊电池600的运动方向平行。

即在本实施例中，相应的，第一定位壁245和第二定位壁246分别延x轴和y轴设置。第一定位块243与第一定位壁245相对且间隔设置，并且第一定位块243能够改变其与第一定位壁245之间的距离。在本实施例中，第一定位块243设置有与螺纹杆连接的活动装置，通过旋拧相应的螺纹杆，控制第一定位块243与第一定位壁245之间的距离。此外，在固定面242上还设置有第二定位块244，其中第二定位块244与第二定位壁246相对且间隔设置，第二定位块244的结构与第一定位块243的结构类似，同样能够改变其与第二定位壁246之间的距离。

在使用中，将待焊电池600侧壁的两相互垂直的平面壁与第一定位壁245和第二定位壁246相抵持，同时调整第一定位块243和第二定位块244，使得二者分别向第一定位壁245和第二定位246壁移动，以在x轴的方向和y轴的方向上夹持待焊电池600，将待焊电池600固定在第一定位块243、第二定位块244、第一定位壁245和第二定位壁246所形成的区域中。由于待焊电池600具有一定的高度，不易于夹持固定。因此，在固定面242上设置有开口部247，待焊电池600固定时可部分放置于开口部247中，并可以与电池焊接平台230抵持，进而实现在z轴方向的限位，同时节约空间。

如图1和2所示，第二线性运动装置300与第一线性运动装置200相似，主要包括：第二直线导轨310、第二驱动装置320以及滑动块330。第二直线导轨310和第二驱动装盒子都设置在固定部122上。第一直线导轨210包括两平行且间隔设置的金属导轨，滑动块330放置在第二直线导轨310上并相互配合。在本实施例中，第二驱动装置320包括第二电机321和第二丝杆组件322，其内部连接方式和构建组成可参考前述第一驱动装置220。第二电机321能够驱动第二丝杆组件322转动，进而带动滑动块330在第二直线导轨310上进行直线往复运动。

如图1和2所示，转动装置400设置在滑动块330上，在第二线性运动装置300的带动下，能够沿y轴运动。转动装置400其内部可以由电机和减速器构成，其向外部延伸有转动轴410。转动轴410沿z轴方向延伸，并可绕z轴转动。在本实施例中，转动装置400包括连接件420和转动轴410，其中，连接件420与转动轴410相连，并相对z轴方向垂直。激光焊接装置500与连接件420相连，在转动装置400的带动下，可绕z轴转动。在本实施例中，激光焊接装置500为激光焊接头，并配置有保护气体装置，其中保护气体装置可通入二氧化碳等保护气体。

如图1至图4所示，在焊接过程中，先将待焊电池600在xy平面上固定，根据所需焊接的待焊电池600的外部轮廓设置相应的焊接轨迹700，在本实施例中，先从从待焊电池600侧壁上的a端进行焊接，顺时针完成焊接。如图4所示，在整个过程中焊接速度vh均保持一致，并且激光焊接装置500的激光方向始终与待焊电池600的侧壁上的接缝垂直。进行焊接时，先保证激光方向与y轴方向平行，此时第一线性运动装置200带动待焊电池600沿x方向以速度vx运动，完成a端至b端的焊接。进一步地，第一线性运动装置200和第二线性运动装置300一同运动，同时激光焊接装置500绕z轴以一定角速度ωz转动，使得在焊接过程中激光方向始终与待焊电池600的侧壁的圆角部分bc垂直。进一步地，激光方向与x轴平行，第二线性运动装置300带动激光焊接装置500沿y轴以速度vy运动，完成c端至d端的焊接。进行上述焊接循环，完成其余焊接轨迹700的焊接，具体过程在此不予赘述。

综上所述，如图5所示，在一实施例中，利用以上实施例中的焊接设备对待焊电池进行焊接的方法包括如下步骤：

s1：标示激光焊接装置500的激光焦点；

s2:调节激光焊接装置500转动的中心轴线使其与激光焦点重合；

s3:根据待焊电池600的侧壁的轮廓，导入焊接轨迹700；

s4：在整个焊接过程中，调节激光焦点使其与焊接轨迹700重合，并使激光焊接装置500都在激光焦点上焊接，直至焊接完毕。

在焊接的过程中可打开保护气装置以通入保护气完成焊接。在本实施例中，根据焊接轨迹700，第一线性运动装置200、第二线性装置300以及转动装置400的配合下，激光焊接装置500能够相对待焊电池600的侧壁移动，并且激光焊接装置500的激光方向始终与侧壁垂直。

其中在焊接过程中，焊接速度为v，待焊电池600的圆角半径为r，激光焊接装置500的旋转速度ω＝v/4r。

根据以上可以理解地，使用以上焊接设备和焊接方法进行电池焊接的时候，特别是进行矩形电池的焊接时，激光焊接装置500只需要一次开机，便可完成整个侧缝的焊接，提高焊接的效率。同时通过电机的控制，可以保持焊接速度一致，实现较高的焊接质量。在对待焊电池的侧壁的圆角部分进行焊接时，可以保证激光方向始终与侧壁垂直，利于提高圆角部分的焊接质量，避免离焦、存在焊缝搭接接头等不良现象的发生。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。