锂离子动力电池高速自动套管设备结构设计

梁堂文

摘要: 为了保证锂电池套管安全生产自动化的实现，满足市场对锂离子动力电池自动套管设备所提出高生产效率需求，因此在本文当中借助多工序并行原理，将多个电池进行整合，从而设计自动上下料以及胶管、放料、输送系统等，以此来实现自动化生产加装垫片、套胶管、锂电池成品输出等生产工序。通过这样的方式，不仅可以提升设备的生产速度，同时也可促使每分钟的生产量达到120个以上。

关键词：锂离子动力电池；高速；自动套管；结构设计

引言：近年来，锂电池在电子消费品市场风生水起。其不仅能够满足产品高能量的消耗，同时也能够延长产品使用寿命。但是目前国内企业却面临着劳动力匮乏、用工成本消耗过大的问题。为对此类问题进行改善，同时满足市场对锂电池设备生产需求，需要借助锂离子动力电池高速自动套管自动化设备，提升锂电池生产效率和数量。

锂离子动力电池套管机的主要作用，是为了保护电池裸品。该套设备会借助合理自动套管方式，在电池的外围套上PET胶管套，然后再对热缩管进行加热，使其能够紧贴在电池外，起到良好的绝缘作用。高效实用的锂离子动力电池自动套管工艺，不仅能够降低设备生产成本，同时也为套管产品质量保驾护航，以此工艺为基础，在本文当中结合三菱PLC，展开了对锂离子动力电池18650高速自动套管设备以及自动控制系统的研究。

一、高速自动套管设备方案设计

在本文当中，主要研究对象为1865型圆柱形锂离子动力电池，其主要研究过程为：在电池的正端放入绝缘垫片，然后在电池的外围用PVC膜将整个电池进行包裹，以此来完成整个套管过程。

一般锂离子动力电池高速自动套管设备有两个工作结构以及五个子系统组成。工作结构主要指的是转位和校正机构。为了提升自动套管设备的套管速度和套管效率，需要将整个套管工艺划分为多个工序系统，包括电池的自动上下料、胶管热收缩垫片输送系统等。设计高速自动套管设备方案，需要借助转位机构连接主转盘和热缩转盘，主转盘负责套胶管以及上传垫片工作，而热缩转盘主要负责收缩胶热管工序，两者之间相互配合，从而完成整体套管工作^[1]。

锂离子动力电池高速自动套管工艺流程

二、高速自动套管设备的结构设计

（一）自动上料系统

自动上料系统主要分为两个部分，首先是上料皮带机构，该机构的主要作用是在电机的驱动下，用推块机构传达裸离电子电池；而另一部分推广机构主要作用是帮助裸露电池上料，其运动主要依靠气缸推动。下图为上料推块机构。其组成部分包含气缸1以及气缸2、固定块1和2、U型快推等。当裸露的锂离子电池被上料机传送到推块机构后，气缸1和气缸2会推动U形推块，将电池夹在中间,，并利用推杆作用将其传送至主转盘两端待上料电池位置，以此来完成自动上料系统过程。当上料动作结束之后，气缸1和气缸2就会恢复原状，而留在中间的电池则等着下一次的上料动作发生^[2]。

2. 胶管放料输送系统

本文所设计的高速自动套管设备，拥有两套胶管放料输送系统。该系统原料为胶管卷料，借助相关机构，例如切断机构、定长送料机构，将不同机构关联，相互配合，从而可以将其套在裸露的锂离子动力电池外围。整个系统当中，核心组件为中心导柱。该导柱端部是比较扁尖的鱼尾形状，其主要作用是可以为套管导向，同时也可以将胶管撑开，使胶管膨胀变形。在经过切断机构之后，胶管会被按照一定的长度切断，向下运动到自主转盘当中，从而被套在电池的外壳表面，以此完成锂离子电池自动套胶管整体过程。

（三）垫片成形及输送系统

当锂离子电池完成套胶管工序之后，便会进入垫片工序。其整个垫片成型及输送系统环节包括绝缘片卷料定长送料、取、放垫片以及绝缘垫片冲制工序。其整个系统的核心机构为绝缘垫片取放机构，垫片的取放工序便是借助此机构中，圆盘上的取垫片和放垫片固定压块完成的。需要注意的是，两种不同固定压块，是由不同零部件组成的。前者主要由梯形固定圆台构成，而后者需要借助滑套的上下动作从而完成压动过程^[3]。

整个系统的输送流程为：T形固定圆台会在取垫片固定压块作用下，向下运动，促使取杆端部进入冲裁模具，套取环形绝缘垫片。这时可以将放垫片固定压块放置在升降圆盘之上，从而催动滑套和取杆之间做相对运动，以便能够从端部顺利取出绝缘垫片，并将垫片放置在电池正极端，完成整个系统的垫片成型和输送过程。

（四）转位机构

转位机构的主要工作原理为借助自行转动的齿轮1和齿轮2，移动电池于转位齿轮1位置上，这时在齿轮上的磁铁会直接吸住电池，同时随着齿轮1的转动，电磁会在挡块的阻挡之下，进入到缓冲皮带，然后再将皮带运输传送至此轮2位置，再次经过此轮2的输送，从而到达热缩转盘位置，至此便完成电池由主转盘向热缩转盘转移的过程。

（五）校正机构

该机构的主要作用是能够校正电池水平位置和多余的长度相，以及胶管的位置，进行校正的主要目的是为了后续胶管热收缩工作能够顺利完成。校正热缩转盘电池位置，需要依靠槽轮机构。其主要工作原理为：当两个槽轮遇到支撑件之后，受两者之间摩擦力影响，槽轮会带动电池沿水平方向移动，从而将电池运送到两个槽轮中间的校正工位，完成整体的电池水平位置校正过程；而校正电池外壳表面垂直位置，我们需要运用压块机构。校正电池外壳表面垂直位置过程为：当压块机构处于关闭状态时，压块机和胶管上端之间的距离较长，但是当压块机处于开启状态之后，压块会压动胶管迅速向下运动，当到达校正位置之后会停止运动，向上返回至最初位置

^[4]。

（六）胶管热收缩系统

当胶管受热之后，会进行自行压缩，从而能够稳固的包裹在电池外壳表面。该系统的主要工作原理为：当整个支撑机构在皮带的作用下进行自转时，也会促使电池在加热机构当中做自转运动，通过加热炉能使其受热均匀，锂电池由校正机构传送至热收缩转盘，从而使电池在加热管的作用下受热，中间部分和顶端部分开始收缩，而当支撑机构到达B位置时，停止自转，从而能够完成胶管加热时连续送料过程^[5]。

三、结论

综上所述，本文通过探究锂离子动力电池高速自动套管工艺不同流程，可以得出所设计的锂离子自动套管设备自动上料系统，可以有效提升自动上料效率；同时运用两套胶管放料输送系统，可以双重保障套胶管工序的运行；运用两个齿轮，以此来平衡转位机构的速度，同时加快热缩转盘运行，增大热缩炉尺寸，从而保证热缩时间的充足性。

参考文献：

[1]黄干．18650锂电池自动检测线研发及关键部件研究[D].杭州: 浙江大学，2017．

[2]梁凯恩．锂离子动力电池套管机关键机构及控制系统设计与研究[D].广州: 华南理工大学，2013．

[3]夏琴香，李志伟，李尤祥，等．锂离子电池自动套管设备工作系统各机构设计[J].现代制造工程，2014(9) : 126－129．

[4]梁凯恩，夏琴香，李尤祥，等．基于MARC的锂离子电池套胶管机构的优化设计[J].机床与液压，2015，43(4) : 1－4．

[5]夏琴香，曹宝华，李尤祥，等．锂离子电池自动套管加热机构的优化设计[J].机械设计与制造，2014(3) : 1－4．

作者简介：梁堂文，1989年10月，汉族，籍贯：山东聊城市 ，研究生学历，主要从事机械设计研发工作。