新能源电池电堆装配生产工艺及生产线

技术领域

本发明属于新能源电池电堆自动化装配检测的技术领域，尤其涉及一种新能源电池电堆装配生产工艺及生产线。

背景技术

在新能源储能领域，不同于锂电成熟的工艺，液流电池技术因其起步相对较晚，现有的液流电池电堆装配，主要以人工装配方式，极个别采用单机装配，单工位组装效率不高，安装精度难以保证，整体协同装配能力差，同时由于电堆装配零件件较多，重复堆叠工作较为复杂，使得操作者在手工组装或者最终合装时，劳动强度高，产品一致性较差。随着液流电池的发展，大容量高功率大体积的趋势愈加明显，这就使得自动化智能化装配愈加必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源电池电堆装配生产工艺及生产线，从产品的上料、装配、检测、工件流转等步骤全程实现了自动化，解决产品装配质量不稳定的问题，提高了产线运行效率。采用的技术方案如下：

一种新能源电池电堆装配生产工艺，包括以下步骤：

步骤1、上线螺母一401、垫圈402及端板A404，具体包括：

步骤11、将螺母一401、垫圈402先后预置于电堆工装托板101的定位治具，为电堆的预压拧紧工序提供基础；

步骤12、将端板A404置于电堆工装托板101；

步骤2、上线O型圈、管接头及端电极一405，具体包括：

步骤21、在电堆工装托板101上的端板A404的进液口和出液口处均放置管接头；

步骤22、在端电极一405的密封槽中放置O型圈；

步骤23、将端电极一405置于电堆工装托板101上的端板A404上表面；

步骤3、隔膜组件413与双极板组件414一次上料堆叠，具体包括：

步骤31、将隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上，即端电极一405上；

步骤32、将双极板组件414，置于隔膜组件413上；

步骤33、将隔膜组件413置于双极板组件414上；

步骤33、之后循环步骤32～33，实现一次上料堆叠；

步骤4、上料端电极二406和端电极三407及将O型圈，具体包括：

步骤41、上料端电极二406和端电极三407至步骤3中最上面的隔膜组件413上；

其中：端电极二406和端电极三407平行放置，其密封槽中均放置O型圈。

步骤42、将O型圈放置于端电极二406和端电极三407的密封槽中；

步骤5、隔膜组件413与双极板组件414二次上料堆叠；

步骤6、依次上料端电极四408和端板B412，以堆叠形成电堆；

步骤7、工装板对接，具体包括：将电堆工装托板101，放置于电堆下托板201中；

步骤8、电堆预压拧紧；

步骤9、侧面热熔；

步骤10、螺母二411、螺杆403拧紧，以将热熔后的电堆紧固；

步骤11、上压板松开，形成电堆产品103；

步骤12、密封性测试；

步骤13、电堆产品103下线。

优选地，步骤5具体包括：

步骤51、将隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上，即端电极二406和端电极三407上；

步骤52、将双极板组件414，置于隔膜组件413上；

步骤53、将隔膜组件413置于双极板组件414上；

步骤53、之后循环步骤52～53，实现二次上料堆叠。

优选地，步骤7具体包括：将电堆工装托板101，放置于电堆下托板201中。

优选地，步骤8具体包括：

步骤81、电堆下托板201到位挡停，该工位的顶升机构顶升定位电堆下托板201。

该工位的压机下降，输出设定压力值P10T＜P＜100T压住电堆下托板201，通过下托板201的上压板204压住电堆；

步骤82、将压紧螺母205拧紧，达到所需要的压紧力后，压机撤离，完成电堆的预压紧功能。

优选地，步骤10具体包括：

步骤101、将螺杆403拧紧于端板A404；

步骤102、将多层垫片二409、螺母二411依次串入螺杆403的前端，并拧紧螺母二411。

优选地，步骤11具体包括：

步骤111、该工位的顶部压紧机构下压，保持对电堆的压紧；

步骤112、四个伺服拧紧轴同时下降，对四个压紧螺母205进行反拧松开，卸去上压板204的压力，上压板204在弹簧203的作用下，脱离电堆工装托板101。

一种的新能源电池电堆装配生产线，包括：

螺母垫圈端板A上料设备001，用于上线螺母一401、垫圈402及端板A404；

端电极1与管接头与O型圈上料设备002，用于上线O型圈、管接头及端电极一405；

隔膜组件与双极板组件上料设备一003，用于完成隔膜组件413与双极板组件414一次上料堆叠；

端电极2和3与O型圈上料设备004，用于上料端电极二406和端电极三407及将O型圈；

隔膜组件与双极板组件上料设备二005，用于完成隔膜组件413与双极板组件414二次上料堆叠；

端板B与端电极4上料设备006，用于上料端电极四408和端板B412；

工装板对接设备007，用于完成电堆工装托板101和电堆下托板201的对接；

电堆预压锁紧设备008，用于进行电堆预压拧紧；

侧面热熔设备009，用于对预压后的电堆进行热熔；

螺杆螺母拧紧设备一010和螺杆螺母拧紧设备二011，用于将热熔后的电堆紧固；

压板松开设备012，用于解除施加在电堆上的预压力；

密封性检测设备013，用于对气密性进行检测；

及成品电堆下线设备014。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、本发明中的技术方法及产线，完全取代了人工装配，从产品的上料、装配、检测、工件流转等步骤全程实现了自动化，解决产品装配质量不稳定的问题，提高了产线运行效率；

2、本发明通过工装板对接设备、热熔预拧设备，实现了电堆的四面热熔的分开，为热熔后的余料处理留出了空间，同时为电堆的分开热熔分开拧紧提供了可能，区别与市面上在一个工位完成压紧、热熔、拧紧的动作，可分开同步实施，使产线的运行效率提高了50％-70％。

3、针对O型圈、堆叠成品工位等设备，集成视觉检测，分别用于判断O型圈是否放置到位、漏放或密封圈损坏的情况，同时对下线的电堆进行检测判断电堆中的液流框是否有放反的问题，有效的在线上完成智能检测排除的功能，提升了产线的智能化。

4、本发明为电堆的装配及自动化生产提供了极佳的依据。

附图说明

图1为本发明提供的一个较佳实施例的新能源电池电堆装配生产工艺流程图；

图2为本发明一种新能源电池电堆装配生产线的结构示意图；

图3为本发明提供的一个较佳的电堆堆叠用工装板装置的结构示意；

图4为本发明提供的一个较佳电堆拧紧用工装板装置的结构示意；

图5为本发明基于的电堆产品结构示意；

图6为本发明的一个较佳的二次定位台结构示意；

图7为工装板对接示意图。

其中，001、螺母垫圈端板A上料设备；002、端电极1与管接头与O型圈上料设备；003、隔膜组件与双极板组件上料设备一；

004、端电极2和3与O型圈上料设备；005、隔膜组件与双极板组件上料设备二；006、端板B与端电极4上料设备；

007、工装板对接设备；

008、电堆预压锁紧设备；

009、侧面热熔设备；

010、螺杆螺母拧紧设备一；011、螺杆螺母拧紧设备二；

012、压板松开设备；

013、密封性检测设备；

014、成品电堆下线设备；

015、热熔拧紧环线；016、堆叠环线；

101、电堆工装托板；102、侧限位块；103；电堆产品；

201、电堆下托板；203、弹簧；204、上压板；205、压紧螺母；202-接料装置，206-接料导轨。

401、螺母一；402、垫片一；403、螺杆；404、端板A；

405、端电极一；406、端电极二；407、端电极三；408、端电极四；

409、垫片二；410、叠片；

411、螺母二；412、端板B；

413、隔膜组件；414、双极板组件；

301、基准边一；302、基准边二；303、侧推机构一；304、侧推机构二；305、侧推三；306、二次定位台。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的新能源电池电堆装配生产工艺及生产线进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1～7，新能源电池电堆装配生产工艺，包括以下步骤：

步骤1、上线螺母一401、垫圈402及端板A404，具体包括：

步骤11、将螺母一401、垫圈402先后预置于电堆工装托板101的定位治具，以为电堆的预压拧紧工序提供基础；

步骤12、将端板A404置于电堆工装托板101。

该工序基于螺母垫圈端板A上料设备001。具体包括以下步骤：

电堆工装托板101到位挡停，螺母垫圈端板A上料设备001的顶升机构顶升定位电堆工装托板101。

螺母一401及垫圈402按照特定姿态由振动盘出料，机械手集成夹爪抓取上述螺母一401及垫圈402，置于电堆工装托板101。

端板A404提前置于该工位的上料台，由水平移载装置送至上料工位；上料夹爪抓取上料位的端板A404，置于该工位的二次定位台，其中通过两边气缸侧推，将进端板分别推入另外两对边的基准靠边上，完成端板A404的二次定位动作。

上料伺服机械手抓取二次定位台上的端板A404，送至电堆工装托板101。

各机构复位，电堆工装托板101流入下一工序。

在本实施例中，二次定位台306，其中通过侧推机构一303和侧推机构三305侧推，将需要定位的构件推入两侧基准边(基准边一301和基准边二302)上，完成二次定位。其中，侧推机构二304的功能，与侧推机构一303的功能相同。

步骤2、上线O型圈、管接头及端电极一405，具体包括：

步骤21、在电堆工装托板101上的端板A404的进液口和出液口处均放置管接头；

步骤22、在端电极一405的密封槽中放置O型圈。

步骤23、将端电极一405置于电堆工装托板101上的端板A404上表面。

该工序基于端电极1与管接头与O型圈上料设备002完成。具体包括以下步骤：

电堆工装托板101到位挡停，端电极1与管接头与O型圈上料设备002的顶升机构顶升定位电堆工装托板101。

管接头及O型圈按照特定姿态由振动盘出料，机械手集成夹爪抓取上述管接头，置于电堆工装托板101上的端板A404的进液口和出液口。

端电极一405提前置于上料台，由水平移载装置送至上料工位；上料夹爪抓取上料位的端电极一405，置于二次定位台，其中通过两边气缸侧推，将进端板分别推入另外两对边的基准靠边上，完成端电极一的二次定位动作。

机械手集成夹爪抓取O型圈置于端电极一405的密封槽中。

上料伺服机械手抓取二次定位台上的端电极一405，送至电堆工装托板101上的端板A404上。

端电极一405通过电堆工装托板101自带的N组(N≥2)定位杆保持定位。

各机构复位，电堆工装托板101流入下一工序.

在该工艺中，随着电堆高度的增加，定位杆随之上升。定位杆的上升驱动，由对应工位附带的驱动机构实现。其中，定位杆在图中未示出。

步骤3、隔膜组件413与双极板组件414一次上料堆叠，具体包括：

步骤31、将隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上，即端电极一405上；

步骤32、将双极板组件414，置于隔膜组件413上；

步骤33、将隔膜组件413置于双极板组件414上；

步骤33、之后循环步骤32～33，实现一次上料堆叠。

具体的，该工序基于隔膜组件与双极板组件上料设备一003完成。

电堆工装托板101到位挡停，隔膜组件与双极板组件上料设备一003的顶升机构顶升定位电堆工装托板101。

隔膜组件413与双极板组件414提前置于该工位的多工位缓存上料台上，由水平伺服夹爪机构抓取隔膜组件413与双极板组件414置于二次定位台中，通过两边气缸侧推，将进端板分别推入另外两对边的基准靠边上，完成隔膜组件413或双极板组件414的二次定位动作。

伺服机械手一抓取二次定位台上的隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上。隔膜组件413通过电堆工装托板101自带的N组N≥2定位杆保持定位。

伺服机械手二抓取二次定位台上的双极板组件414，置于上述隔膜组件413上，双极板组件414通过电堆工装托板101自带的N组N≥2定位杆保持定位。

伺服机械手一抓取二次定位台上的隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上。隔膜组件413通过电堆工装托板101自带的N组(N≥2)定位杆保持定位。

如此交替堆叠，完成隔膜组件413和双极板组件414的多层堆叠工艺；堆叠完成后，各机构复位，电堆工装托板101流入下一工序。

步骤4、上料端电极二406和端电极三407及将O型圈，具体包括：

步骤41、上料端电极二406和端电极三407至步骤3中最上面的隔膜组件413上；

其中：端电极二406和端电极三407平行放置，其密封槽中均放置O型圈。

步骤42、将O型圈放置于端电极二406和端电极三407的密封槽中。

该工序基于端电极2和3与O型圈上料设备04完成。具体的：

电堆工装托板101到位挡停，该工位的顶升机构顶升定位电堆工装托板101。

端电极二406和端电极三407提前置于上料台，由水平移载装置送至上料工位。

上料夹爪抓取上料位的端电极二406和端电极三407，置于二次定位台。其中通过两边气缸侧推，将进端板分别推入另外两对边的基准靠边上，完成端电极二406和端电极三407的二次定位动作；

上料伺服机械手抓取二次定位台上的端电极二406和端电极三407，送至步骤3中最上面的隔膜组件413上。

端电极二406和端电极三407通过电堆工装托板101自带的N组N≥2定位杆保持定位。

O型圈按照特定姿态由振动盘出料，机械手集成夹爪抓取O型圈，放入到端电极二406和端电极三407的密封槽中，由视觉完成O型圈的检测确认，所有O型圈及端板上料合格。

各机构复位，电堆工装托板101流入下一工序。

步骤5、隔膜组件413与双极板组件414二次上料堆叠，具体包括：

步骤51、将隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上，即端电极二406和端电极三407上；

步骤52、将双极板组件414，置于隔膜组件413上；

步骤53、将隔膜组件413置于双极板组件414上；

步骤54、之后循环步骤52～53，实现二次上料堆叠。

该工序基于隔膜组件与双极板组件上料设备二005完成。具体的：

电堆工装托板101到位挡停，该工位的顶升机构顶升定位电堆工装托板101。

隔膜组件413与双极板组件414提前置于多工位缓存上料台上，由水平伺服夹爪机构抓取隔膜组件413与双极板组件414置于二次定位台中，通过两边气缸侧推，将进端板分别推入另外两对边的基准靠边上，完成隔膜组件413或双极板组件414的二次定位动作。

伺服机械手一抓取二次定位台上的隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上，隔膜组件413通过电堆工装托板(101)自带的N组(N≥2)定位杆保持定位。

伺服机械手二抓取二次定位台上的双极板组件414，置于上述隔膜组件(413)上，通过电堆工装托板101自带的N组(N≥2)定位杆保持定位。

伺服机械手一抓取二次定位台上的隔膜组件413，置于电堆工装托板101上序工件上，隔膜组件413通过电堆工装托板101自带的N组(N≥2)定位杆保持定位。

如此交替堆叠，完成隔膜组件413和双极板组件414的多层堆叠工艺；堆叠完成后，各机构复位，电堆工装托板101流入下一工序。

步骤6、依次上料端电极四408和端板B412，以堆叠形成电堆；

其中：端电极四408置于电堆工装托板101前序组件上，即步骤5中最上面的一个隔膜组件413。

该工序基于端板B与端电极4上料设备006。具体的：

电堆工装托板101到位挡停，该工位的顶升机构顶升定位电堆工装托板101。

端电极四408提前置于上料台，由该工位的水平移载装置送至上料工位；上料夹爪抓取上料位的端电极四408，置于二次定位台，其中通过两边气缸侧推，将进端板分别推入另外两对边的基准靠边上，完成端电极四408的二次定位动作。

上料伺服机械手抓取二次定位台上的端电极四408，送至电堆工装托板101前序组件上，端电极四408通过电堆工装托板101自带的N组N≥2定位杆保持定位。

端板B412提前置于上料台，由水平移载装置送至上料工位；上料夹爪抓取上料位的端板B412，置于二次定位台，其中通过两边气缸侧推，将进端板分别推入另外两对边的基准靠边上，完成端板B412的二次定位动作；

上料伺服机械手抓取二次定位台上的端板B412，置于端电极四408上，端板B412通过电堆工装托板101自带的N组(N≥2)定位杆保持定位。

各机构复位，电堆工装托板101流入下一工序。

其中，堆叠环线016包括2个提升机和连接提升机的空中线体、下层线体。

空中体为空托板回程，下层线体为工作区堆叠层，通过两端提升机，实现成品电堆下线设备014处托板的循环。

其中，一个提升机与端板B与成品电堆下线设备14的输出端连接，另一个提升机与螺母垫圈端板A上料设备001的输入端连接。

步骤7、工装板对接，具体包括：

将工装一，即电堆工装托板101，放置于拧紧专用工装板二，即电堆下托板201中。

该工序基于工装板对接设备007完成。具体的：

堆叠完成后的电堆由堆叠专用工装板一(电堆工装托板101)流入本设备。

本设备内部接料动力输送机构将产品对接到本工位固定位置，由本设备的顶升定位机构将工装板电堆工装托板101顶起。

接料动力输送机构从两侧撤出后，顶升下降，将电堆工装托板101落在电堆下托板201的对接空间中，完成电堆工装托板101和电堆下托板201的对接工作。

具体的，如图7所示，电堆下托板201在线体上，旁边有单独的接料输送线体205，电堆工装托板101的线体和电堆下托板201的线体有高度差，通过接料装置202将电堆工装托板101接入电堆下托板201中，顺利将电堆工装托板101顶起后，侧面的接料装置202移开避让。

各动作完成后，整体工装板(电堆下托板201+电堆工装托板101)流入下一工序。

此外，后续电堆产品103下线时，电堆下托板201反向进入本工位(移出本工位)，各机构反向动作，实现电堆工装托板101与电堆下托板201脱离的功能。

此外，电堆下托板201包括：上压板机构和顶升定位工装板，上压板机构下端固定于顶升定位工装板。

其中，上压板机构包括连杆、上压板204、弹簧203、及压紧螺母205。

弹簧203套设于连杆的上段，并抵在上压板204、连杆下段的上端面之间。压紧螺母205套设于连杆的上段。

步骤8、电堆预压拧紧。

该工序由电堆预压锁紧设备008完成。具体包括：压机预压上压板204，上压板204预压紧电堆。

具体的：

步骤81、电堆下托板201到位挡停，该工位的顶升机构顶升定位电堆下托板201。

该工位的压机下降，输出设定压力值P(10T＜P＜100T)压住电堆下托板201，通过上压板204压住电堆。

步骤82、由N组(N≥2)伺服拧紧轴将压紧螺母205拧紧，达到所需要的压紧力后，压机撤离，完成电堆的预压紧功能。

各机构复位，电堆下托板201流入下一工序。

如图4所示，上压板204开设有避让螺杆403的避让孔，使得后续螺杆403的安装、拧紧螺母二411工序顺序进行。

图4中，只显示了一个螺杆403，该图的状态，对步骤10结束后的状态。

压机的输出端连接上托板204。

步骤9、侧面热熔。

该工序基于侧面热熔设备009完成，具体的：

电堆下托板201到位挡停，该工位的顶升机构顶升电堆下托板201。

该工位的顶部压紧机构对电堆进行二次压紧。

侧面热熔板通过特定手段加热到指定温度T(150℃＜T＜300℃)后，伺服进给完成热熔冷却等动作。

电堆侧面完全凝固后，各机构复位，电堆下托板201放行，流入下一工序。

热熔拧紧环线15：考虑各工位完成后，工装板带着工件重新返回到线头。

步骤10、螺母、螺杆拧紧。

该工序基于螺杆螺母拧紧设备一010和螺杆螺母拧紧设备二011进行。两设备的功能相同，螺杆螺母拧紧设备二011目的为均衡产线节拍，多次同时拧紧螺母及螺杆403的功能。

具体的：

步骤101、将螺杆403拧紧于端板A404。

电堆下托板201到位挡停，顶升机构顶升电堆下托板201。

螺杆403由振动盘按照特定姿态出料，机械手集成螺杆夹爪抓取螺杆403置于电堆对应安装孔中，由机械手前端集成伺服拧紧轴完成螺杆403的拧紧功能，即将螺杆403拧紧于端板A404。

由于步骤1中上线螺母401、垫圈402的预置操作，在螺杆403拧紧的过程中，线螺母一401、垫圈402套设于螺杆403。

步骤102、将多层垫片二409、螺母二411依次串入螺杆403的前端，并拧紧螺母二411。

具体的，垫片二409与螺母二411由振动盘按照特定姿态出料。

机械手二完成多层垫片二及螺母二的预串料的功能。多层垫片二409形成叠片410。即机械手集成垫片与螺母夹爪抓取叠片410及螺母二411，串入螺杆403前端。

机械手驱动拧紧轴完成螺母411的拧紧功能。最终状态如图4所示。

各机构复位，电堆下托板201放行，流入下一工序。

步骤11、上压板松开，形成电堆产品103。

该工序基于压板松开设备012完成。具体的：

电堆下托板201到位挡停，该工位的顶升机构顶升电堆下托板201。

步骤111、该工位的顶部压紧机构下压，保持对电堆的压紧。

步骤112、四个伺服拧紧轴同时下降，对四个压紧螺母205进行反拧松开，卸去上压板204的压力，上压板204在弹簧203的作用下，脱离电堆工装托板101。

至此，整个电堆产品103形成。图3中，为形成整个电堆产品103，其中，只显示个其中一个螺杆403。

各机构复位，电堆下托板201放行，流入下一工序。

即压板松开设备012的输出端连接密封性检测设备013的输入端。

步骤12、密封性测试。

该工序基于密封性检测设备013进行。

电堆下托板201到位挡停，顶升机构顶升电堆下托板201。

密封检测对接机构动作，对进出液口进行封堵充气，保压一定时间后，对泄漏量进行数据自动分析，判断整个电堆产品103的密封性能.

测试完成后，各机构复位，电堆下托板201放行，流入下一个工位。

步骤13、电堆产品103下线。

该工序基于成品电堆下线设备14。具体的：

电堆下托板201位挡停，顶升机构顶升电堆下托板201；

通过读取RFID判断电堆合格与否；判断出合格件与NG件。

通过平面伺服移载夹爪抓取电堆完成下线，合格品与NG件分别放入对应区域中，实现成品电堆的下线的功能。

电堆工装托板101回流至线头，继续下一组装周期循环。下托板201保持在对接工位不动，等待下一个工装板101带着工件送入本工位，完成电堆工装托板101和电堆下托板201的对接工作。

在本实施例中，控制及信息化系统，以上设备由控制系统联接起来，各设备协同作业，实现闭环控制与调整，大大提高了各设备信息的传递效率。同时，由信息化系统对各环节参数进行采集汇总，并通过工艺屏幕进行显示，使生产各过程及结果透明化，使各设备生产更加智能化。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。