本發(fā)明屬于電池制造，特別涉及一種內(nèi)置雙結(jié)構(gòu)的冷卻卷芯、自動(dòng)化卷繞裝置及自動(dòng)化卷繞方法。

背景技術(shù)：

1、化學(xué)儲能模塊在新能源動(dòng)力汽車、儲能、3c等領(lǐng)域應(yīng)用場景不斷拓展，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。隨著需求的增加，終端客戶對儲能模塊的充放電速度要求越來越高，尤其是動(dòng)力領(lǐng)域。但隨之面臨快充過程溫升較大、電池倍率性能不佳、高溫對電池壽命較大影響、熱失控安全問題等弊端，進(jìn)而限制了鋰電池在高倍率應(yīng)用場景下的使用。

2、目前通用的提升電芯高溫性能的方式是再電池模組中采用冷卻板，通過外部冷卻的方式降低電池使用過程的溫度，間接提升電池的高溫性能。但通過增加冷卻板的方式降低了模組或pack系統(tǒng)的空間利用率。另外，冷卻板的冷卻路徑受到安裝位置的限制，大部分位于底部，也有位于側(cè)面中部；冷卻路徑長，冷卻效果差，尤其是頂部冷卻以及電芯中部冷卻效果均有待提升。

3、有研究者提出可以在電池單包的卷芯中部設(shè)置一個(gè)液冷通道，達(dá)到電池溫度降低的目的，此方案使冷卻液體從卷芯中央通過，促進(jìn)了卷芯中心熱量的迅速排出，對電池?zé)崾Э氐膯栴}具有極好的改善效果。但由于該結(jié)構(gòu)與當(dāng)前高速卷繞工藝難以實(shí)現(xiàn)匹配，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高效率批量生產(chǎn)操作，在液冷通道自動(dòng)上料、隔膜端部自動(dòng)貼敷、連續(xù)自動(dòng)卷繞等，因此該結(jié)構(gòu)并未實(shí)現(xiàn)機(jī)械化量產(chǎn)，限制了此類結(jié)構(gòu)電池單包的應(yīng)用。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)還存在對卷芯尺寸的限制，一般僅適用于圓柱狀卷芯或者長寬比接近于1的方形卷芯，對于長寬比較大的方形卷芯，由于厚度方向的承壓較大，容易導(dǎo)致液冷通道的尺寸變形，還容易導(dǎo)致卷芯內(nèi)部發(fā)生褶皺。上述原因?qū)е铝酥胁烤哂幸豪渫ǖ赖木硇灸壳半y以成功獲得市場化的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明充分考慮了電池單包中冷卻卷芯的設(shè)計(jì)需求以及自動(dòng)化卷繞的工藝需要，提供了一種冷卻卷芯、自動(dòng)化卷繞裝置及自動(dòng)化卷繞方法。

2、本發(fā)明的冷卻卷芯，中部設(shè)有一組對稱的冷卻單柱，冷卻單柱中設(shè)有液冷通道，對稱的冷卻單柱能夠構(gòu)成平滑過渡的外周面，外周面上卷繞有包含正極片、第一層隔膜、負(fù)極片、第二層隔膜的卷繞層。

3、作為一些優(yōu)化的方案，冷卻單柱的外周一端為平面端面，另一端為弧面端面，平面端面與弧面端面之間直接通過端面?zhèn)冗呄噙B，或者通過對稱設(shè)置的至少一組平面相連。

4、作為一些優(yōu)化的方案，對稱設(shè)置的冷卻單柱的外周面的截面呈現(xiàn)為圓形、橢圓形、圓角矩形等多種幾何形態(tài)。

5、作為一些優(yōu)化的方案，冷卻單柱中部的液冷通道的截面呈方形、圓形、三角形、半圓形等多種幾何形態(tài)。

6、作為一些優(yōu)化的方案，冷卻單柱相互對稱的端面上設(shè)置鋸齒、波浪線、凹凸槽等多種形式的嚙合結(jié)構(gòu)。

7、作為一些優(yōu)化的方案，冷卻單柱的表面設(shè)置有絕緣層。

8、本發(fā)明的自動(dòng)化卷繞裝置，具有能夠繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱的一組工裝組件，所述工裝組件對對稱設(shè)置的冷卻單柱具有夾緊固定功能；工裝組件繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱所處的第一位置區(qū)上設(shè)有第一冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)、以及能夠驅(qū)動(dòng)對稱設(shè)置的冷卻單柱繞二者對稱中心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；工裝組件繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱所處的第三位置區(qū)上設(shè)有第二冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)、以及卷芯下料機(jī)構(gòu)；第一位置區(qū)和第三位置區(qū)之間還設(shè)有切刀。

9、作為一些優(yōu)化的方案，第一位置區(qū)和第三位置區(qū)之間還對稱設(shè)有能夠繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱的至少一組支撐軸，支撐軸隨工裝組件以相同的旋轉(zhuǎn)角度同步旋轉(zhuǎn)，用于在工裝組件旋轉(zhuǎn)換位過程中，對第一層隔膜和第二層隔膜起支撐拉緊的作用。

10、作為一些優(yōu)化的方案，工裝組件和支撐軸集成固定在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上。

11、作為一些優(yōu)化的方案，第一冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)、第二冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)、卷芯下料機(jī)構(gòu)為機(jī)械手。

12、本發(fā)明的自動(dòng)化卷繞方法，包括下述步驟：

13、s1：一組繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱的工裝組件分別位于第一位置區(qū)和第三位置區(qū)，位于第一位置區(qū)的工裝組件驅(qū)動(dòng)對稱設(shè)置的冷卻單柱繞二者對稱中心旋轉(zhuǎn)，依次設(shè)置的正極片、第一層隔膜、負(fù)極片、第二層隔膜在對稱的冷卻單柱外周面上共同卷繞形成卷繞層，卷繞達(dá)到預(yù)定長度后，切刀切斷正極片和負(fù)極片；此過程中，位于第三位置區(qū)的工裝組件通過第二冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)上料并夾緊第一冷卻單柱；

14、s2：通過工裝組件繞中軸旋轉(zhuǎn)使兩個(gè)工裝組件所處的位置區(qū)互換；

15、s3：位于第一位置區(qū)的工裝組件通過第一冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)上料并夾緊第二冷卻單柱，第一冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)上料時(shí)使第一層隔膜和第二層隔膜被夾緊固定于對稱的冷卻單柱之間；

16、s4：切刀移動(dòng)并于第一位置區(qū)和第三位置區(qū)之間切斷第一層隔膜和第二層隔膜，位于第三位置區(qū)的工裝組件通過卷芯下料機(jī)構(gòu)下料，引入正極片和負(fù)極片，返回步驟s1進(jìn)行下一循環(huán)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

18、在冷卻卷芯結(jié)構(gòu)方面：

19、1、本發(fā)明提供的冷卻卷芯結(jié)構(gòu)降低了單個(gè)冷卻柱的加工難度，便于批量加工使用；

20、2、增加了冷卻柱的承壓能力，也提高了冷卻液的利用率；

21、3、可以通過兩個(gè)冷卻單柱的輕微錯(cuò)位釋放卷芯內(nèi)部膨脹力，避免變形褶皺和短路；

22、4、為自動(dòng)化卷繞工藝提供了可能。

23、在自動(dòng)化卷繞設(shè)備方面：

24、1、有效降低了設(shè)備開發(fā)難度和成本，通過簡單的工裝組件即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)；

25、2、工裝組件也可以通過簡單的現(xiàn)有設(shè)備改造即可實(shí)現(xiàn)，提高了老舊設(shè)備的再利用率；

26、3、設(shè)備占地面積小，放置靈活，降低了工業(yè)化作業(yè)成本。

27、在自動(dòng)化卷繞工藝方法方面：

28、1、可以有效解決卷繞過程中的自動(dòng)化應(yīng)用，包括自動(dòng)上下料、自動(dòng)夾緊、自動(dòng)卷繞、以及自動(dòng)連續(xù)化生產(chǎn)過程，避免了需要人工在冷卻柱外表面的不同位置固定隔膜的問題；

29、2、有效推動(dòng)了冷卻卷芯的市場化應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種冷卻卷芯，中部設(shè)有一組對稱的冷卻單柱，冷卻單柱中設(shè)有液冷通道，對稱的冷卻單柱能夠構(gòu)成平滑過渡的外周面，外周面上卷繞有包含正極片(24)、第一層隔膜(25)、負(fù)極片(26)、第二層隔膜(27)的卷繞層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻卷芯，其特征在于，冷卻單柱的外周一端為平面端面(2003)，另一端為弧面端面(2001)，平面端面(2003)與弧面端面(2001)之間直接通過端面?zhèn)冗呄噙B，或者通過對稱設(shè)置的至少一組平面(2004)相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻卷芯，其特征在于，對稱設(shè)置的冷卻單柱的外周面的截面呈現(xiàn)為圓形、橢圓形、圓角矩形等多種幾何形態(tài)；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻卷芯，其特征在于，冷卻單柱相互對稱的端面上設(shè)置鋸齒、波浪線、凹凸槽等多種形式的嚙合結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻卷芯，其特征在于，冷卻單柱的表面設(shè)置有絕緣層。

6.一種自動(dòng)化卷繞裝置，具有能夠繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱的一組工裝組件，所述工裝組件對對稱設(shè)置的冷卻單柱具有夾緊固定功能；工裝組件繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱所處的第一位置區(qū)(11)上設(shè)有第一冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)(31)、以及能夠驅(qū)動(dòng)對稱設(shè)置的冷卻單柱繞二者對稱中心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；工裝組件繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱所處的第三位置區(qū)(13)上設(shè)有第二冷卻單柱上料機(jī)構(gòu)(32)、以及卷芯下料機(jī)構(gòu)(33)；第一位置區(qū)(11)和第三位置區(qū)(13)之間還設(shè)有切刀(4)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)化卷繞裝置，其特征在于，第一位置區(qū)(11)和第三位置區(qū)(13)之間還對稱設(shè)有能夠繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱的至少一組支撐軸，支撐軸隨工裝組件以相同的旋轉(zhuǎn)角度同步旋轉(zhuǎn)，用于在工裝組件旋轉(zhuǎn)換位過程中，對第一層隔膜(25)和第二層隔膜(27)起支撐拉緊的作用。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)化卷繞裝置，其特征在于，工裝組件和支撐軸集成固定在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上。

9.一種自動(dòng)化卷繞方法，包括下述步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動(dòng)化卷繞方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種冷卻卷芯、自動(dòng)化卷繞裝置及自動(dòng)化卷繞方法，通過對稱化冷卻單柱的設(shè)計(jì)，同時(shí)對現(xiàn)有卷繞機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，提供能夠繞中軸旋轉(zhuǎn)對稱的一組工裝組件，使工裝組件在不同的位置區(qū)進(jìn)行上下料和卷繞、切斷操作，不僅成功實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化卷繞生產(chǎn)，還降低了生產(chǎn)成本并提高了冷卻卷芯在冷卻和不良率方面的可靠性，解決了現(xiàn)有冷卻卷芯的市場化應(yīng)用難題。

技術(shù)研發(fā)人員：請求不公布姓名,蘇瑞,付垚,請求不公布姓名
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中固時(shí)代（北京）新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9