一種18650 鋰電池殼收料機設計

魏國軍

（惠州城市職業學院機電學院，廣東惠州 516025）

0 引言

18650 是日本SONY公司為了節省成本而定下的一種標準性的鋰離子電池型號，其中“18”表示直徑為φ18 mm，“65”表示長度為65 mm，“0”表示為圓柱形電池。該新型電池質量輕，電壓仍為3.6 V，但體積能量密度由620 W·h/L 提高到了675 W·h/L，電池能量由10.4 W·h 提高至11.2 W·h［1］。在理論上18650鋰電池的壽命為循環充電1 000次，但其質量由44 g左右增至44.5 g左右，除了具備高的循環穩定性，優良的充電性能和卓越的儲存容量，還具備非常低的自放電［2-4］。由于單位密度的容量很大，所以大部份用于筆記本計算機電池。又因18650鋰電池在工作中的穩定性能非常好，常用于高檔強光手電、隨身電源、無線數據傳輸器、電熱保暖衣、鞋、便攜式儀器儀表、便攜式照明設備、便攜式打印機、工業儀器、醫療儀器等［5］。

如圖1所示，18650鋰電池殼是電池的載體，生產后的收集、整理、裝箱是交付運輸的前置工作，高效率且盡量少占用裝配空間的自動化收集、整理、裝箱設備，能夠有效節省人力資源成本，提高勞動生產率。隨著科技水平的提高，工廠機械化、自動化不斷得到發展，電池殼收料機的應用對于占市場份額量相當大的18650 鋰電池，電池殼生產之后盡快交付后游市場進行電芯裝配、包裝上市，可較大地促進該型號電池的市場保持率。

圖1 18650 電池殼

通過對18650鋰電池殼結構、形狀、尺寸進行研究分析，并調研某公司生產的18650 電池殼企業交付下游市場的運輸要求，利用SOLKDWORKS 三維軟件設計出符合要求的收料箱。

基于上述調研、分析結合企業實際情況，綜合考慮并設想18650鋰電池殼經收料機收料、整理、裝箱的思路。經過往復分析研究、設計出18650 鋰電池殼收料機，并經SOLIDWORKS三維軟件反復調試仿真，確保該收料機能自動實現對生產成形的18650鋰電池殼進行收料并整理排列成箱。該收料機操作簡單，稍經專業技術人員指導方可上崗，有效地節省了人力、物力，并騰出先前由人工裝配占用的空間，效率提高的同時降低了生產成本，為企業創造了巨大的利潤價值。

1 收料箱設計

18650 鋰電池最大的缺點是體積固定，市面上很多聚合物鋰電池等都是可定制的。但18650 鋰電池這一缺點也是它的優點，相對某些指定規格的產品來說又有優勢，借此特點設計的收料箱可適應所有企業生產的標準18650 鋰電池殼。

18650 電池殼收料箱，可對電池殼生產商生產的電池殼進行收集、整理、裝箱，便于運輸至電池殼承接企業，為后續的電池生產裝配工作提供原料。對18650 鋰電池殼尺寸進行分析，設計的收料箱擬計劃以15行、10列裝滿1箱進行設計，15 行電池殼長度尺寸：18 mm×15 ＝270 mm；10列電池殼寬度尺寸：18 mm ×10 ＝180 mm；高度尺寸：65 mm。

設計收料箱時，需考慮推送機構能順利將電池殼推入收料箱，應留有一定的間隙。收料箱內腔尺寸設計為182 mm × 280 mm × 66 mm，以保證18650 電池殼在氣缸推動下順利進入收料箱，收料箱尺寸規格如圖2所示。

圖2 收料箱尺寸

2 收料機設計

收料機具體由傳送裝置、計數裝置、檢測裝置、伺服裝置及氣缸等部分組成。18650 鋰電池殼生產完成后，自上一工序經傳送裝置進入電池殼收料線，經S形通道由皮帶輸送線進入收料機，如圖3所示。

圖3 電池殼入料

電池殼進入收料機S形通道后，由傳送帶引導其往后移動，傳送帶作為電池殼持續傳送的主要傳動裝置，能緩和載荷沖擊、運行平穩無噪聲、制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格、過載時引起打滑，防止其他零件損壞、增加帶長以適應中心距較大的工作條件。

2.1 傳感器

電子傳感器設備作為自動化設施、設備的關鍵檢測、反饋裝置，在目前科技發展高速發展下，電子傳感器較大程度上應用于工業領域數據檢測、感應、反饋等場合［6］。

18650 電池殼收料機布置3個傳感器，計數傳感器1控制并計錄經皮帶傳送過來的電池殼數量，當數量累積至10 個構成一排并經過位置檢傳感器2 檢測位后，位置檢測傳感器2指示燈亮起，并將檢測信號反饋至PLC處理，啟動檔板在皮帶滑動下，攔住電池殼往后繼續傳動。計數傳感器3 計錄收料箱被推入成排電池殼行數，每推入一行，將信息反饋至PLC，啟動伺服電機帶動收料箱往下移動18 mm。計數傳感器記錄被推入15行時，將信號反饋至PLC，啟動伺服電機帶動收料箱往運動從出口處落下。

2.2 推送機構

位置檢測傳感器2 檢測到成排電池殼后，指示燈亮并將信號傳遞給PLC處理，啟動控制氣缸運動，將成排的電池推入收料箱，如圖4所示。

圖4 氣缸推動電池入箱

2.3 伺服系統

當收料箱被推入一排電池殼后，由傳感器3計數并將信號反饋至PLC，控制并啟動伺服電機，帶動收料箱往下移動18 mm，以準備接收下一排電池殼。當傳感器3 計數器計數達到15時，傳感器3 指示燈亮起，表示一箱已裝滿。傳感器3 將信號反饋于PLC，控制伺服電機啟動，帶動收料箱往下運動，落入出口處，如圖5所示。

圖5 伺服電機推動收料箱下移

2.4 機架

電池殼收料機設備因重量較輕，機架材料選擇由鋁合金型材制造，各部位通過螺栓進行聯接。機架下面設置滾輪，用于移動，使得收料機可進行位置移動。

3 電氣傳動及控制部分設計

PLC技術的發展及應用，有效提升企業生產質量、提高企業生產效率，對于實現工業領域企業可持續發展奠定了堅實的基礎［7］。經與電池殼生產企業確認，電池殼收料機采用PLC 作為控制器以接收反饋信號并發出指令指制氣缸、伺服系統完成上述工作。

基于上述分析，該收料機采用PLC、伺服電機、計數傳感器、位置檢測傳感器、氣缸、傳送機構等全自動控制實現對18650鋰電池殼實現裝箱、整理、裝箱，I/0地址分配如表1所示。

表1 I/O地址分配表

4 結束語

本文設計的18650 電池殼收料機，利用簡單的自動化機構滿足對18650 鋰電池殼的收集、整理、裝箱要求，從而實現自動化對18650鋰電池殼自生產成型至裝箱。有效解決了人工裝箱效率低下及節約成本的問題，且為企業生產騰出了因人工裝配所需的空間，為生產企業節約了人力資源及成本。