鋰電池焊接的自動化生產(chǎn)線設(shè)計

劉晉武

[摘? ? 要]激光焊接是通過熔融正極和負極材料、膜和電解質(zhì)制造部件的方法。鋰電池組高能量密度鋰，高電壓，環(huán)境保護，長時間生命、快速充電等優(yōu)勢，通過3C數(shù)字、電動工具等行業(yè)，對歐洲汽車工業(yè)作出了特別重要的貢獻。能源作為汽車基本組成部分的電力供應(yīng)的性能、穩(wěn)定性和安全性使用新能源，是本發(fā)明性能的一個重要方面。汽車電池的焊接質(zhì)量在電池的性能中起決定性作用，從而確定整個車輛的性能。鋰電池用激光焊接，作為電池的熱源，自動焊接生產(chǎn)線包括焊接臺、精密夾具、自動電源裝置和電源裝置，節(jié)省勞力成本。由于其技術(shù)優(yōu)勢，例如電池和模塊的激光焊接，激光加工技術(shù)在鋰電池工業(yè)中的作用日益重要，電極材料的切割、標簽等。

[關(guān)鍵詞]鋰電池;激光焊接;自動化;技術(shù)

[中圖分類號]TG409 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）03–00–03

[Abstract]Laser welding is a method of manufacturing components by melting positive and negative materials， membranes and electrolytes. The advantages of lithium battery pack， such as high energy density， lithium， high voltage， environmental protection， long life and fast charging， have made a particularly important contribution to European automobile industry through 3C digital， electric tools and other industries. The performance， stability and safety of the power supply of the energy as the basic component of the automobile， the use of new energy is an important aspect of the performance of the invention. The welding quality of automobile battery plays a decisive role in the performance of battery， so as to determine the performance of the whole vehicle. Laser welding is used as the heat source of lithium battery. Welding automatic welding production line includes welding table， precision fixture， automatic power supply device and power supply device， which can save labor cost. Due to its technical advantages， such as laser welding of batteries and modules， laser processing technology plays an increasingly important role in lithium battery industry， electrode material cutting， labeling， etc.

[Keywords]lithium battery; laser welding; automation; technology

目前，鋰電池在移動電話、計算機和其他電子產(chǎn)品中廣泛使用，在這些產(chǎn)品中電池芯和保護板必須通過電池芯和保護板的連接工藝來連接。焊接具有低表面特性的激光焊接，最先進的激光焊接工藝用于焊接電池芯和電池保護板。鋰激光焊接技術(shù)是一種先進的光制造工藝，機械、電力、計算機和材料。隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，高科技制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)的優(yōu)化傳統(tǒng)改進鋰電池制造領(lǐng)域的激光技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，隨著勞動力成本的增加，自動化生產(chǎn)線逐漸取代了生產(chǎn)線。但是自動化生產(chǎn)線的非經(jīng)常投入成本相對較高，而優(yōu)化生產(chǎn)線設(shè)計工藝的方法是目前技術(shù)發(fā)展的核心。實踐為鋰電池提供了一條自動生產(chǎn)線，包括輸送基座和輸送基座上部的輸送機構(gòu)，該構(gòu)件由具有直接沖擊輸送機的支承板固定，該輸送機叫做直接沖擊輸送機。用于鋰電池的焊接切換的機器上部的固定輸送基座的側(cè)有一個框架基板，框架基板的上部固定在平行布置的框架板上，框架板的上部分與上側(cè)板和上側(cè)板相連接。板固定裝置包括側(cè)移動構(gòu)件和側(cè)移動組，在橫向滑動構(gòu)件上安裝橫向滑動板和橫向滑動板，垂直電梯裝置安裝在垂直電梯裝置上，用于電池的吸入盤裝置鋰電源機構(gòu)鋰電池和半成品鋰電池兩個裝置之間的裝載轉(zhuǎn)換和匹配。最后，完成了鋰電池的全自動生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

1 鋰電池產(chǎn)品及焊接設(shè)備介紹

鋰電池包括鋰電池芯和電池板。保護鋰電池芯必須與保護板焊接并連接到保護激光穿過電池芯，電池芯必須焊接到10個焊點，焊接后電池芯拉力超過20N。

1.1 設(shè)備總體設(shè)計

焊接設(shè)備主要包括底盤和焊接功能部件，焊接功能部件是自動裝載的自動連接線。發(fā)揮作用時保護底盤的入口和后門可以打開，底盤上方的三色警報燈可以實時監(jiān)視裝置的工作狀態(tài)。

1.2 焊接功能組件設(shè)計

焊接功能組件主要由振鏡組件和循環(huán)夾具部分組成。如圖1所示。

1.3 焊接夾具設(shè)計

連接夾具循環(huán)部分的夾子將產(chǎn)品移動到振動檢測元件下方的位置，并開始焊接循環(huán)處理設(shè)備的一部分可以在焊接后自動推出電池的自動放電組件、設(shè)計配件。

（1）隨行夾具設(shè)計。由于具有良好的絕緣性、剛性和耐久性，該緊固工具的基板在緊固板中間打開，方便人工放料，夾具上設(shè)置調(diào)整塊，各個調(diào)整塊上開有腰形孔，由此可以實時地調(diào)整安裝位置。心軸位置調(diào)節(jié)器，用一個鎖定螺栓夾緊工具的底板側(cè)有兩個強大的磁鐵和墊塊A和墊塊B分別是高磁化緊固工具底板的側(cè)側(cè)與相應(yīng)的側(cè)板相連;在A板和B板上的強大磁鐵將鋰電池芯與保護板的部件組合，這些部件需要焊接以初始定位。

（2）夾具循環(huán)部分設(shè)計。該夾具的循環(huán)方法如下：手動電源，手動將夾具推向桿側(cè)定位磁鐵的作用固定套筒和定位桿一起插入到定位帶中，檢測兩個接近開關(guān)是否接近。開啟驅(qū)動門元件，推進機構(gòu)將芯推進到焊接區(qū)域。移動門組件被封閉，提升芯被引入焊接區(qū)以確保定位精度。焊接傳輸機構(gòu)在電源組件的底部測試電池，移載機構(gòu)將焊接和測試完成的電池推人到下料組件下方，下料組件對焊接完成的電池取出并放到輸送帶上。焊接完畢，機構(gòu)釋放支承套筒和材料。

（3）焊接壓緊組件和頂緊機構(gòu)設(shè)計。在推進機構(gòu)將控制工具推進到焊接壓力組件下后，上提升組件開始移動，并與焊接壓力組件一起兩次定位。然后氣缸開始受到向下的壓力，并且在線性滑動的影響下，驅(qū)動彈性組件向下移動，鋰電池芯和保護板受到焊接壓力，電極與固定在彈性組件上的焊接壓力模塊一起向下移動，使電極和焊接壓力模塊成為焊接壓力模塊。用于測試焊接壓力塊的正負探針和電極頭可測試焊接壓力塊的電壓。電池組壓縮，激光發(fā)射光并開始焊接電池的正電極和負電極被測試，焊接壓縮組件被拆卸，電荷傳輸機構(gòu)將電池尾夾推到電源組件的底部，以進行下一步驟。

（4）下料機構(gòu)設(shè)計。減振機構(gòu)包括使用線性滑動件和同步帶組件的輸送部分，同步車輪機構(gòu)以及向步進電動機供電的交通部分。取料部分主要由1個帶導(dǎo)桿的氣缸和4個橡膠真空吸盤組成，吸盤中兩個大吸盤用于吸附鋰電池芯，兩個小吸盤用于吸附保護板，保證吸附過程中成品工件不會變形和損失，取料部分取完料后在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下將焊接好的鋰電池放到輸送帶上。吸附作為成分，圓筒延伸并將空芯推到手動位置。

2 激光焊接在鋰電池制造中的應(yīng)用

激光焊接是激光束的能量源，激光束由聚焦裝置加熱，以使激光聚焦在工件表面上，通過高密度輻射加工工件功率下金屬材料的熱傳導(dǎo)效應(yīng)使內(nèi)部材料熔化以形成特別的溶解。激光焊接是一種新的焊接工藝，目前處于開發(fā)階段。快速的使用激光焊接，工件的熱影響區(qū)較小;焊點小，焊接尺寸精度高;焊接的方式是非接觸焊接，不需要增加外力，產(chǎn)品變形低，焊接質(zhì)量高，效率高，生產(chǎn)自動化。

焊接是一種從鋰電池制造到電池制造的重要制造工藝。電池組電導(dǎo)、電阻、氣體密度耐金屬疲勞性和耐鋰電池腐蝕性是評價焊接質(zhì)量的典型標準。電池組焊接工藝的選擇將直接影響焊接工藝的成本、質(zhì)量、安全性和一致性。電池中許多焊接工藝和激光焊接的優(yōu)點如下：（1）激光焊接具有高能量密度、低焊接變形和低熱沖擊區(qū)，從而有效地提高了工件的精度，從而使焊接平滑，無雜質(zhì)、均勻、緊湊且不需要進一步研磨。（2）可以精確地控制激光焊接，其焦距小，定位精度高，提高焊接效率，減少工作時間。此外，激光焊接薄板或低直徑鋼絲不像弧焊那樣容易引起問題。

電池組的結(jié)構(gòu)包括鋼、鋁、銅、鎳等材料，電極、電線都屬于金屬材料。材料之間的連接，都需要更高焊接工藝。激光焊接作為焊接材料的主要手段，實現(xiàn)不同型材之間的焊接。里奧激光焊接被廣泛用于鋰電池的制造過程中，在生產(chǎn)鋰電池過程中，特別是生產(chǎn)鋰電池步驟中的鋰電池電力推進，都需要切割。傳統(tǒng)的成型方法不僅昂貴，還會造成安全隱患。且刀具在使用過程中，必然會出現(xiàn)磨損，然后滴塵，燒傷。在電池生產(chǎn)過程中，粉塵和燒傷都會造成過熱、短路和膨脹電池等危險。因此傳統(tǒng)刀具往往需要定時更換。比較傳統(tǒng)的模具切割方法，激光切割可以大幅度降低成本，可大幅度提高生產(chǎn)效率;高靈活性，不僅可預(yù)見新產(chǎn)品設(shè)計，而且試驗切割工藝，從空間，大小也可自由控制。

3 鋰電池激光焊接機自動化生產(chǎn)線中的技術(shù)

鋰電池模塊和激光焊接機的自動生產(chǎn)線通常包括電源模塊、代碼、測試、清洗、整理、重疊、焊接、焊接和模塊、焊接和切割、材料輸送系統(tǒng)，適應(yīng)系統(tǒng)、視覺定位系統(tǒng)、MES生產(chǎn)管理是整個生產(chǎn)鏈的關(guān)鍵技術(shù)，適應(yīng)小批量生產(chǎn)，為各種生產(chǎn)提供重要的技術(shù)支持。

3.1 物料傳輸系統(tǒng)

在電池的最終模塊材料下，材料通過材料傳輸系統(tǒng)傳輸，材料傳輸系統(tǒng)也可以根據(jù)調(diào)整需求靈活擴展站的工藝，沒有人工操作的情況下在不同位置之間傳輸，模塊定位板與產(chǎn)品尺寸調(diào)整，可以適應(yīng)不同尺寸的夾緊模塊和非常小的批量生產(chǎn)要求。

3.2 自適應(yīng)系統(tǒng)

在制造電池模塊時，將電池殼體、方形圓筒和一些大小不同的最常用模塊引入到不同的模塊中。尺寸自適應(yīng)系統(tǒng)使用多個軸的組合來定位產(chǎn)品處理區(qū)域，在不受電源限制的情況下，進行焊接并將其傳輸?shù)较乱粋€工藝。

3.3 視覺定位系統(tǒng)

電芯焊接面清洗、模組打標、匯流片焊接通常是采用激光加工的方式來完成，電池模組裝配后，往往尺寸公差較大，很難達到激光加工對間隙位置尺寸要求，導(dǎo)致加工質(zhì)量急速下降。視覺定位系統(tǒng)的導(dǎo)入則能滿足精準定位的需求，精度可達到±0.05 mm，通過視覺拍照數(shù)據(jù)采集，并將來料偏差反饋給控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了加工位置的高精度定位。

3.4 MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)

MES的制造實施系統(tǒng)是一個開放的開發(fā)平臺，能夠根據(jù)用戶的需要迅速完成項目的開發(fā)，從而使人只能根據(jù)MES的參數(shù)指令和改進現(xiàn)有信息。使用完整的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析，MES系統(tǒng)能夠快速地搜索、分析和處理諸如參數(shù)、數(shù)據(jù)等電源信息，從而為每一種工藝提供一種方法。激光焊接過程中的工藝數(shù)據(jù)包被直接集成到MES系統(tǒng)中，有助于呼叫和傳輸使用者整個系統(tǒng)，可以直接建造接近無人使用的生產(chǎn)工廠，其中手工工人只需要額外的外圍材料來改善安全性。在工業(yè)方面，用戶不僅可以進行遠程監(jiān)視和管理，而且還可以與ERP公司建立有效的聯(lián)系，以實現(xiàn)化學(xué)工廠的智能化和計算機化。

3.5 定位壓緊系統(tǒng)

為了提高焊接質(zhì)量，焊接過程必須配備有干燥的定位設(shè)備。傳統(tǒng)壓縮方法是相對電池定位，在長時間內(nèi)固定定位誤差的積累會導(dǎo)致嚴重偏差，從而糾正機械操作引起的偏差，定位鎖定系統(tǒng)使用單個電池壓縮方式，每次焊接位置被設(shè)置為電池頭壓，最小化撞擊造成的固定誤差。只有通過調(diào)整頭部結(jié)構(gòu)才能解決定位壓縮系統(tǒng)，這不僅降低了企業(yè)成本，而且提高了生產(chǎn)效率。

3.6 高度跟隨系統(tǒng)

因為每個焊接位置的電池模塊高度都不完全包括焊接，可以引導(dǎo)虛擬焊接，爆炸焊接的發(fā)生，焊接質(zhì)量很難保證，所以必須在焊接站安裝使用的高跟蹤系統(tǒng)。不如傳統(tǒng)的高壓機構(gòu)相對電池模塊平面定位，但使用激光位移傳感器測量壓力在中壓頭上的位置，并且每當壓力頭低于高壓變換反饋控制系統(tǒng)時，焦點長度調(diào)整軸與反饋的變化一致，系統(tǒng)調(diào)整自身位置，當焦長度恒定時，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

4 結(jié)語

激光加工技術(shù)，由于其自身的技術(shù)優(yōu)勢，在鋰電池工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用，例如激光焊接電池和模塊，切割和標記電極材料等。①通過多組隨行夾具進行切換，提高了設(shè)備的使用率及生產(chǎn)效率。夾具內(nèi)部通過定位銷釘進行定位，夾具與工作臺之間通過定位條進行限位，保證了定位精度及重復(fù)定位精度。②該電池自動化生產(chǎn)線已經(jīng)在實際生產(chǎn)中使用，取得了良好的效果，可以廣泛推廣。

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