鋰電池電芯配對機的開發(fā)與設(shè)計

陳云霞

摘要：針對鋰電池電芯組裝工藝段實現(xiàn)全程自動化的需求，開發(fā)一款電芯自動配對機系統(tǒng)。選用西門子S7-1500 PLC+V90伺服的硬件控制方案，實現(xiàn)兩電芯的自動裝配，同時對接工廠的MES系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的識別和產(chǎn)品追溯，保證兩電芯配對的穩(wěn)定性，生產(chǎn)節(jié)奏獲得有效的調(diào)節(jié)，有效降低人力成本且提高良品率。

關(guān)鍵詞：自動;電芯配對機;控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP242? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0193-02

0? 引言

鋰電池廣泛應(yīng)用于電動工具、新能源汽車、儲能電源系統(tǒng)、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。隨著節(jié)能環(huán)保新規(guī)定和政府利好政策的出臺，近年來，鋰電池在新能源汽車行業(yè)得到了飛速的發(fā)展，作為電動汽車主要的技術(shù)突破方向，提升電池的安全性、壽命、低溫特性，降低成本是關(guān)鍵所在。配對機裝配的芯片，嵌入于一種方殼鋰電池，該鋰電池主要應(yīng)用在電動車行業(yè)。

伴隨著大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提高良率和降低成本的總體發(fā)展趨勢，越來越多的行業(yè)通過自動化的方式在生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)盡量減少人員干預(yù)。在目前鋰電池生產(chǎn)的過程中，電芯的配對還多采用人工或者半自動化的方式進行，這不僅限制了整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化進程，也限制了MES系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，在人力成本日益增長的情況下，智能的控制替代是技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

1? 控制要求

自動電芯配對機對前道工序來料的兩個對稱AB電芯進行配對組合，完成后再交給下一道生產(chǎn)工序。兩個對稱AB電芯，由不同的卷繞機繞制后經(jīng)過冷壓成型，放置在托盤的治具中，每個托盤放一個電芯，由物流線流轉(zhuǎn)至配對機的抓取工位，由阻擋器分隔兩個托盤位置可保證±2mm定位精度;抓取機械手一次將兩個電芯取放至中間的配對回流的托盤中（配對回流的托盤可放置兩個電芯，分別對應(yīng)AB電芯）。取完料的空托盤繼續(xù)前行，經(jīng)由托盤返板機送至下層物流線返回前道工序，掃碼后識別的NG電芯送至NG線由人工處理，由此完成了電芯入線——掃碼——配對綁定——電芯出線的所有功能。

2? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

方殼鋰電池電芯配對機包括上料裝置、配對結(jié)構(gòu)兩個部分。

上料裝置包括、轉(zhuǎn)動座、吸盤結(jié)構(gòu)及導(dǎo)料槽，分別對用于配對的兩種電芯進行供料。轉(zhuǎn)動桿為長度伸縮結(jié)構(gòu)，在水平位置和豎直位置間圍繞第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動;兩轉(zhuǎn)動座分別設(shè)置于轉(zhuǎn)動桿兩端，且圍繞與第一轉(zhuǎn)軸平行的第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動;兩轉(zhuǎn)動座在轉(zhuǎn)動桿豎直時，具有平行相對的安裝面，安裝面上設(shè)置有吸盤結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)動桿水平時，兩安裝面水平且?guī)游P結(jié)構(gòu)水平朝上設(shè)置;導(dǎo)料槽提供縱向的儲料艙體，儲料艙體供一列電芯自上而下排列，其中，導(dǎo)料槽的底部和頂部分別設(shè)置有供兩吸盤結(jié)構(gòu)進入的開口端，且導(dǎo)料槽14上側(cè)壁的頂部和底部還分別設(shè)置供吸盤結(jié)構(gòu)帶動所吸附的電芯水平移出的槽口。

配對結(jié)構(gòu)，接受來自上料裝置的供料，且執(zhí)行配對動作。配對結(jié)構(gòu)包括（如圖1所示）：兩夾爪，分別用于對兩種電芯進行抓取，夾爪包括沿直線水平相對靠近或遠離的兩夾臂，夾臂提供水平的支撐面，以及相對于支撐面縱向相對靠近或遠離的夾緊面，夾臂上還設(shè)置有與夾臂的移動方向平行的限位面，用于將電芯限制在支撐面與夾緊面之間的設(shè)定范圍內(nèi)。夾臂的滑動動力為氣缸結(jié)構(gòu)，通過氣缸結(jié)構(gòu)帶動一側(cè)的夾爪滑動，另一側(cè)的夾爪固定設(shè)置，此種方式可使得一側(cè)的電芯得到穩(wěn)定的固定，而另一側(cè)的電芯的運動更加容易控制，從而可進一步提高兩電芯配對的精度，且降低控制難度。

3? 控制系統(tǒng)設(shè)計

考慮選用了與工廠的MES系統(tǒng)對接，西門子S7-1500 PLC+V90伺服的硬件控制方案，該控制系統(tǒng)具有快速處理、運行準確、易于維護、安全性高等優(yōu)點。系統(tǒng)一共配置了六個伺服軸，其中a、b、c為A側(cè)電芯的移動、升降和間距控制伺服，另d、e、f為B側(cè)三個軸伺服。硬件組態(tài)如圖2所示。

伺服定位使用了西門子軟件集成的FB284簡易定位塊功能，完成六個軸的定位控制;每個軸設(shè)有兩個極限和一個原點的傳感器用于超限保護和原點復(fù)位功能，建立坐標系后每個軸分別都有對應(yīng)的抓料和放料的兩個定位點，只需在手動移動到合適的位置后，保存好對應(yīng)定位點的軸坐標數(shù)值。自動運行時直接寫入軸坐標數(shù)值即可完成準確定位。如圖3所示。

系統(tǒng)設(shè)有PROFACE觸摸屏一塊，用于參數(shù)設(shè)置和設(shè)備的操作，就近安裝于設(shè)備附近，頁面的主要功能如圖4所示。

4? 結(jié)束語

方殼鋰電池電芯配對機實現(xiàn)兩電芯的自動裝配，盡管只是完成了簡單的物理配對功能，但其中還隱含了重要的功能：AB電芯的物理配對組合，全程自動化不需人工操作;配對前掃碼識別，完善了產(chǎn)品生產(chǎn)追溯;前段生產(chǎn)缺陷的NG得到有效排出;同時兼容不同產(chǎn)品的混線生產(chǎn)。

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