鋰電池激光焊接機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)研究

郭陽(yáng)

摘要：激光加工技術(shù)由于其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在鋰電池行業(yè)的激光焊接、電極材料切割、電池和模塊的標(biāo)記等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文研究了鋰電池激光焊機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，如物料傳輸系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)、視覺(jué)定位系統(tǒng)、MES制造執(zhí)行管理等。

關(guān)鍵詞：鋰電池;激光焊機(jī);自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)

鋰電池以其高能量密度、高電壓、環(huán)保、長(zhǎng)壽命、快速充電等優(yōu)點(diǎn)受到3C數(shù)碼、電動(dòng)工具等行業(yè)的青睞，尤其是新能源汽車(chē)行業(yè)。作為新能源汽車(chē)的核心部件，其供電性能、穩(wěn)定性和安全性是決定新能源汽車(chē)性能的重要方面。動(dòng)力電池的焊接質(zhì)量對(duì)動(dòng)力電池的性能起著決定性的作用，進(jìn)而決定著整車(chē)的性能。由于其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，激光加工技術(shù)在鋰電池行業(yè)的電池和模塊的激光焊接、電極材料切割和標(biāo)記中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

1激光焊接在鋰電池制造中的應(yīng)用

激光焊接以激光束為能量源，利用聚焦裝置將激光聚集成高功率密度光束照射在工件表面進(jìn)行加熱，在金屬材料的導(dǎo)熱作用下，在材料內(nèi)部熔化形成特定的溶液池。激光焊接是一種新的焊接方法，目前正處于快速發(fā)展階段。采用激光焊接時(shí)，工件熱影響區(qū)?。汉更c(diǎn)小，焊接尺寸精度高;該焊接方法屬于非接觸焊接，無(wú)外力，產(chǎn)品變形小，焊接質(zhì)量高，效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。從鋰電池的制造到電池組的分組，焊接是一個(gè)非常重要的制造過(guò)程。鋰電池的導(dǎo)電性、強(qiáng)度、氣密性、金屬疲勞性和耐腐蝕性是典型的電池焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。焊接方法和焊接工藝的選擇將直接影響電池的成本、質(zhì)量、安全性和一致性。在眾多的焊接方法中，激光焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是激光焊接能量密度高，焊接變形小，熱影響區(qū)小，能有效提高工件精度，焊縫光滑、均勻、致密，無(wú)雜質(zhì)，無(wú)需額外打磨工作;其次，激光焊接可精確控制，聚焦光斑小，定位精度高。機(jī)械手易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高焊接效率，減少工時(shí)，降低成本;此外，薄板或細(xì)直徑導(dǎo)線(xiàn)的激光焊接不像電弧焊那樣容易受到重熔的影響。

電池的結(jié)構(gòu)通常包含鋼、鋁、銅、鎳和其他材料。這些金屬可以制成電極、電線(xiàn)或外殼。因此，一種材料或多種材料之間的焊接對(duì)焊接工藝提出了更高的要求。激光焊接的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于可以焊接的材料種類(lèi)繁多，可以實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接。

激光焊接廣泛應(yīng)用于鋰電池制造，幾乎貫穿于生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。鋰電池，特別是動(dòng)力鋰電池的生產(chǎn)，需要對(duì)極耳進(jìn)行切割，但傳統(tǒng)的模切方法不僅成本高，而且容易出現(xiàn)安全問(wèn)題。模切刀在使用過(guò)程中，不可避免地會(huì)磨損，然后落下灰塵并產(chǎn)生毛刺?；覊m和毛刺是導(dǎo)致電池過(guò)熱、短路和爆炸等危險(xiǎn)問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)?。為了避免危險(xiǎn)，需要經(jīng)常更換模切刀。與傳統(tǒng)模切方法相比，大功率在線(xiàn)激光切割無(wú)需耗材，大大降低了成本;速度快，可大大提高生產(chǎn)效率;它具有很高的靈活性，不僅可以將以前新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和試切過(guò)程從幾個(gè)月縮短到幾天，而且可以自由控制間距和尺寸。

2鋰電池激光焊機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

鋰電池激光焊機(jī)電池模塊自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)一般包括電池加載、代碼掃描、測(cè)試、清洗、分揀、模塊堆疊、堆疊檢測(cè)、模塊焊接、焊接檢測(cè)、，模塊下料等工序、物料傳輸系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)、視覺(jué)定位系統(tǒng)MES制造執(zhí)行管理是整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，也是適應(yīng)小批量、多品種生產(chǎn)形式的重要技術(shù)支撐。

2.1物料輸送系統(tǒng)

從電芯充電到最終模塊下料，整個(gè)物料通過(guò)物料傳輸系統(tǒng)傳輸。物料輸送系統(tǒng)還可根據(jù)工藝調(diào)整要求靈活擴(kuò)展工位。不同站點(diǎn)之間的變速箱無(wú)需手動(dòng)操作。模塊定位板設(shè)有產(chǎn)品尺寸調(diào)整機(jī)構(gòu)，可適應(yīng)不同尺寸模塊的夾緊，非常適合小批量、多品種的生產(chǎn)需求。

2.2自適應(yīng)系統(tǒng)

在電池組件的生產(chǎn)過(guò)程中，軟包裝、方形和圓柱形電池是最常見(jiàn)的。在將不同類(lèi)型和尺寸的電池堆疊成不同尺寸的模塊后，需要針對(duì)每個(gè)過(guò)程對(duì)自適應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以確保整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，尤其是焊接過(guò)程的聯(lián)動(dòng)。只有不同尺寸的模塊才能形成模塊包流程。自適應(yīng)系統(tǒng)采用多軸組合聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工區(qū)域的位置定位。它不受任何形式的來(lái)料限制，完成焊接工作并將其傳輸?shù)较乱坏拦ば颉?/p>

2.3視覺(jué)定位系統(tǒng)

電池焊接表面的清潔、模塊標(biāo)記和母線(xiàn)焊接通常通過(guò)激光加工完成。電池組件組裝后，尺寸公差往往較大，難以滿(mǎn)足激光加工對(duì)間隙位置和尺寸的要求，導(dǎo)致加工質(zhì)量迅速下降。引入視覺(jué)定位系統(tǒng)可以滿(mǎn)足精確定位的需要，定位精度可達(dá)±0.05mm。通過(guò)視覺(jué)拍攝數(shù)據(jù)采集，將來(lái)料偏差反饋給控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加工位置的高精度定位。

2.4 MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)

MES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)有一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以在系統(tǒng)底層平臺(tái)的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶(hù)需求快速、快速地完成MES項(xiàng)目的實(shí)施和開(kāi)發(fā)。本手冊(cè)僅需根據(jù)MES的參數(shù)指令指導(dǎo)工作，以圖表的形式進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，完善現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)置信息。通過(guò)MFS系統(tǒng)，可以快速查詢(xún)、分析和及時(shí)處理從單元加載到最終模塊下料的各個(gè)過(guò)程的參數(shù)、數(shù)據(jù)等來(lái)料信息，真正實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制和高生產(chǎn)率。激光焊接過(guò)程中的過(guò)程數(shù)據(jù)包直接集成到MES系統(tǒng)中，方便用戶(hù)呼叫和切換。整個(gè)MES系統(tǒng)可以直接將生產(chǎn)線(xiàn)建成一個(gè)準(zhǔn)無(wú)人化的生產(chǎn)車(chē)間。只需在外圍補(bǔ)充手動(dòng)材料，提高了安全性。預(yù)留工業(yè)通訊接口，用戶(hù)不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，還可以與企業(yè)ERP有效連接，真正實(shí)現(xiàn)化工廠的智能化、信息化。

2.5定位和壓緊系統(tǒng)

為了提高焊接質(zhì)量，焊接過(guò)程中必須配備壓緊和定位裝置。傳統(tǒng)的按壓方法是相對(duì)于電池組定位的。隨著時(shí)間的推移，夾具的累積誤差將導(dǎo)致嚴(yán)重的定位偏差。為了糾正機(jī)械操作引起的偏差，定位壓接系統(tǒng)采用單孔壓接方式，將每道焊縫的位置設(shè)置為壓頭壓接的孔，以盡量減少夾具誤差造成的影響。定位壓制系統(tǒng)只需調(diào)整壓頭的結(jié)構(gòu)，既降低了企業(yè)成本，又提高了生產(chǎn)效率。

2.6高度跟蹤系統(tǒng)

由于電池模塊各焊接位置高度不能完全一致，焊接過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)虛焊、爆焊，焊接質(zhì)量難以保證。必須配備高度跟蹤系統(tǒng)。焊接站使用的高度跟蹤系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)高度測(cè)量機(jī)構(gòu)相對(duì)于電池模塊的平面定位，而是使用激光位移傳感器測(cè)量按壓機(jī)構(gòu)壓頭的位置，每個(gè)壓頭的高度變化反饋給控制系統(tǒng)。焦距調(diào)整軸根據(jù)系統(tǒng)反饋的變化調(diào)整其位置，以保證焊接過(guò)程中焦距恒定，從而保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

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