圓柱電池一般為全極耳電池（大圓柱），相對(duì)方形電池制造工藝，全極耳圓柱電池前段工序取消了模切制片工序，其余和方形電池制造流程基本一致。裝配段典型工序?yàn)槿嗥?、包膠。鋰電池極耳揉平方式在電池制程過(guò)程中占據(jù)重要的地位；對(duì)于全極耳電池，正／負(fù)極片空白區(qū)位于電池兩端，一般需要先對(duì)空白區(qū)揉平，使其端面致密，再對(duì)其進(jìn)行極耳焊接；為了防止電池的極耳短路，在極耳焊接之前，會(huì)對(duì)極耳要外露的部分提前進(jìn)行包膠。中段／后段與方形電池測(cè)試流程也基本一致。下圖為全極耳圓柱電池制造流程。

全極耳圓柱電池制造流程

1.1 圓柱鋰電池發(fā)展現(xiàn)狀

圓柱鋰電池也稱(chēng)為圓形鋰電池，最早是由日本SONY公司于1992年發(fā)明的18650鋰電池，其歷史相當(dāng)悠久，采用較為成熟的卷繞工藝，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成本相對(duì)較低，目前已大面積普及與廣泛應(yīng)用。

圓柱18650電池是被研究得最多、技術(shù)討論最充分的電池品種。單體主要由正極、負(fù)極、隔膜、正極負(fù)極集電極、安全閥、過(guò)流保護(hù)裝置、絕緣件和殼體共同組成。殼體，早期鋼殼較多，當(dāng)前以鋁殼為主。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 圓柱電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 圓柱鋰電池裝配設(shè)備

近幾年，隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的再一步擴(kuò)大，以及消費(fèi)者對(duì)續(xù)航里程要求的不斷提高，車(chē)企對(duì)動(dòng)力電池在容量、生產(chǎn)成本、儲(chǔ)能壽命和產(chǎn)品附加屬性等方面都提出了更高的要求。在原材料領(lǐng)域尚未獲得巨大突破的前提下，適當(dāng)增大圓柱鋰電池的尺寸以獲得更高能量密度便成為一種生產(chǎn)的主要方向。

如今鋰電池正在往安全性以及標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，設(shè)備的高精度、高效率、系列化以及高自動(dòng)化生產(chǎn)線將成為行業(yè)發(fā)展的大方向。本節(jié)提供一種鋰電圓柱電池自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化生產(chǎn)，大大節(jié)省人力成本，極大提高產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量及成品率，為客戶實(shí)現(xiàn)利益最大化。全自動(dòng)化和智能化的鋰電池生產(chǎn)設(shè)備將在保證鋰電池生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，使生產(chǎn)出的鋰電池具有較好的一致性，高的安全性能和直通良率，從而降低生產(chǎn)成本。

圖2為圓柱電池的裝配工藝流程圖，實(shí)現(xiàn)了從卷芯到電芯焊接封口整個(gè)流程的自動(dòng)化生產(chǎn)。圓柱電池裝配線用于實(shí)現(xiàn)圓柱鋰離子電池的電芯輸送、電芯與鋼殼的裝入、(-)Tab與鋼殼底部焊接、鋼殼滾槽、Hi-pot、X射線檢測(cè)、蓋帽焊接、注液、封口、清洗、套膜裝盒。所以整個(gè)圓柱電池裝配線設(shè)備包括以下設(shè)備：卷芯上料機(jī)構(gòu)、J/R與B/I插入機(jī)、Tab焊接與縮口機(jī)、T/I插入機(jī)、輥槽機(jī)、短路檢測(cè)、注液機(jī)、(+)Tab焊接機(jī)、封口機(jī)等，后面一一重點(diǎn)介紹這些設(shè)備。

圖2 圓柱電池裝配工藝流程

1.3 圓柱電池裝配產(chǎn)線未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

圓柱電池生產(chǎn)線使用時(shí)間比較長(zhǎng)，相應(yīng)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)有的裝配線設(shè)備也大同小異。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，除了從材料方面繼續(xù)改善，找到高性能的電芯材料外，對(duì)于電池裝配生產(chǎn)線而言，效率、成本等依然是動(dòng)力鋰電池未來(lái)發(fā)展的方向，對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)發(fā)展概況總結(jié)后有以下幾點(diǎn)值得關(guān)注：

①電池本體的性能方面，比如電池尺寸、能量密度等越來(lái)越大。

②裝配生產(chǎn)效率，在保證設(shè)備成本改動(dòng)不大的情況下，不斷改善生產(chǎn)效率；現(xiàn)有的圓柱鋰電池裝配效率可達(dá)到120PPM，甚至更高。

③電池裝配線的自動(dòng)化程度，顯而易見(jiàn)自動(dòng)化程度高，人工成本減少了很多，同時(shí)生產(chǎn)的良率更容易控制。合理控制每個(gè)工序的制作時(shí)間，從而有效縮短鋰電池的生產(chǎn)時(shí)間，而且極大改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大和生產(chǎn)成本高的問(wèn)題。

④人機(jī)工程方向，設(shè)備易操作、易維修更是要關(guān)注的一點(diǎn)，保證設(shè)備操作的靈活性。

⑤縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本是未來(lái)整體發(fā)展方向，模塊化技術(shù)的應(yīng)用是自動(dòng)化設(shè)備深度優(yōu)化的目標(biāo)。

1.4 圓柱鋰電池生產(chǎn)裝配線的設(shè)計(jì)

對(duì)于圓柱電池產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，針對(duì)客戶提出的要求會(huì)有不同的設(shè)計(jì)，根據(jù)在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及相應(yīng)的實(shí)踐，主要要從以下幾個(gè)方面去考慮：

①產(chǎn)品的工藝：包括電池的大小、極耳的大小、焊接的厚度等。

②廠房空間大?。簱?jù)此安排生產(chǎn)線設(shè)備的具體位置，以及要優(yōu)化的機(jī)構(gòu)等，還要考慮人機(jī)工程，人工操作的方便性，以及后期維護(hù)的可操作性。

③設(shè)備的設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，這樣更容易操作。

④生產(chǎn)線中節(jié)拍的分配：重點(diǎn)考慮瓶頸工位的效率，如果效率達(dá)不到，考慮將單工位改為雙工位甚至多工位，同時(shí)高的安全性能和直通良率也是重點(diǎn)關(guān)注的點(diǎn)。

⑤產(chǎn)品定位方式：對(duì)于客戶不同的需求，采用不同的產(chǎn)品定位方式，比如側(cè)邊定位、以兩邊為基準(zhǔn)定位、夾具定位等。

⑥粉塵防止裝置：圓柱電池裝配線設(shè)備中基本都是每個(gè)需要除塵的設(shè)備中都有相應(yīng)的除塵設(shè)施，比如集塵器、毛刷等。

⑦質(zhì)量檢測(cè)：整套裝配線中會(huì)涉及CCD檢測(cè)、電芯測(cè)厚檢測(cè)、絕緣檢測(cè)、短路檢測(cè)等。

⑧生產(chǎn)線的外觀的一致性：保持整套設(shè)備的美觀。

設(shè)備組成及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

2.1 卷芯上料機(jī)

圓柱鋰電池的關(guān)鍵來(lái)料就是卷芯（極組），它是電池性能的重要保障之一，其制作工藝技術(shù)已經(jīng)研究成熟，因此不再繼續(xù)闡述。著重關(guān)注從卷芯（極組）開(kāi)始裝配的設(shè)備流程，圓柱鋰電池的裝配線從卷芯上料開(kāi)始，包括卷芯（極組）托盤(pán)投入、輸送線運(yùn)輸、卷芯（極組）供應(yīng)、空托盤(pán)堆疊、排出、卷芯（極組）裝入托杯、托杯輸送等工序環(huán)節(jié)，整個(gè)過(guò)程對(duì)卷芯（極組）的定位要求準(zhǔn)確，以及卷芯（極組）裝入托杯的高精確度，卷芯（極組）上料的效率也是設(shè)備重點(diǎn)考慮的地方，提高自動(dòng)化程度與生產(chǎn)效率是市場(chǎng)、企業(yè)對(duì)未來(lái)設(shè)備的要求方向。

具體的工序流程在后面會(huì)配合相應(yīng)的設(shè)備詳細(xì)介紹。

圖3是利用16×16的極組（卷芯）專(zhuān)用托盤(pán)進(jìn)行極組供給，具體流程如下：人工通過(guò)小車(chē)（或者托盤(pán)輸送線）的方式將托盤(pán)投入到設(shè)備入口處，設(shè)備自動(dòng)將托盤(pán)進(jìn)行輸送、分盤(pán)、定位，使用機(jī)械手將托盤(pán)中的極組取放到極組專(zhuān)用托杯中，為極組入殼設(shè)備進(jìn)行供料，具體的工藝流程如圖4所示。

圖3 卷芯上料設(shè)備

圖4 卷芯（極組）設(shè)備工藝流程

設(shè)備每個(gè)工位完成的具體動(dòng)作包括如下步驟：①卷芯托盤(pán)供給；②托盤(pán)升降機(jī)；③托盤(pán)移送；④卷芯移送；⑤卷芯移送傳送帶；⑥卷芯直徑檢查。

卷芯上料設(shè)備布局如圖5所示。

圖5 卷芯上料設(shè)備布局

1—極組托盤(pán)小車(chē)；2—極組托盤(pán)供料；3—極組托盤(pán)傳送；4—取出托盤(pán)內(nèi)極組；5—極組放入進(jìn)料工裝內(nèi)；6—空托盤(pán)疊放（5層）；7—空托盤(pán)疊放（10層）；8—空托盤(pán)小車(chē)排出

從上面的工藝流程中可以得知，卷芯上料機(jī)重點(diǎn)是把卷芯（極組）從托盤(pán)中取出并放在相應(yīng)的托杯上，而準(zhǔn)確性和工作效率是其重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。所以設(shè)備中的取料機(jī)械手的作用顯得尤為重要，選取該結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)詳細(xì)說(shuō)明，如圖6所示。

圖6 取料機(jī)械手

取料機(jī)械手在工作中，采用的16個(gè)夾子（手指）從極組托盤(pán)中取料，在氣動(dòng)裝置的控制下可以高效完成相應(yīng)動(dòng)作。工作過(guò)程中的注意事項(xiàng)如下：

①卷芯夾取手指下降時(shí)有上下浮動(dòng)功能。

②卷芯移送時(shí)一列的標(biāo)準(zhǔn)是16個(gè)。

③夾取手指的內(nèi)部及角保證光滑，卷芯不會(huì)有損傷。

④卷芯內(nèi)部不會(huì)因?yàn)閵A取手指及套座移送而導(dǎo)致?lián)p傷。

2.2 J/R與B/I插入機(jī)

J/R即卷芯（極組），B/I即底部絕緣片。該工序的目的是將底部絕緣片(B/I)插入在極組(J/R)上，然后裝入鋼殼（或鋁殼）中，這是圓柱鋰電池裝配線的關(guān)鍵流程。結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，設(shè)備所完成的動(dòng)作較多。

J/R與B/I插入機(jī)用于實(shí)現(xiàn)電芯的(-)端部整理、(-)端部外徑檢測(cè)、NG出料、自動(dòng)上料、(-)Tab定位、下絕緣片裝入、折(-)內(nèi)極耳、折(-)外極耳、鋼殼自動(dòng)供料、吸取粉塵、CCD檢查絕緣片與極耳是否蓋住中心孔、電芯入殼、NG排出、良品下料等功能。

J/R與B/I插入機(jī)如圖7所示，其中極組由專(zhuān)用托杯通過(guò)輸送鏈板進(jìn)行供給進(jìn)入設(shè)備入口，分別對(duì)極組的終端Tab、先端Tab進(jìn)行定位整理，插入B/I并隨即彎折Tab，通過(guò)視頻(CCD)對(duì)Tab彎折狀態(tài)與B/I狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查；對(duì)鋼殼內(nèi)部進(jìn)行除粉塵作業(yè)，鋼殼插入極組。具體工藝流程如圖8所示。

圖7 J/R與B/I插入機(jī)

圖8 工藝流程圖

1）設(shè)備的組成及工位劃分

①卷芯供料；

②B/I沖裁和插入；

③負(fù)極耳定位與折彎；

④CCD檢查；

⑤鋼殼供給及插入；

⑥鋼殼插入卷芯單元；

⑦良品與NG品排出。

2）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

J/R與B/I插入機(jī)設(shè)備布局如圖9所示。

圖9 J/R與B/I插入機(jī)設(shè)備布局

1—料機(jī)械手；2—先端Tab定位與終端Tab定位；3—底部絕緣片插入；4—底部絕緣片沖裁；5—先端Tab彎折&終端Tab彎折；6—極組插入鋼殼（入殼）；7—鋼殼供料；8—NG排出

從圖9中可知，底部絕緣片(B/I)插入、底部絕緣片(B/I)沖裁、先端Tab彎折與終端Tab彎折、極組插入鋼殼（入殼）、鋼殼供料等比較關(guān)鍵，對(duì)整個(gè)裝配出來(lái)的半成品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個(gè)機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說(shuō)明。

①底部絕緣片(B/I)沖裁機(jī)構(gòu)如圖10所示。

圖10 B/I（底部絕緣片）沖裁機(jī)構(gòu)

1—伺服電機(jī)；2—上下導(dǎo)向；3—沖裁模具；4—B/I吸取機(jī)構(gòu)；5—B/I卷料供給方向；6—B/I卷料回收裝置

底部絕緣片(B/I)的沖裁機(jī)構(gòu)工作時(shí)重要注意事項(xiàng)如下：

a．B/I沖裁和供給時(shí)不會(huì)因靜電（有去靜電離子發(fā)生器）導(dǎo)致供給錯(cuò)誤發(fā)生；

b．B/I插入使用負(fù)壓吸取方式；

c．B/I插入裝置設(shè)計(jì)為可上下浮動(dòng)的構(gòu)造，插入時(shí)卷芯上部不會(huì)有損傷；

d．B/I片材質(zhì)：PP/PET建議厚度為0.3mm；

e．B/I顏色：藍(lán)色（顏色不允許白色和黑色）；

f．B/I供給確認(rèn)，使用真空壓力進(jìn)行檢查；

g．B/I沖裁不會(huì)出現(xiàn)中心口偏移的現(xiàn)象；

h．底部絕緣片的沖裁模具材質(zhì)為SKD11。

②(-)2Tab（負(fù)極）折彎。如圖11所示，負(fù)極的兩個(gè)Tab折彎工藝以及其先后折彎順序可以清晰看出來(lái)，在工作過(guò)程中，Tab的折彎和視頻檢查先后進(jìn)行，做到加工的精確性和完整度，保證加工質(zhì)量。

圖11 Tab折彎?rùn)C(jī)構(gòu)

③鋼殼供給機(jī)構(gòu)。鋼殼供給機(jī)構(gòu)如圖12所示，該機(jī)構(gòu)的鋼殼供給方式為包裝箱供給鋼殼，磁石吸附供給方式供給數(shù)量為10層。卷芯插入前在鋼殼內(nèi)部進(jìn)行正壓吹，采用負(fù)壓吸的方式對(duì)鋼殼進(jìn)行清潔處理。

圖12 鋼殼供給機(jī)構(gòu)

1—供料緩存Ⅰ；2—鋼殼吸取裝置Ⅰ；3—提升機(jī)構(gòu)Ⅰ；4—換盤(pán)橫移；5—鋼殼輸出；6—供料緩存Ⅱ；7—鋼殼吸取裝置Ⅱ；8—提升機(jī)構(gòu)Ⅱ

2.3 Tab焊接與縮口機(jī)及T/I插入機(jī)

如圖13所示，底部焊接機(jī)完成Tab焊接、縮口、插Pin、T/I插入等工藝，入殼后的極組投入設(shè)備，將(-)Tab與鋼殼底部進(jìn)行電阻焊接、鋼殼口部縮頸、插入中心Pin、裝入T/I。過(guò)程中會(huì)分別對(duì)焊接強(qiáng)度、縮口外徑、中心Pin、T/I進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的檢查判斷。整體工藝流程如圖14所示。

圖14 整體工藝流程圖

1）設(shè)備組成及工位劃分

①電芯供料；

②卷芯中心孔整形；

③負(fù)極耳焊接部分；

④正極耳整形；

⑤整形后位置精度保證在±3?以內(nèi)；

⑥電池翻轉(zhuǎn)180°；

⑦鋼殼縮口；

⑧極耳定位與整形；

⑨T/I沖裁與插入；

⑩T/I檢查；

?極耳整理。

2）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

如圖15所示的設(shè)備布局圖中可知，Tab焊接與縮口機(jī)設(shè)備中(-)Tab焊接與拉力檢查、縮口、中心Pin插入、T/I沖裁、T/I插入等比較關(guān)鍵，對(duì)整個(gè)裝配出來(lái)的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個(gè)機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說(shuō)明。

圖15 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)備布局

1—極組中心孔整理；2—視覺(jué)檢測(cè)(CCD)；3—(-)Tab焊接與拉力檢查（焊接設(shè)定值：電流、電壓、壓力）；4—縮口；5—中心Pin供應(yīng)；6—中心Pin插入；7—(+)Tab定位；8—T/I沖裁；9—T/I插入

①負(fù)極Tab焊接機(jī)構(gòu)。負(fù)極Tab焊接機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖16所示，該機(jī)構(gòu)主要完成負(fù)極處Tab與鋼殼的焊接工序，完成之后同時(shí)進(jìn)行拉伸檢測(cè)，確定焊接后的強(qiáng)度能夠滿足要求。

圖16 負(fù)極Tab焊接機(jī)構(gòu)構(gòu)成

②縮口機(jī)構(gòu)?？s口機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖17所示，該機(jī)構(gòu)主要完成對(duì)卷芯的外殼即鋼殼的縮口工序，縮小卷芯上部的鋼殼外徑，這對(duì)于電池的封裝是個(gè)初步過(guò)程，為后續(xù)圓柱電池的封口做好鋪墊。

圖17 縮口機(jī)構(gòu)構(gòu)成

③Pin插入機(jī)構(gòu)。Pin插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖18所示，該機(jī)構(gòu)主要完成將中心銷(xiāo)(Pin)插入收口成型的卷芯內(nèi)徑中，包括Pin的供料、Pin的插入以及Pin高度檢查等，工序完成的同時(shí)也完成了對(duì)Pin插入的檢測(cè)，保證了工序的準(zhǔn)確性以及完整度。

圖18 Pin插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成

1—升降機(jī)械手；2—?dú)鈩?dòng)手指與夾具；3—高度檢測(cè)；4—載具與輸送；5—二次定位

④T/I插入機(jī)構(gòu)。T/I插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖19所示，該機(jī)構(gòu)主要完成對(duì)正極Tab的定位、頂部絕緣片(T/I)插入電池內(nèi)部等工序，同時(shí)在動(dòng)作完成以后對(duì)T/I插入進(jìn)行檢測(cè)，保障工序完成的準(zhǔn)確性和完整度。

圖19 T/I插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成

1—升降機(jī)構(gòu)；2—90°旋轉(zhuǎn)；3—真空吸頭；4—載具與輸送

2.4 輥槽機(jī)及短路測(cè)試機(jī)

輥槽機(jī)及短路測(cè)試機(jī)（圖20）是對(duì)前面加工好的半成品電池進(jìn)行加工，即對(duì)電池的鋼殼實(shí)施槽口加工進(jìn)而滾壓，并對(duì)電池內(nèi)部進(jìn)行短路測(cè)試。輥槽機(jī)由上料輸送帶、上料分料盤(pán)、輥槽機(jī)構(gòu)、下料分料盤(pán)、下料傳送帶等部件和除塵機(jī)構(gòu)與Hi-pot檢測(cè)裝置共同組成。輥槽通過(guò)采用橫向進(jìn)刀、上下同時(shí)壓縮補(bǔ)給、背輪支撐的結(jié)構(gòu)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼殼槽口的成型。

具體工藝流程如下：電池投入后將托杯與電池分離，通過(guò)上下部的凸輪曲線運(yùn)動(dòng)，分別在電池長(zhǎng)度方向進(jìn)行機(jī)械壓縮，利用滾刀在鋼殼口部實(shí)施槽口的加工；對(duì)已完成輥槽工藝的電池進(jìn)行尺寸檢查（輥槽部位的外徑、高度）與短路測(cè)試等。

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)：輥槽機(jī)及短路測(cè)試機(jī)設(shè)備布局如圖21所示；其工藝流程如圖22所示。

圖21 輥槽機(jī)及短路測(cè)試機(jī)設(shè)備布局

1—電池投入；2—電池與托杯分離；3—輥槽（6個(gè)沖裁頭）；4—電池與托杯結(jié)合；5—T/I檢查；6—外徑檢測(cè)及高度檢測(cè)；7—短路檢測(cè)；8—X射線（電池排出）；9—NG排出

圖22 輥槽機(jī)及短路測(cè)試設(shè)備的工藝流程

從圖20的設(shè)備布局圖中可知，輥槽、短路測(cè)試設(shè)備中輥槽機(jī)構(gòu)、T/I檢查機(jī)構(gòu)、短路檢測(cè)機(jī)構(gòu)等是關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，對(duì)整個(gè)裝配出來(lái)的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個(gè)機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說(shuō)明。

①輥槽機(jī)構(gòu)。輥槽機(jī)構(gòu)如圖23所示，該機(jī)構(gòu)主要完成在電池的鋼殼上進(jìn)行輥槽，中間會(huì)完成電池和托杯的分離與結(jié)合動(dòng)作，鋼殼上部輥槽成型，目的是為了確保蓋帽放置位置。

圖23 輥槽機(jī)構(gòu)

②短路測(cè)試機(jī)構(gòu)。短路測(cè)試機(jī)構(gòu)如圖24所示，該機(jī)構(gòu)主要完成在(+)Tab定位后，檢測(cè)鋼殼與卷芯(+)Tab間的電阻，保證電池內(nèi)部的絕緣性，是電池裝配完成前的檢測(cè)工作。

圖24 短路測(cè)試機(jī)構(gòu)

2.5 (+)Tab激光焊接機(jī)

(+)Tab激光焊接機(jī)（圖25）是圓柱電池裝配的后環(huán)節(jié)，主要功能是將正極處的Tab與電池的蓋帽進(jìn)行激光焊接，并做進(jìn)一步檢測(cè)工序，后面詳細(xì)介紹各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程。

將注液后的電池(+)Tab與蓋帽進(jìn)行激光焊接的工序包括：(+)Tab清潔、定位、CCD檢測(cè)、激光焊接、焊接拉力測(cè)試、Tab彎折、蓋帽壓入等。

焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)布局如圖26所示，可以看出(+)Tab焊接機(jī)每個(gè)工位的具體工作內(nèi)容。其工藝流程如圖27所示。

圖26 焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)布局

1—電池供給；2—高度調(diào)整；3—Tab定位；4—DMC清洗（濕擦）；5—擦洗（干擦）；6—Tab定位(CCD)；7—蓋帽供料；8—激光焊接；9—拉力檢測(cè)；10—焊接位置檢測(cè)(CCD)；11—極耳彎折；12—頂蓋壓入；13—高度檢測(cè)；14—NG排出；15—隨行治具

圖27 激光焊接機(jī)工藝流程

從圖26的設(shè)備結(jié)構(gòu)布局圖中可知，(+)Tab焊接機(jī)設(shè)備中激光焊接機(jī)構(gòu)、拉力檢測(cè)機(jī)構(gòu)、極耳彎折機(jī)構(gòu)、頂蓋壓入機(jī)構(gòu)等是關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，對(duì)整個(gè)裝配出來(lái)的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個(gè)機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說(shuō)明。

①蓋帽激光焊接機(jī)構(gòu)。蓋帽激光焊接機(jī)構(gòu)如圖28所示，該機(jī)構(gòu)主要完成(+)Tab的定位、激光焊接Tab和蓋帽、焊接強(qiáng)度檢測(cè)、將蓋帽插入中鋼殼中等工序，每個(gè)工序都很關(guān)鍵，為后續(xù)的封口環(huán)節(jié)打好基礎(chǔ)。

圖28 蓋帽激光焊接機(jī)構(gòu)

②拉力測(cè)試機(jī)構(gòu)。拉力測(cè)試機(jī)構(gòu)如圖29所示，它由壓緊板、蓋帽夾持機(jī)構(gòu)、上下運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、拉力傳感器、放大器等組成，用于檢查焊接拉力是否滿足強(qiáng)度要求?？筛鶕?jù)要求自動(dòng)設(shè)定檢測(cè)的頻次及拉力的大小，具有焊接拉力檢測(cè)范圍設(shè)置以及拉力異常報(bào)警停線功能。

2.6 封口機(jī)

封口機(jī)（圖30）是圓柱電池裝配的后環(huán)節(jié)，是對(duì)成型電池外表面鋼殼進(jìn)行包裝封口，對(duì)電池外觀的保護(hù)，使得電池內(nèi)部的氣密性更好，是圓柱電池裝配的重要環(huán)節(jié)。封口機(jī)用于蓋帽焊接后電池的口部密封。鋼殼經(jīng)封口1次或2次彎折整形作業(yè)后，蹲壓電池上部端面，使電池內(nèi)部保持密閉。

封口機(jī)設(shè)備主要工藝包括：DMC清洗、卷邊1、DMC清洗、卷邊2、蹲封等。其詳細(xì)的工藝流程如圖31所示。

圖31 封口機(jī)設(shè)備工藝流程

封口機(jī)設(shè)備的整體布局如圖32所示，可以清晰看到設(shè)備從電池供給到封口、檢測(cè)完排出的加工整個(gè)過(guò)程。

圖32 封口機(jī)設(shè)備的整體布局

1—托杯與電池供給；2—DMC涂抹；3—卷邊；4—DMC涂抹；5—卷邊；6—排出；7—托杯與電池供給；8—托杯與電池分離；9—空托杯回流；10—DMC涂抹；11—蹲封；12—高度檢查；13—外形檢查；14—NG排出；15—電池排出

從圖32中可知，封口機(jī)設(shè)備中的卷邊機(jī)構(gòu)、蹲封機(jī)構(gòu)、外形檢測(cè)機(jī)構(gòu)等是關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，對(duì)整個(gè)裝配出來(lái)的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中卷邊蹲封機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說(shuō)明。其結(jié)構(gòu)示意圖以及工藝流程如圖33與圖34所示。

圖33 卷邊、蹲封結(jié)構(gòu)示意圖

圖34 卷邊、蹲封工藝流程

封口機(jī)通過(guò)3爪與封口模具對(duì)電池進(jìn)行1次、2次的卷邊封口，然后利用上模具對(duì)電池表面進(jìn)行蹲封工藝，目的是為了電池高度保持一致。

圓柱型電芯Pack系統(tǒng)智能制造

Pack的意思就是包裝，電池pack指的就是組合電池，也就是動(dòng)力電池的包裝、封裝或者裝配過(guò)程。我們都知道動(dòng)力電池內(nèi)部包括電解液、隔膜、正/負(fù)極材料等，這些東西組合在一起成了電芯；而多個(gè)單獨(dú)的電芯通過(guò)特定的方式進(jìn)行包裝成組最后就形成了我們的動(dòng)力電池，動(dòng)力電池加上電池管理系統(tǒng)、電氣和機(jī)械系統(tǒng)等就能夠變成電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源，而這整個(gè)過(guò)程所用到的就是電池pack。

電池包(pack)：一般是由多個(gè)電池組集合而成的，同時(shí)，還加入了電池管理系統(tǒng)(BMS)等，也就是電池廠最后提供給用戶的產(chǎn)品。

今天以某產(chǎn)品為例講講電池pack系統(tǒng)，該產(chǎn)品主要應(yīng)用于物流車(chē)和乘用車(chē)。

Pack產(chǎn)品信息

圖1 產(chǎn)品裝配圖

使用18650或21700電芯計(jì)算，模塊長(zhǎng)度最大為360mm×430mm×75.5mm。

工藝方案選擇

根據(jù)對(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)導(dǎo)向及市場(chǎng)需求的分析，該項(xiàng)目目標(biāo)產(chǎn)品LR2170型電芯電池包生產(chǎn)擬采用插接式工藝路線，產(chǎn)品主要應(yīng)用于物流車(chē)和乘用車(chē)。

電芯單層陣列組成的模塊，層層疊加組成模組，幾個(gè)模組安裝在電池箱里并進(jìn)行連接，增加管理系統(tǒng)，最終形成電池包?？梢愿鶕?jù)客戶的需求，變更陣列樣式、層數(shù)、模組串聯(lián)數(shù)量等設(shè)計(jì)，以便生產(chǎn)出各種形狀和性能參數(shù)的電池包產(chǎn)品。

目前主流的工藝為插接式、電阻焊和鋁絲焊，詳細(xì)對(duì)比見(jiàn)表1。插接式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，安全性能好。

表1 三種工藝方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

該項(xiàng)目采用高自動(dòng)化插接式生產(chǎn)技術(shù)，與行業(yè)內(nèi)成熟自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商共同優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了目前的高自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)。采用插接式模組工藝，可根據(jù)客戶要求，組裝成各種形狀的電池包，型號(hào)開(kāi)發(fā)難度小。采用插接式模組工藝，激光焊無(wú)耗材，易維護(hù)，成本低。

Pack工藝流程

該項(xiàng)目的汽車(chē)動(dòng)力電池包生產(chǎn)工藝主要由模組生產(chǎn)、電池包生產(chǎn)和容量檢驗(yàn)三個(gè)工段組成。項(xiàng)目針對(duì)裝配工藝特點(diǎn)，采用全自動(dòng)和半自動(dòng)結(jié)合的工藝流程，提高生產(chǎn)效率，降低人力成本。采用自動(dòng)化插接式模組工藝和半自動(dòng)電池包工藝，此工藝路線在電池包產(chǎn)品性能和可制造性方面均進(jìn)行了全面的考慮。

該項(xiàng)目工藝流程以智能制造為設(shè)計(jì)原則，采用MES管理生產(chǎn)計(jì)劃；對(duì)班組信息、設(shè)備信息、原材料批次信息、生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)和質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的自動(dòng)采集和匯總分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài)和質(zhì)量狀態(tài)；可根據(jù)原材料批次信息追溯產(chǎn)品信息，以及通過(guò)產(chǎn)品批次信息追溯原材料信息和生產(chǎn)過(guò)程信息。

3.1 全自動(dòng)模組裝配

電芯車(chē)間生產(chǎn)電芯分檔后存放于定制料盒中，然后按檔次和批次存放在電芯成品倉(cāng)庫(kù)里，AGV系統(tǒng)根據(jù)MES中生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)電芯至全自動(dòng)模組上料區(qū)。

上料區(qū)電芯由工業(yè)機(jī)器人上料至自動(dòng)流水線。電芯經(jīng)過(guò)掃碼分選單元，記錄電芯批次、復(fù)測(cè)電壓和內(nèi)阻；合格電芯經(jīng)過(guò)PET膜去除單元，去除負(fù)極底部PET膜；經(jīng)等離子體清洗單元，去除電池蓋和電池殼底部表面污漬；進(jìn)入支架單元，電芯按照一定陣列形式插入支架；經(jīng)激光打碼單元，根據(jù)MES設(shè)定在支架上標(biāo)記打碼，并與電芯信息進(jìn)行綁定；經(jīng)彈片激光焊接單元，將支架中的彈片與電芯正極進(jìn)行焊接；經(jīng)并連片上料安裝單元，將并連片安裝在支架上；經(jīng)并連片激光焊接單元，將并連片與彈片進(jìn)行焊接。至此，模組的子單元模塊全部完成，插接式最上層模塊與中間層模塊的支架和焊接參數(shù)略有區(qū)別，通過(guò)設(shè)定自動(dòng)線參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)兩種模塊按照設(shè)定比例交替生產(chǎn)。

1個(gè)負(fù)極支架，若干個(gè)中間模塊，1個(gè)正極模塊在插接組裝單元層層摞起來(lái)并擠壓，串聯(lián)為一個(gè)初步的模組；經(jīng)極柱安裝工位，分別在模組正負(fù)極匯流板安裝極柱；經(jīng)固定板安裝工位，在匯流板上安裝固定板；經(jīng)加熱帶安裝工位，在模組電芯間隙插入加熱帶；在PCB板安裝工位，安裝PCB板和溫度電壓采集線束；在模組打包工位，對(duì)模組進(jìn)行固定；在EOL檢測(cè)工序，檢測(cè)成品模組的電阻和電壓等參數(shù)。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 全自動(dòng)模組裝配工藝流程

3.2 半自動(dòng)電池包的裝配

AGV系統(tǒng)根據(jù)MES中生產(chǎn)計(jì)劃將原材料自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至上料區(qū)，在上料單元，線體定制AGV將電池箱托起，依次經(jīng)過(guò)各道工序；在清潔工位，采用吸塵器對(duì)電池箱進(jìn)行異物清潔；在高壓線纜和組件安裝工位，將高壓線纜和組件安裝到電池箱相應(yīng)位置；在BMC和LMC組裝工序，將BMC和LMC安裝到電池箱相應(yīng)位置；在入箱和固定工位，工人在自動(dòng)提升系統(tǒng)協(xié)助下將模組安裝到合適位置；在線束安裝與整理工位，安裝相應(yīng)線束并整理，在半成品檢測(cè)工序，進(jìn)行Pulse充放電等檢查項(xiàng)目，檢驗(yàn)裝備的正確性；在封箱工序，涂膠并安裝上蓋板；在成品檢驗(yàn)工序，檢驗(yàn)絕緣性和氣密性。

本線體中所有螺釘?shù)难b配力矩都有明確的規(guī)定，通過(guò)自動(dòng)或半自動(dòng)擰緊裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)配。半自動(dòng)電池包裝配工藝流程如圖3所示。

圖3 半自動(dòng)電池包裝配工藝流程

3.3 容量檢測(cè)

AGV系統(tǒng)根據(jù)MES中生產(chǎn)計(jì)劃將半成品區(qū)的待測(cè)電池包轉(zhuǎn)運(yùn)至測(cè)試區(qū)，人工接線后，測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)電池包容量并上傳數(shù)據(jù)至MES，測(cè)試完成后打包入庫(kù)。容量檢測(cè)工藝流程如圖4所示。

圖4 容量檢測(cè)工藝流程

Pack生產(chǎn)制造

Pack生產(chǎn)制造流程：中間支架組裝→電芯上料→電芯篩選（OCV/IR測(cè)試）→PET膜去除→等離子清洗→電芯檢驗(yàn)→電芯入中間支架→焊接→匯流排組裝焊接（正/負(fù)極支架組合焊接）→焊點(diǎn)檢查→模組及端板綁定→模組轉(zhuǎn)接端子組裝→PCB板采集線束和加熱片安裝→模塊檢驗(yàn)→模組下線流轉(zhuǎn)。

Pack線從電芯上料至模組裝配的工序流程如圖5所示。

圖5 Pack線從電芯上料至模組裝配的工序流程

4.1 產(chǎn)線布局

Pack產(chǎn)線設(shè)備布局如圖6所示。

圖6 Pack產(chǎn)線設(shè)備布局

4.2 電芯上料

1）功能：電芯上料的主要功能為從紙盒或標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)中取出電芯到自動(dòng)線。

2）工藝技術(shù)：

①托盤(pán)用標(biāo)準(zhǔn)出貨紙盒取出，設(shè)備自動(dòng)將電芯從紙盒中取出上線。

②掃描電芯上的條形碼（條形碼位于電芯的側(cè)面），和電芯來(lái)料數(shù)據(jù)比對(duì)。

3）電芯上料設(shè)備：電芯上料設(shè)備如圖7所示。AGV小車(chē)將滿電池盒的托盤(pán)運(yùn)送至上料位，CCD相機(jī)拍照定位，距離傳感器檢測(cè)高度，夾爪進(jìn)行抓取操作并將托盤(pán)放置在倍速鏈輸送線上。料盒抓取完后，AGV小車(chē)將空托盤(pán)運(yùn)送至電芯堆放區(qū)。

圖7 電芯上料設(shè)備

電芯上料設(shè)備的特點(diǎn)如下：

①AGV小車(chē)整托盤(pán)上料，節(jié)約上料時(shí)間。

②相機(jī)定位，四軸調(diào)整，保證抓取動(dòng)作既準(zhǔn)確又穩(wěn)定。

③夾爪具有防撞功能，保證電芯、料盒的安全。

4）上料過(guò)程：電芯上料如圖8所示，料盒通過(guò)上層輸送線運(yùn)送至電芯抓取工位進(jìn)行定位，夾爪將料盒抓取至線體兩側(cè)，對(duì)料盒進(jìn)行90°翻轉(zhuǎn)，電芯抓取機(jī)構(gòu)將電芯抽取至電芯輸送線上，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)下降并對(duì)電芯進(jìn)行輸送?？障渫ㄟ^(guò)升降機(jī)運(yùn)送至下層倍速鏈，運(yùn)送至堆疊工位，可堆疊4跺，滿料后將提示人工取走。

圖8 電芯上料

電芯上料過(guò)程的特點(diǎn)如下：

1）空箱回流后進(jìn)行堆疊，滿料后將產(chǎn)生報(bào)警提示，減少人工的操作時(shí)間。

2）抓取料采用雙工位，做到故障不停機(jī)。

3）抓取后輸送導(dǎo)向機(jī)構(gòu)保證了電芯搬運(yùn)的穩(wěn)定高效。

4.3 電芯檢測(cè)

電芯檢測(cè)如圖9所示。上料夾爪從輸送線上一次抓取12只電芯，變間距后放置在步進(jìn)托板上，并由其將電芯運(yùn)送至掃碼工位，滾輪帶動(dòng)電芯旋轉(zhuǎn)，CCD相機(jī)自動(dòng)抓取電芯上的條碼信息，并上傳至MES。在OCV/IR測(cè)試工位，壓板將電芯壓緊，探針同時(shí)對(duì)12顆電芯進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)試信息上傳至MES。下料機(jī)械手根據(jù)掃碼及測(cè)試情況將電芯放置到OK輸送線或NG工位。

圖9 電芯檢測(cè)

電芯檢測(cè)的特點(diǎn)如下：

1）采用專(zhuān)利技術(shù)，對(duì)多組電芯條碼進(jìn)行滾動(dòng)掃描，高效且穩(wěn)定。

2）采用專(zhuān)用同軸高頻探針，保證電芯測(cè)量的精度和分選的準(zhǔn)確率，且更換也比較方便。

3）將NG電芯按照掃碼不良、測(cè)試不良、壓降過(guò)大及批次不符等情況，進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)，以便于質(zhì)量追溯。

4.4 電芯篩選（OCV/IR測(cè)試）

1）功能：

①測(cè)試每只電芯的OCV和ACIR，并將測(cè)試數(shù)據(jù)和電芯數(shù)據(jù)綁定后上傳至MES。在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，由MES判斷電芯是否合格；在單機(jī)狀態(tài)下，數(shù)據(jù)存取在本地；聯(lián)機(jī)時(shí)，自動(dòng)上傳至MES。

②將測(cè)試合格的電芯流入下一道工序，不合格的電芯單獨(dú)流出，并及時(shí)提醒員工取出。

2）工藝技術(shù)：

①電芯電壓為0~5000mV，分辨率為0.01mV，精度為±0.3mV，整體測(cè)試精度為±0.3mV。

②電芯內(nèi)阻為0～2mΩ，分辨率為0.01mΩ，精度為±0.02mΩ，整體測(cè)試精度為±0.04mΩ。

電芯內(nèi)阻為2～5mΩ，分辨率為0.01mΩ，儀表精度為±0.02mΩ，整體測(cè)試精度為±0.04mΩ。

③測(cè)試OCV和IR的標(biāo)準(zhǔn)使用MES中的數(shù)值，技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行更改。

④針對(duì)給出的電芯型號(hào)與外形，電壓內(nèi)阻測(cè)試儀的測(cè)試夾具具有高精度、耐用（接觸探針的使用壽命不小于3000000次）、易于維護(hù)和易于換型等特點(diǎn)；由于電芯殼為鋁殼，表面可能會(huì)有氧化層，探針端面開(kāi)齒槽能夠刺破電芯表面氧化層，防止誤判。

⑤軟件功能：具備權(quán)限管理功能、記錄功能、查詢功能、修改刪除功能、報(bào)表輸出功能、Excel導(dǎo)入與導(dǎo)出及提供數(shù)據(jù)庫(kù)外接口。

⑥在測(cè)試、分選過(guò)程中，電芯表面不得出現(xiàn)任何劃傷和磕碰等。

（5）電芯剝皮

1）功能：

①將電芯外表面的PET膜去除。

②去除電芯正極的絕緣片。

③檢測(cè)電芯外觀。

④檢測(cè)電芯入裝極性位置。

2）工藝技術(shù)：

①不能破壞電芯的涂層。

②電芯內(nèi)表面瞬間溫度不能超過(guò)80℃。

③對(duì)于外觀及極性位置不良的自動(dòng)剔除，并提醒工作人員取走。

3）電芯剝皮操作：如圖10所示，步進(jìn)線將12只電芯同時(shí)送到第一次激光切割位，上滾輪壓住電芯，下滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，激光器進(jìn)行環(huán)形切割；步進(jìn)至第二次激光切割位，激光從環(huán)形至底部進(jìn)行切割；電芯至剝皮工位用壓板壓住正極側(cè)，夾爪將電芯外皮剝離，并由壓縮空氣吹出料倉(cāng)。

圖10 電芯剝皮

電芯剝皮的特點(diǎn)如下：

①可同時(shí)對(duì)多只電芯進(jìn)行處理，生產(chǎn)效率比較高。

②用伺服系統(tǒng)控制電芯旋轉(zhuǎn)，可保證電芯外皮切割的完整性。

③分次對(duì)電芯表皮進(jìn)行切割，保證了剝皮的可靠性。

4.6 電芯入工裝

如圖11所示，夾爪從輸送線上抓取電芯，分間距后放置在導(dǎo)向槽上。推板將電芯推入旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向翻轉(zhuǎn)90°并移動(dòng)至入殼工位。電芯工裝通過(guò)機(jī)械手從倍速鏈輸送線上抓取至入殼工位，入殼氣缸將電芯壓入電芯工裝內(nèi)。裝滿電芯的工裝通過(guò)機(jī)械手抓取至倍速鏈輸送線上。

圖11 電芯入工裝

電芯入工裝的特點(diǎn)如下：

①進(jìn)入工裝時(shí)有精確導(dǎo)向，保證電芯不會(huì)傾斜劃傷。

②多只電芯同時(shí)進(jìn)氣入工裝，生產(chǎn)效率比較高。

4.7 等離子清洗

1）功能：對(duì)電芯表面進(jìn)行等離子清洗。

2）工藝技術(shù)：清洗完成后，電芯表面去塵，無(wú)污物和雜質(zhì)。

3）等離子清洗的操作：如圖12所示，裝滿電芯的工裝通過(guò)倍速鏈輸送線運(yùn)送至等離子清洗工位后進(jìn)行定位，XY二軸機(jī)械手帶動(dòng)等離子清洗頭對(duì)電芯正極表面進(jìn)行清洗。

圖12 等離子清洗

等離子清洗的特點(diǎn)如下：

①等離子清洗路徑及時(shí)間可自由設(shè)定，保證清洗效果。

②電芯清洗完成后立即會(huì)將支架蓋上，避免再次污染。

4.8 電芯入中間塑料支架

1）功能：

①將中間塑料支架組合體（中間塑料支架、彈片和電壓采集彈片）上料。

②焊接彈片依次裝入到上支架內(nèi)。

③電芯按照模塊要求依次插入裝有彈片的上支架內(nèi)，并擠壓保證電芯正極極柱和彈片接觸。

2）工藝技術(shù)：

①電芯插接到位，保證正極極柱和彈片完全接觸。

②若電芯位置和極性與要求不符，必須立刻報(bào)警提醒操作人員進(jìn)行處理。

3）電芯安裝支架：如圖13所示，電池支架放置在料架里，人工將料架推入料倉(cāng)。提升裝置將料倉(cāng)一層層托起，搬運(yùn)機(jī)構(gòu)將電池支架推送至搬運(yùn)位并加以定位。四軸機(jī)器人抓取電池支架，通過(guò)CCD相機(jī)定位后放置在裝滿電芯的工裝板上。電芯支架運(yùn)送至激光打碼工位打碼，數(shù)據(jù)綁定并上傳至MES。

圖13 電芯安裝支架

電芯安裝支架的特點(diǎn)如下：

①支架料車(chē)每側(cè)兩臺(tái)，其中一臺(tái)備用，不影響生產(chǎn)。

②緩存槽可加以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同規(guī)格的模塊。

③可緩存15min用量，料槽有缺料提前預(yù)警功能。

4.9 激光焊接

1）功能：

①使匯流排（中間塑料支架）完整地焊接到電芯的正極端（彈片與電芯焊接，彈片與連片焊接），并將數(shù)據(jù)上傳至MES。

②使匯流排（正極塑料支架）完整地焊接到電芯的正極端（彈片與電芯焊接，彈片與連片焊接），并將數(shù)據(jù)上傳至MES。

③使匯流排（負(fù)極塑料支架）組合與彈片激光焊接，并將數(shù)據(jù)上傳至MES。

④焊接后自動(dòng)檢測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量是否合格。合格產(chǎn)品流入下一道工序，不合格產(chǎn)品單獨(dú)流出，并及時(shí)提醒工作人員取出。

2）工藝技術(shù)：

①不能焊穿匯流排及電芯的正極端。

②焊點(diǎn)強(qiáng)度（剝離力）應(yīng)大于100N。

③能夠焊接鎳片、鋼片等。

④一個(gè)產(chǎn)品的焊接參數(shù)放在一個(gè)文件里（一個(gè)產(chǎn)品一個(gè)文件）包含設(shè)置參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和坐標(biāo)、原點(diǎn)或零點(diǎn)坐標(biāo)、測(cè)距Spec、偏差Spec及焊點(diǎn)檢測(cè)對(duì)比參數(shù)等。切換產(chǎn)品時(shí)只需要選擇這個(gè)產(chǎn)品文件，不需要額外動(dòng)作。

⑤設(shè)備PLC與計(jì)算機(jī)間的通信協(xié)議。

⑥產(chǎn)品信息上的輸入與輸出功能。

⑦界面有焊點(diǎn)布局圖，對(duì)Pass和Fail不同焊點(diǎn)有顏色顯示。

⑧可設(shè)置產(chǎn)品文件數(shù)據(jù)來(lái)源于本地還是服務(wù)器，服務(wù)器可設(shè)置和導(dǎo)入焊接參數(shù)。

⑨焊接工裝便于及時(shí)換型使用。

⑩對(duì)中途發(fā)生的異常作業(yè)，操作人員可通過(guò)調(diào)整，繼續(xù)后續(xù)焊接。

? 配備自動(dòng)焊點(diǎn)檢查功能。

3）激光焊接操作：如圖14所示，支架運(yùn)送至第一焊接位置定位后進(jìn)行彈片與電芯正極的焊接。人工將并連片放置在料盒里，規(guī)整氣缸進(jìn)行規(guī)整，測(cè)距傳感器測(cè)量并連片厚度，上料機(jī)械手根據(jù)測(cè)量的厚度抓取并連片將其放置在支架上。支架在第二焊接工位定位后進(jìn)行并連片與彈片的焊接，每顆電芯的焊接數(shù)據(jù)都會(huì)上傳至MES。

圖14 激光焊接

激光焊接的特點(diǎn)如下：

①料盒分別位于左右兩側(cè)，更換料時(shí)不需要停機(jī)。

②規(guī)整定位，測(cè)量厚度，抓取安全可靠。

③采用振鏡焊接方式，生產(chǎn)效率非常高。

4.10 模塊堆疊

如圖15所示，六軸機(jī)器人將負(fù)極支架、焊接模塊和正極支架依次堆疊至模塊堆疊位。電缸使用力矩模式將模塊壓緊，并記錄、判斷高度是否在允許范圍內(nèi)，然后移動(dòng)至人工工位進(jìn)行焊點(diǎn)檢查。待往復(fù)運(yùn)動(dòng)至模組拼接完成后，六軸機(jī)器人將模組放置在出料工位上。

圖15 模塊堆疊

模塊堆疊的特點(diǎn)是：每層模塊都要壓緊并記錄高度數(shù)據(jù)，以保證拼接的可靠性。

4.11 模組組裝及下線

如圖16所示，在模組加壓工位，人工裝上兩側(cè)的端板，設(shè)備自動(dòng)將模組加壓至設(shè)定長(zhǎng)度，自動(dòng)記錄壓力值并判斷是否在安全值范圍內(nèi)。梯形絲杠有自鎖功能保證模組長(zhǎng)度，人工在下一工位進(jìn)行打包并安裝線束。對(duì)模塊進(jìn)行絕緣測(cè)試及DCIR測(cè)試，人工進(jìn)行附件的安裝。完成后由六軸機(jī)器人自動(dòng)將模組搬運(yùn)至AGV小車(chē)上，運(yùn)送至指定地點(diǎn)。

圖16 模組組裝及下線

1）模組插接組裝

①功能：

a.在焊接好的Cellblock上安裝并聯(lián)匯流排。

b.按照7層模塊進(jìn)行堆疊。

②工藝技術(shù)：每層模塊插接堆疊都必須擠壓到位，并記錄高度值。

2）采集線束安裝：

①功能：人工安裝PCB板采集線束和加熱帶。

②工藝技術(shù)：需要掃描檢測(cè)是否安裝零部件，若無(wú)自動(dòng)報(bào)警提醒操作人員。

3）DCIR測(cè)試：

①功能：

a.按照測(cè)試流程進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)探針記錄每一串電芯的電壓。

b.記錄每一串電芯的直流阻抗。

c.測(cè)試完直流內(nèi)阻后需要將電芯SOC調(diào)成初始值或設(shè)定值。

計(jì)算的內(nèi)阻是SOC的函數(shù)來(lái)自脈沖功率測(cè)試數(shù)據(jù)：脈沖放電10s后的放電內(nèi)阻；反饋脈沖10s后的反饋內(nèi)阻。

②工藝技術(shù)：

a.記錄每一串電芯的電壓，記錄間隔為0.1s。

b.對(duì)于不同模塊的測(cè)試工序需要容易更換，探針需定期更換。

c.對(duì)于測(cè)試意外停止的產(chǎn)品應(yīng)記錄其充放電容量，并可以依據(jù)此記錄指導(dǎo)返工。

4）下料單元：

①功能：將制作好的模塊按順序下料到模塊流轉(zhuǎn)車(chē)中或AGV小車(chē)中。

②工藝技術(shù)：運(yùn)轉(zhuǎn)模塊的周轉(zhuǎn)車(chē)廠家設(shè)計(jì)；下料時(shí)對(duì)物料車(chē)和電芯包掃描條碼，并將數(shù)據(jù)上傳到MES。

模組組裝及下線的特點(diǎn)是：模組組裝的同時(shí)記錄長(zhǎng)度值及壓力值，保證模組組裝的可靠性。

4.12 彈片安裝（單機(jī)）

如圖17所示，彈性連接片通過(guò)振動(dòng)盤(pán)上料，出料后通過(guò)磁性立柱將彈片吸起并插入到治具導(dǎo)向孔內(nèi)。治具移動(dòng)至下一工位，CCD相機(jī)拍照并判斷彈片的角度，旋轉(zhuǎn)彈片導(dǎo)向孔至正確角度。夾爪將治具抓起并移動(dòng)至電芯支架上方，壓桿將彈片壓入支架孔內(nèi)。治具通過(guò)步進(jìn)線回流至彈片安裝工位，完成一個(gè)循環(huán)。

圖17 彈片安裝（單機(jī)）

彈片安裝的特點(diǎn)是：振動(dòng)盤(pán)出料時(shí)彈片位置不穩(wěn)定，應(yīng)先插入導(dǎo)向孔，再判斷角度，保證彈片安裝的準(zhǔn)確性。

4.13 正極銅牌焊接（單機(jī)）

正極銅牌焊接（單機(jī)）如圖18所示。人工將正極銅牌和過(guò)渡片放置在料盒里，規(guī)整氣缸進(jìn)行規(guī)整，測(cè)距傳感器測(cè)量厚度，上料機(jī)械手根據(jù)測(cè)量的厚度依次抓取正極銅牌和過(guò)渡片放置在工裝上。工裝移動(dòng)至激光焊接位置后定位進(jìn)行激光焊接。焊接完成后的銅牌通過(guò)機(jī)械手抓取至下料位置。

圖18 正極銅牌焊接（單機(jī)）

正極銅牌焊接的特點(diǎn)是：一臺(tái)正極銅牌焊接機(jī)可以同時(shí)滿足兩條生產(chǎn)線的生產(chǎn)需求。

4.14 Pack EOL測(cè)試

Pack EOL測(cè)試的主要功能及檢測(cè)基本內(nèi)容有：箱體漏電檢測(cè)、絕緣電阻檢測(cè)、耐壓檢測(cè)、BMS系統(tǒng)功耗、通信端口功能檢測(cè)、軟硬件版本確認(rèn)、LMU數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)精度檢測(cè)、高壓端口電壓和極性檢測(cè)、充電功能檢測(cè)、其他I/O功能檢測(cè)、仿真信號(hào)輸入、報(bào)警信息確認(rèn)、Pulse功能測(cè)試、國(guó)標(biāo)直流內(nèi)阻測(cè)試、采樣數(shù)據(jù)分析、測(cè)試報(bào)告及數(shù)據(jù)MES存儲(chǔ)。Pack EOL測(cè)試工藝流程如圖19所示。

圖19 Pack EOL測(cè)試工藝流程

審核編輯：黃飛