激光加工技術(shù)因其自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在鋰電池行業(yè)的電芯和模組等激光焊接、極片材料切割，打標(biāo)等發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文主要介紹了鋰電池激光焊接機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的物料傳輸系統(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)鍵技術(shù)。
鋰電池因其能量密度高、電壓高、環(huán)保、壽命長(zhǎng)及可快速充電等優(yōu)點(diǎn)，深受3C數(shù)碼、動(dòng)力工具等行業(yè)的青睞，對(duì)新能源汽車行業(yè)貢獻(xiàn)尤為突出。作為新能源汽車的核心部件，其供電性能、穩(wěn)定性、安全性是決定新能源汽車性能的一個(gè)重要方面，動(dòng)力電池焊接質(zhì)量對(duì)動(dòng)力電池的性能起著決定性的作用，進(jìn)而決定了整車性能。激光加工技術(shù)因?yàn)槠渥陨淼募夹g(shù)優(yōu)勢(shì)，在鋰電池行業(yè)的電芯和模組等激光焊接、極片材料切割，打標(biāo)等發(fā)揮著日益重要的作用。
01 激光焊接在鋰電池制造中的應(yīng)用 激光焊接是以激光束作為能量源，利用聚焦裝置使激光聚集成高功率密度的光束照射在工件表面進(jìn)行加熱，在金屬材料的熱傳導(dǎo)作用下材料內(nèi)部溶化形成特定的溶池。激光焊接是一種新型的焊接方式，目前處在高速發(fā)展階段。采用激光焊接時(shí)，工件的熱影響區(qū)較??；焊點(diǎn)小，焊接尺寸精度高；其焊接方式屬于非接觸性焊接，無(wú)需加外力，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)。 從鋰電池電芯的制造到電池PACK成組，焊接都是一道很重要的制造工序，鋰電池的導(dǎo)電性、強(qiáng)度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性，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用，將直接影響電池的成本、質(zhì)量、安全以及電池的一致性。 在眾多焊接方式中，激光焊接以如下優(yōu)勢(shì)脫穎而出：首先，激光焊接能量密度高、焊接變形小、熱影響區(qū)小，可以有效地提高制件精度，焊縫光滑無(wú)雜質(zhì)、均勻致密、無(wú)需附加的打磨工作；其次，激光焊接可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，高精度定位，配合機(jī)械手臂易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高焊接效率，減少工時(shí)，降低成本；另外，激光焊接薄板材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接那樣容易受到回熔的困擾。 電池的結(jié)構(gòu)通常包含鋼、鋁、銅、鎳等多種材料，這些金屬可能被制成電極、導(dǎo)線，或是外殼，因此，無(wú)論是一種材料之間或是多種材料之間的焊接，均對(duì)焊接工藝提出了較高要求。激光焊接的工藝優(yōu)勢(shì)就在于可以焊接的材質(zhì)種類廣泛，能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料之間的焊接。 02 激光焊接在鋰電池PACK 產(chǎn)線中的關(guān)鍵技術(shù) 鋰電池激光焊接機(jī)電池模組自動(dòng)化生產(chǎn)線，一般包括電芯上料、掃碼、測(cè)試、清洗、分選、模組堆垛、堆垛檢測(cè)以及模組焊接、焊接檢測(cè)、模組下料等工序，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)行管理等，是整條產(chǎn)線中的關(guān)鍵技術(shù)，也是適配小批量多品種生產(chǎn)形態(tài)的重要技術(shù)支撐。 1）物料傳輸系統(tǒng) 從電芯上料到最終模組下料，整個(gè)物料的傳送通過(guò)物料傳輸系統(tǒng)來(lái)完成，物料傳輸系統(tǒng)還可以根據(jù)工藝的調(diào)整需求靈活擴(kuò)展工位，不同工位之間的傳遞無(wú)需人為操作，模組定位板自帶產(chǎn)品尺寸調(diào)整機(jī)構(gòu)，能適應(yīng)不同尺寸模組的裝夾，非常適配小批量多品種的生產(chǎn)需求。 2）自適應(yīng)系統(tǒng) 在電池模組的生產(chǎn)過(guò)程中，電芯來(lái)料軟包、方型及圓柱幾種最為常見(jiàn)，不同種類規(guī)格尺寸的電芯在堆垛成不同尺寸的模組后，每經(jīng)過(guò)一道工序都需要適配自適應(yīng)系統(tǒng)來(lái)確保整線節(jié)拍的聯(lián)動(dòng)，尤其是焊接工序，只有適應(yīng)不同尺寸的模組才能完成模組 ＰＡＣＫ工序。 自適應(yīng)系統(tǒng)采用多軸組合聯(lián)動(dòng)，實(shí)施產(chǎn)品加工區(qū)域內(nèi)位置定位，不受任何形式來(lái)料的限制，完成焊接工作并傳送到下一道工序。 3）視覺(jué)定位系統(tǒng) 電芯焊接面清洗、模組打標(biāo)、匯流片焊接通常是采用激光加工的方式來(lái)完成，電池模組裝配后，往往尺寸公差較大，很難達(dá)到激光加工對(duì)間隙位置尺寸要求，導(dǎo)致加工質(zhì)量急速下降。視覺(jué)定位系統(tǒng)的導(dǎo)入則能滿足精準(zhǔn)定位的需求，精度可達(dá)到 ±０.05ｍｍ，通過(guò)視覺(jué)拍照數(shù)據(jù)采集，并將來(lái)料偏差反饋給控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了加工位置的高精度定位。 4）ＭES制造執(zhí)行管理系統(tǒng) ＭES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)具有開(kāi)放式的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可在系統(tǒng)底層平臺(tái)基礎(chǔ)上快速、敏捷的按用戶需求完成 MES項(xiàng)目的實(shí)施開(kāi)發(fā)，人工只需按照MES的參數(shù)指示指導(dǎo)工作，并通過(guò)圖表的形式綜合統(tǒng)計(jì)和分析后，對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)定信息進(jìn)行改進(jìn)。從電芯上料到最終模組下料，每一道工序的參數(shù)、數(shù)據(jù)、及其它來(lái)料信息等，都可以通過(guò) MES系統(tǒng)快速查詢并及時(shí)分析處理，真正做到過(guò)程可控產(chǎn)能高效。激光焊接工序中的工藝數(shù)據(jù)包直接集成于MES系統(tǒng)中，以方便用戶調(diào)用和切換，整套MES系統(tǒng)可以直接將生產(chǎn)線打造成準(zhǔn)無(wú)人化生產(chǎn)車間，人工只需要在外圍進(jìn)行物料補(bǔ)充，提高了安全性。預(yù)留的工業(yè)通訊接口，用戶不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，還可以與企業(yè)ERP有效對(duì)接，真正實(shí)現(xiàn)智能化、信息化工廠。
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