激光加工技術(shù)因其自身的技術(shù)優(yōu)勢，在鋰電池行業(yè)的電芯和模組等激光焊接、極片材料切割，打標等發(fā)揮著越來越重要的作用。本文主要介紹了鋰電池激光焊接機自動化生產(chǎn)線中的物料傳輸系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)、視覺定位系統(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、壽命長及可快速充電等優(yōu)點，深受3C數(shù)碼、動力工具等行業(yè)的青睞，對新能源汽車行業(yè)貢獻尤為突出。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重要方面，動力電池焊接質(zhì)量對動力電池的性能起著決定性的作用，進而決定了整車性能。激光加工技術(shù)因為其自身的技術(shù)優(yōu)勢，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行加熱，在金屬材料的熱傳導作用下材料內(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，工件的熱影響區(qū)較小；焊點小，焊接尺寸精度高；其焊接方式屬于非接觸性焊接，無需加外力，產(chǎn)品變形小，焊接質(zhì)量高，效率高，易于實現(xiàn)自動化生產(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，鋰電池的導電性、強度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性，是典型的電池焊接質(zhì)量評價標準。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，焊縫光滑無雜質(zhì)、均勻致密、無需附加的打磨工作；其次，激光焊接可精確控制，聚焦光點小，高精度定位，配合機械手臂易于實現(xiàn)自動化，提高焊接效率，減少工時，降低成本；另外，激光焊接薄板材或細徑線材時，不會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、導線，或是外殼，因此，無論是一種材料之間或是多種材料之間的焊接，均對焊接工藝提出了較高要求。激光焊接的工藝優(yōu)勢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) 鋰電池激光焊接機電池模組自動化生產(chǎn)線，一般包括電芯上料、掃碼、測試、清洗、分選、模組堆垛、堆垛檢測以及模組焊接、焊接檢測、模組下料等工序，物料傳輸系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)、視覺定位系統(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，整個物料的傳送通過物料傳輸系統(tǒng)來完成，物料傳輸系統(tǒng)還可以根據(jù)工藝的調(diào)整需求靈活擴展工位，不同工位之間的傳遞無需人為操作，模組定位板自帶產(chǎn)品尺寸調(diào)整機構(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)過程中，電芯來料軟包、方型及圓柱幾種最為常見，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)過一道工序都需要適配自適應(yīng)系統(tǒng)來確保整線節(jié)拍的聯(lián)動，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，實施產(chǎn)品加工區(qū)域內(nèi)位置定位，不受任何形式來料的限制，完成焊接工作并傳送到下一道工序。 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，導致加工質(zhì)量急速下降。視覺定位系統(tǒng)的導入則能滿足精準定位的需求，精度可達到 ±０.05ｍｍ，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。 4）ＭES制造執(zhí)行管理系統(tǒng) ＭES制造執(zhí)行管理系統(tǒng)具有開放式的開發(fā)平臺，可在系統(tǒng)底層平臺基礎(chǔ)上快速、敏捷的按用戶需求完成 MES項目的實施開發(fā)，人工只需按照MES的參數(shù)指示指導工作，并通過圖表的形式綜合統(tǒng)計和分析后，對現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)定信息進行改進。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)、及其它來料信息等，都可以通過 MES系統(tǒng)快速查詢并及時分析處理，真正做到過程可控產(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)線打造成準無人化生產(chǎn)車間，人工只需要在外圍進行物料補充，提高了安全性。預(yù)留的工業(yè)通訊接口，用戶不僅能實現(xiàn)遠程監(jiān)控管理，還可以與企業(yè)ERP有效對接，真正實現(xiàn)智能化、信息化工廠。
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