锂电池电芯配对机的开发与设计

陈云霞

摘要：针对锂电池电芯组装工艺段实现全程自动化的需求，开发一款电芯自动配对机系统。选用西门子S7-1500 PLC+V90伺服的硬件控制方案，实现两电芯的自动装配，同时对接工厂的MES系统，实现生产环节的识别和产品追溯，保证两电芯配对的稳定性，生产节奏获得有效的调节，有效降低人力成本且提高良品率。

关键词：自动;电芯配对机;控制系统

中图分类号：TP242                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）24-0193-02

0  引言

锂电池广泛应用于电动工具、新能源汽车、储能电源系统、军事装备、航空航天等多个领域。随着节能环保新规定和政府利好政策的出台，近年来，锂电池在新能源汽车行业得到了飞速的发展，作为电动汽车主要的技术突破方向，提升电池的安全性、寿命、低温特性，降低成本是关键所在。配对机装配的芯片，嵌入于一种方壳锂电池，该锂电池主要应用在电动车行业。

伴随着大规模工业化生产提高良率和降低成本的总体发展趋势，越来越多的行业通过自动化的方式在生产工艺环节尽量减少人员干预。在目前锂电池生产的过程中，电芯的配对还多采用人工或者半自动化的方式进行，这不仅限制了整个生产环节的自动化进程，也限制了MES系统的推广应用，在人力成本日益增长的情况下，智能的控制替代是技术人员亟待解决的技术问题。

1  控制要求

自动电芯配对机对前道工序来料的两个对称AB电芯进行配对组合，完成后再交给下一道生产工序。两个对称AB电芯，由不同的卷绕机绕制后经过冷压成型，放置在托盘的治具中，每个托盘放一个电芯，由物流线流转至配对机的抓取工位，由阻挡器分隔两个托盘位置可保证±2mm定位精度;抓取机械手一次将两个电芯取放至中间的配对回流的托盘中（配对回流的托盘可放置两个电芯，分别对应AB电芯）。取完料的空托盘继续前行，经由托盘返板機送至下层物流线返回前道工序，扫码后识别的NG电芯送至NG线由人工处理，由此完成了电芯入线——扫码——配对绑定——电芯出线的所有功能。

2  系统结构设计

方壳锂电池电芯配对机包括上料装置、配对结构两个部分。

上料装置包括、转动座、吸盘结构及导料槽，分别对用于配对的两种电芯进行供料。转动杆为长度伸缩结构，在水平位置和竖直位置间围绕第一转轴转动;两转动座分别设置于转动杆两端，且围绕与第一转轴平行的第二转轴转动;两转动座在转动杆竖直时，具有平行相对的安装面，安装面上设置有吸盘结构，在转动杆水平时，两安装面水平且带动吸盘结构水平朝上设置;导料槽提供纵向的储料舱体，储料舱体供一列电芯自上而下排列，其中，导料槽的底部和顶部分别设置有供两吸盘结构进入的开口端，且导料槽14上侧壁的顶部和底部还分别设置供吸盘结构带动所吸附的电芯水平移出的槽口。

配对结构，接受来自上料装置的供料，且执行配对动作。配对结构包括（如图1所示）：两夹爪，分别用于对两种电芯进行抓取，夹爪包括沿直线水平相对靠近或远离的两夹臂，夹臂提供水平的支撑面，以及相对于支撑面纵向相对靠近或远离的夹紧面，夹臂上还设置有与夹臂的移动方向平行的限位面，用于将电芯限制在支撑面与夹紧面之间的设定范围内。夹臂的滑动动力为气缸结构，通过气缸结构带动一侧的夹爪滑动，另一侧的夹爪固定设置，此种方式可使得一侧的电芯得到稳定的固定，而另一侧的电芯的运动更加容易控制，从而可进一步提高两电芯配对的精度，且降低控制难度。

3  控制系统设计

考虑选用了与工厂的MES系统对接，西门子S7-1500 PLC+V90伺服的硬件控制方案，该控制系统具有快速处理、运行准确、易于维护、安全性高等优点。系统一共配置了六个伺服轴，其中a、b、c为A侧电芯的移动、升降和间距控制伺服，另d、e、f为B侧三个轴伺服。硬件组态如图2所示。

伺服定位使用了西门子软件集成的FB284简易定位块功能，完成六个轴的定位控制;每个轴设有两个极限和一个原点的传感器用于超限保护和原点复位功能，建立坐标系后每个轴分别都有对应的抓料和放料的两个定位点，只需在手动移动到合适的位置后，保存好对应定位点的轴坐标数值。自动运行时直接写入轴坐标数值即可完成准确定位。如图3所示。

系统设有PROFACE触摸屏一块，用于参数设置和设备的操作，就近安装于设备附近，页面的主要功能如图4所示。

4  结束语

方壳锂电池电芯配对机实现两电芯的自动装配，尽管只是完成了简单的物理配对功能，但其中还隐含了重要的功能：AB电芯的物理配对组合，全程自动化不需人工操作;配对前扫码识别，完善了产品生产追溯;前段生产缺陷的NG得到有效排出;同时兼容不同产品的混线生产。

参考文献：

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