锂电池激光焊接机自动化生产线中的关键技术研究

郭阳

摘要：激光加工技术由于其自身的技术优势，在锂电池行业的激光焊接、电极材料切割、电池和模块的标记等方面发挥着越来越重要的作用。本文研究了锂电池激光焊机自动生产线的关键技术，如物料传输系统、自适应系统、视觉定位系统、MES制造执行管理等。

关键词：锂电池;激光焊机;自动化关键技术

锂电池以其高能量密度、高电压、环保、长寿命、快速充电等优点受到3C数码、电动工具等行业的青睐，尤其是新能源汽车行业。作为新能源汽车的核心部件，其供电性能、稳定性和安全性是决定新能源汽车性能的重要方面。动力电池的焊接质量对动力电池的性能起着决定性的作用，进而决定着整车的性能。由于其自身的技术优势，激光加工技术在锂电池行业的电池和模块的激光焊接、电极材料切割和标记中发挥着越来越重要的作用。

1激光焊接在锂电池制造中的应用

激光焊接以激光束为能量源，利用聚焦装置将激光聚集成高功率密度光束照射在工件表面进行加热，在金属材料的导热作用下，在材料内部熔化形成特定的溶液池。激光焊接是一种新的焊接方法，目前正处于快速发展阶段。采用激光焊接时，工件热影响区小：焊点小，焊接尺寸精度高;该焊接方法属于非接触焊接，无外力，产品变形小，焊接质量高，效率高，易于实现自动化生产。从锂电池的制造到电池组的分组，焊接是一个非常重要的制造过程。锂电池的导电性、强度、气密性、金属疲劳性和耐腐蚀性是典型的电池焊接质量评价标准。焊接方法和焊接工艺的选择将直接影响电池的成本、质量、安全性和一致性。在众多的焊接方法中，激光焊接具有以下优点：一是激光焊接能量密度高，焊接变形小，热影响区小，能有效提高工件精度，焊缝光滑、均匀、致密，无杂质，无需额外打磨工作;其次，激光焊接可精确控制，聚焦光斑小，定位精度高。机械手易于实现自动化，提高焊接效率，减少工时，降低成本;此外，薄板或细直径导线的激光焊接不像电弧焊那样容易受到重熔的影响。

电池的结构通常包含钢、铝、铜、镍和其他材料。这些金属可以制成电极、电线或外壳。因此，一种材料或多种材料之间的焊接对焊接工艺提出了更高的要求。激光焊接的技术优势在于可以焊接的材料种类繁多，可以实现不同材料之间的焊接。

激光焊接广泛应用于锂电池制造，几乎贯穿于生产的各个环节。锂电池，特别是动力锂电池的生产，需要对极耳进行切割，但传统的模切方法不仅成本高，而且容易出现安全问题。模切刀在使用过程中，不可避免地会磨损，然后落下灰尘并产生毛刺。灰尘和毛刺是导致电池过热、短路和爆炸等危险问题的罪魁祸首。为了避免危险，需要经常更换模切刀。与传统模切方法相比，大功率在线激光切割无需耗材，大大降低了成本;速度快，可大大提高生产效率;它具有很高的靈活性，不仅可以将以前新产品的设计和试切过程从几个月缩短到几天，而且可以自由控制间距和尺寸。

2锂电池激光焊机自动生产线的关键技术

锂电池激光焊机电池模块自动生产线一般包括电池加载、代码扫描、测试、清洗、分拣、模块堆叠、堆叠检测、模块焊接、焊接检测、，模块下料等工序、物料传输系统、自适应系统、视觉定位系统MES制造执行管理是整个生产线的关键技术，也是适应小批量、多品种生产形式的重要技术支撑。

2.1物料输送系统

从电芯充电到最终模块下料，整个物料通过物料传输系统传输。物料输送系统还可根据工艺调整要求灵活扩展工位。不同站点之间的变速箱无需手动操作。模块定位板设有产品尺寸调整机构，可适应不同尺寸模块的夹紧，非常适合小批量、多品种的生产需求。

2.2自适应系统

在电池组件的生产过程中，软包装、方形和圆柱形电池是最常见的。在将不同类型和尺寸的电池堆叠成不同尺寸的模块后，需要针对每个过程对自适应系统进行调整，以确保整个生产线，尤其是焊接过程的联动。只有不同尺寸的模块才能形成模块包流程。自适应系统采用多轴组合联动，实现产品加工区域的位置定位。它不受任何形式的来料限制，完成焊接工作并将其传输到下一道工序。

2.3视觉定位系统

电池焊接表面的清洁、模块标记和母线焊接通常通过激光加工完成。电池组件组装后，尺寸公差往往较大，难以满足激光加工对间隙位置和尺寸的要求，导致加工质量迅速下降。引入视觉定位系统可以满足精确定位的需要，定位精度可达±0.05mm。通过视觉拍摄数据采集，将来料偏差反馈给控制系统，实现加工位置的高精度定位。

2.4 MES制造执行管理系统

MES制造执行管理系统有一个开放的开发平台，可以在系统底层平台的基础上，根据用户需求快速、快速地完成MES项目的实施和开发。本手册仅需根据MES的参数指令指导工作，以图表的形式进行综合统计分析，完善现有的生产设置信息。通过MFS系统，可以快速查询、分析和及时处理从单元加载到最终模块下料的各个过程的参数、数据等来料信息，真正实现过程控制和高生产率。激光焊接过程中的过程数据包直接集成到MES系统中，方便用户呼叫和切换。整个MES系统可以直接将生产线建成一个准无人化的生产车间。只需在外围补充手动材料，提高了安全性。预留工业通讯接口，用户不仅可以实现远程监控和管理，还可以与企业ERP有效连接，真正实现化工厂的智能化、信息化。

2.5定位和压紧系统

为了提高焊接质量，焊接过程中必须配备压紧和定位装置。传统的按压方法是相对于电池组定位的。随着时间的推移，夹具的累积误差将导致严重的定位偏差。为了纠正机械操作引起的偏差，定位压接系统采用单孔压接方式，将每道焊缝的位置设置为压头压接的孔，以尽量减少夹具误差造成的影响。定位压制系统只需调整压头的结构，既降低了企业成本，又提高了生产效率。

2.6高度跟踪系统

由于电池模块各焊接位置高度不能完全一致，焊接过程中会出现虚焊、爆焊，焊接质量难以保证。必须配备高度跟踪系统。焊接站使用的高度跟踪系统不同于传统高度测量机构相对于电池模块的平面定位，而是使用激光位移传感器测量按压机构压头的位置，每个压头的高度变化反馈给控制系统。焦距调整轴根据系统反馈的变化调整其位置，以保证焊接过程中焦距恒定，从而保证焊接质量的稳定性。

参考文献

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