隨著鋰電行業(yè)高速增長，頭部企業(yè)快速布局，增加產(chǎn)能。鋰電池制造工序?qū)υO(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和對(duì)工藝控制的高精度要求，以及對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的智能處理需求，倒逼動(dòng)力電池生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化、智能化升級(jí)，PACK線優(yōu)化提升正在加快腳步。本文重點(diǎn)介紹了合信自動(dòng)化開發(fā)的鋰電池PACK線和儲(chǔ)能鋰電池PACK線控制技術(shù)解決方案。

　　文/深圳市合信自動(dòng)化技術(shù)有限公司

　　1 鋰電池PACK

　　鋰電池PACK是動(dòng)力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用的關(guān)鍵，是連接上游電芯生產(chǎn)和下游應(yīng)用核心環(huán)節(jié)，其中包括：老化測試工藝、分選配組工藝、半成品組裝工藝、自動(dòng)焊接工藝 、PACK檢測工藝以及PACK包裝工藝。

　　鋰電池電芯組裝成組的過程一般被稱為PACK，PACK自動(dòng)化生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)將單體電池通過串聯(lián)與并聯(lián)得到高電壓和高容量電池組。

　　模組PACK線分為

　?、匐娦痉诌x裝配：包括等離子清洗、OCV測試、涂膠、堆疊等。

　?、诰€體流動(dòng)靜置：電池模組組裝完成以后，進(jìn)入線體流動(dòng)靜置部分，等待膠的凝固。

　　③清洗焊接：靜置后的模組先進(jìn)行極柱清洗，然后進(jìn)入焊接區(qū)對(duì)極柱進(jìn)行焊接。

　?、蹵GV小車：將焊接后的電池模組放入AGV小車上，等待PACK裝配。

鋰電池模組PACK線流程

　　本次方案設(shè)備生產(chǎn)的為儲(chǔ)能鋰電池組，在新能源行業(yè)廣泛應(yīng)用，可以將太陽能等發(fā)的電儲(chǔ)存在電池組內(nèi)供晚間使用，綠色環(huán)保，讓客戶多次循環(huán)放電使用。

　　2鋰電池PACK線焊接控制要點(diǎn)

　　(1)配方功能適應(yīng)不同電池模組焊接

　　焊接電池模組有多種類型，添加配方功能，完成一次示教可以根據(jù)模組不同調(diào)用配方即可。

　　(2)配方數(shù)據(jù)快速下載

　　1500+配方數(shù)組下載速度<2s。

　　(3)采集快， 定位誤差小

　　標(biāo)準(zhǔn)電池模組6-8PPM，從相機(jī)拍照到激光焊接大概耗時(shí)60S，定位誤差控制在0.05-0.01mm。

　　3 鋰電池PACK線控制系統(tǒng)配置

　　合信針對(duì)鋰電PACK焊接線控制要求，提供PLC+伺服+HMI整套控制系統(tǒng)。

　　(1)線體部分控制系統(tǒng)

　　采用合信CTH300-C系列C56高性能CPU進(jìn)行主控，通過EtherCAT高速實(shí)時(shí)總線控制2套A4N伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)龍門軸的主從軸進(jìn)行控制，同時(shí)通過CTH300系列ECT從站模塊擴(kuò)展控制連接靜置區(qū)、等待區(qū)、成品區(qū)，實(shí)現(xiàn)了線體高速精準(zhǔn)的控制。

　　(2)焊接部分控制系統(tǒng)

　　同樣采用合信CTH300-C系列C56高性能CPU進(jìn)行主控，通過EtherCAT高速實(shí)時(shí)總線控制5套A4N伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)焊接的多軸實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)控制。

　　(3)PACK線焊接生產(chǎn)線觸摸屏系統(tǒng)

　　PACK線線體與焊接均選用合信TP10i以太網(wǎng)觸摸屏進(jìn)行組態(tài)通訊，提供豐富的功能操作，節(jié)省調(diào)試時(shí)間，方便操作員操作。

　　4 鋰電池PACK線——合信方案特點(diǎn)

　　(1)全套合信產(chǎn)品

　　整套系統(tǒng)采用合信產(chǎn)品控制，配置靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。

　　(2)控制方案定制化

　?、倏梢愿鶕?jù)客戶要求，設(shè)計(jì)可適應(yīng)任何場景的電池涂膠、靜置、極柱清洗、焊接流水線等;

　?、诳蛇x雙相機(jī)雙壓頭控制方案，可以同時(shí)拍照采集兩個(gè)極柱數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提升焊接速度。

　　(3)焊接規(guī)格多樣化

　　200個(gè)拍照點(diǎn)位和200個(gè)焊接點(diǎn)位，可以焊接任意標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的電池模組。

　　(4)焊接更精準(zhǔn)

　　可以對(duì)相機(jī)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和歸類，對(duì)焊接點(diǎn)位進(jìn)行修補(bǔ)，使焊接效果更加精確。

　　(5)焊接數(shù)據(jù)方便查詢

　　焊接數(shù)據(jù)(包括振鏡高度、相機(jī)偏差數(shù)據(jù)、焊接時(shí)間、產(chǎn)量等)上傳MES系統(tǒng)，方便客戶進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和統(tǒng)計(jì)。

　　(6)示教更便捷

　　系統(tǒng)配置手搖輪，方便客戶更加快捷的對(duì)模組進(jìn)行示教。

　　(7)多配方調(diào)用更便捷

　　可以添加多種配方，方便客戶根據(jù)模組不同，調(diào)用配方。

　　(8)CTH300-C系列PLC

　　CTH300-C系列擴(kuò)展能力強(qiáng)，處理器掃描速度快，精準(zhǔn)控制。

　　(9)A4N高精度伺服

　　采用A4N高精度編碼器伺服，實(shí)現(xiàn)高精度定位控制，支持EtherCAT通訊協(xié)議，支持振動(dòng)抑制，剛性等級(jí)，慣量識(shí)別等功能，方便伺服應(yīng)用同時(shí)降低噪音，節(jié)能降噪。

　　5 儲(chǔ)能鋰電池PACK線

　　鋰電PACK作為連接上游電芯生產(chǎn)與下游應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)，過程控制至關(guān)重要。

　　(1)PACK線需求難點(diǎn)

　　鋰蓄電池已朝著大功率、高比能量和高循環(huán)壽命方向迅速發(fā)展，大型鋰電池模塊已經(jīng)作為儲(chǔ)能電池進(jìn)入了電力儲(chǔ)能系統(tǒng)。但在實(shí)施生產(chǎn)的過程中還存在著如下難點(diǎn)：

　　l 高度定制化需求

　　當(dāng)前市場不同儲(chǔ)能系統(tǒng)、不同車型均有較強(qiáng)的定制化屬性，因此對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)線提出更多要求。

　　l 高安全高穩(wěn)定要求

　　優(yōu)質(zhì)電池系統(tǒng)PACK能夠基于個(gè)性化需求的前提保障核心儲(chǔ)能裝置電芯安全性與穩(wěn)定性。

　　(2)鋰電池PACK線控制系統(tǒng)配置

　　合信針對(duì)鋰電PACK線生產(chǎn)控制要求，提供PLC+伺服+HMI整套控制系統(tǒng)。

　?、匐娦灸＝M處理線

　　電芯模組處理線主要包括電芯和輔材的處理。電芯處理包括電芯入料、等離子清洗、CCD尋址、OCV檢測、極性翻轉(zhuǎn)、NG出料、電芯打膠、電芯視覺檢測、電芯下料。輔材處理則針對(duì)端板、PC板、隔熱板等進(jìn)行上膠、視覺檢測、下料組裝。

　?、陔娦灸＝M擠壓系統(tǒng)

　　將前段電芯模組處理線出來的電芯和輔材按照規(guī)定順序組裝成單個(gè)電芯模組，通過伺服系統(tǒng)擠壓到設(shè)定峰值壓力，將電芯模組固定后流入靜置區(qū)。

　　③電芯模組靜置線

　　靜置線由上料區(qū)、集中區(qū)、中轉(zhuǎn)區(qū)、下料區(qū)組成。

　　④電芯模組焊接線

　　模組焊接產(chǎn)線由CCD尋址、極柱清洗、激光焊接、焊縫檢測四個(gè)部分組成。

　　l CCD尋址：更快進(jìn)行位置糾偏,在原先設(shè)定好的相機(jī)拍照點(diǎn)上進(jìn)行相機(jī)位置采集,計(jì)算偏差，在聯(lián)機(jī)模式傳給清洗和焊接;

　　l 極柱清洗：聯(lián)機(jī)模式在CCD尋址糾偏數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行激光清洗。單機(jī)模式按照原先規(guī)劃路徑進(jìn)行清洗;

　　l 激光焊接：聯(lián)機(jī)模式在CCD尋址糾偏數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行焊接;在壓頭下壓后通過測高傳感器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償振鏡，保證出光焦距;

　　l 焊縫檢測：通過規(guī)劃路徑對(duì)焊控進(jìn)行拍照檢測。

　?、軵ACK成品組裝線

　　電芯模組焊接段完成后經(jīng)機(jī)械手進(jìn)入人工組裝輸送線或者自動(dòng)組裝線,PACK包括箱體、模組、BMS系統(tǒng)、BDU單元、熱管理系統(tǒng)和緊固件等輔助材料。鋰電池包PACK成型后電池電壓及容量有很大提高,必須加以保護(hù)，對(duì)其進(jìn)行充電均衡、溫度、電壓及過流監(jiān)測。

　　6智能·高效

　　隨著鋰電行業(yè)高速增長，頭部企業(yè)快速布局，增加產(chǎn)能。鋰電池制造工序?qū)υO(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和對(duì)工藝控制的高精度要求，以及對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的智能處理需求，倒逼動(dòng)力電池生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化、智能化升級(jí)，PACK線優(yōu)化提升正在加快腳步。同時(shí)，未來隨著新能源行業(yè)的不斷發(fā)展，儲(chǔ)能電池PACK生產(chǎn)線設(shè)備前景無量，特別是隨著各國儲(chǔ)能產(chǎn)品需求量的爆發(fā)，以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求不斷提高，儲(chǔ)能電池PACK生產(chǎn)線需求增加，也將會(huì)逐步向智能化、高效化、環(huán)?；较虬l(fā)展。