基于新能源汽車鋰電池系統總裝配生產線模塊化技術應用

陳傳國

摘 要：當前汽車市場競爭越來越激烈，汽車制造企業為了縮短生產周期、提高車輛質量、降低生產成本成為共同目標。模塊化技術的應用給汽車裝配過程提供了解決方案，極大地影響著汽車裝配工藝的發展趨勢。本文首先分析模塊技術的特點，并對鋰電池總裝配生產線的結構、配置、各部分功能原理進行了簡要的分析概述。

關鍵詞：新能源汽車;鋰電池;總裝配生產線;模塊化技術

1 模塊化技術特點

模塊化技術主要指的是將生產加工過程劃分為各個模塊，并針對其中的每個模塊設置工作小組。通過該項技術的有效應用，可將整個生產系統細分為多個子系統，然后在子系統技術上劃分出多個模塊，以此有助于提升生產管理精細化程度，使得整體生產質量、生產效率得到明顯提升。從模塊化技術實際應用來看，其主要表現出以下幾點特點：其一，在操作上較為簡單，通過對之靈活應用，有助于與其它更高端技術的結合;其二，在應用中表現出較強的可調整性特點，能夠根據產品的內部結構、生產需求，對模塊劃分做出重新調整匹配;其三，通過該項技術應用有助于生產標準統一化，使得產品生產更具競爭優勢。

2 系統構成

在新能源汽車鋰電池系統總裝配生產線系統中，主要包括：單模組安裝裝配線、單模組安裝裝配生產線、單模組壓差、雙模組成組裝配線、雙模組成組裝配生產線、總體裝配線、總體裝配板式鏈線及自動升降疊垛機等，通過這些系統構成部件，基本能夠實現新能源汽車鋰電池系統的自動化裝配作業，使之在運行中表現出較高的效率。

3 工作流程

從該系統工作流程來看，主要分為三個步驟：（1）單模組電池組裝。該步驟主要利用疊垛機將32-48片的單體電池組裝在一起，使之成為單模組電池。然后將組裝完成的單模組電池利用B型立柱式助力機械手搬運到裝配線上，完成雙側電池極板安裝;（2）雙模組電池組裝。將完成內阻檢測的電模組電池利用B型立柱式助力機械手搬運到雙模組裝配產線上，將兩組規格相同的單模組電池組裝成雙模組電池;（3）總體裝配。將組裝完成的2-3組雙模組電池聯合的其它一些零配件進行組裝，最終制成成品的新能源汽車鋰電池。

3.1 疊垛機

疊垛機設計為可升降式的操作平臺。設備升降主要通過伺服電機系統來實現，并在結構中配置絲杠導軌，使之升降時精度能夠得以控制。操作人員在向平臺中放置一片單體電池，疊垛機的升降系統將自動向下降一定高度（一片單體電池的高度），直到達到單模組電池組裝設定數量需求。在此疊垛機中，擁有正極、負極分別顯示的功能、電池疊垛計數功能、模組放置位置提示功能等，同時對應生產電池模組規格型號差異，共分為六種疊放模式，各種模式對應實際生產需要。

在每個單體電池上都擁有對應的條碼，且具有唯一性，通過掃描該條碼能夠獲知電池的規格型號、生產批號等信息。在應用疊垛機進行單模組電池組裝時，將每片單體電池放在條形識別區掃描，系統能夠實現對單體電池信息的自動獲取，并在疊垛控制箱上的觸摸屏顯示，操作人員以此能夠判斷單體電池放置是否正確，如果經檢測極性正確，然后伺服電機自動啟動，使升降臺降低一片單體單節電池厚度，同時高度檢測傳感器也會及時獲取疊垛機上的電池厚度，在檢測正常的情況下進入到下一片單體電池的檢測疊垛。在疊垛機運行過程中，如果檢測到極性、高度異常時，警報將鳴響并提示操作員進行糾正。每一片電池在組裝的過程中，其電壓、極性、序號等信息都會在觸摸屏上顯示，不同產品類型在生產過程中，執行機構的具體動作會存在一定差異，控制系統根據檢測到的信息做出判別，保證各裝配環節安全可靠。當一組電池堆疊時，操作員按下電池組兩側堆疊的按鈕，同時將下壓旋轉90度，使電缸到達設定的行程位置，待緊固螺栓確認之后自動返回。通過該疊垛機的投入生產應用，大幅降低該生產環節所需時間，由以往的11min降低到當前5min，以達到減少了操作人員，提高了生產效率，降低了生產成本。

3.2 單模組線體

堆垛機組裝好的電池，借助B型動力機械手自動輸送到單模組的裝配線上。控制系統按照線體運行情況自動分配電池，進入電池板組裝翻轉操作平臺。在組裝過程中，翻轉操作平臺會自動將電池拉到線體外，再進行組裝，使線體的運行通道暢通，保證線體具備較高的運行效率。當翻轉操作臺在進出電池組的過程中，都會進行線體自動判斷，避免電池組之間發生碰撞，引發安全事故。

極板組裝完成后，電池組依次傳送到內阻測試臺，通過內阻測試臺可以檢測到單模電池的內阻和壓差。內阻測試臺位于單模組線體兩側，采用雙電缸實現同步控制，系統具有條碼自動識別功能，能夠自動掃描獲取電池組的信息，然后調用出與之相對應的測試程序，最后在對應觸摸屏上顯示出電池組檢測得到的內阻、電壓值，并最終匯總得到總壓差，然后將其與系統中設置的內阻、壓差標準進行比較，判斷產品測試是否合格。對于其中合格的產品直接輸送到升降機側，用于后續雙模組側裝配。

3.3 雙模組線體

雙模組線體采用雙層倍速鏈，鏈條節距為38.1 mm。同時，鏈條的前后均裝有工裝板升降器，借助此來實現上下層線體的順利輸送。為保證工裝板能夠自動進出升降機，在進行設計時將工裝板提升機結構設置為電動滾杠和無動力滾杠。為確保工裝板在運行過程能夠準確到達指定位置，在線體的每個工位上都設置有專門的制動裝置。在進行組裝裝配的過程中，應用從后到前的順序進行擺放，組裝完成后，操作人員按下釋放行按鈕，電池組將自動運至后升降機側，等待I型電動機械手轉入總裝配線。

3.4 總裝配線體

總裝配線體應用板式鏈線體，線體寬度為90cm，節距設定為10cm。其中兩條鏈子的翼板利用鏈板進行連接，使之形成一個平面，同時在鏈板的表面固定一塊厚度6m的塑料板，通過此避免電池在運輸過程中出現碰撞劃傷?？傃b配線體在運行過程中都應用間歇傳送控制方式，且為之配備安全防護罩。板鏈頭部處設置非動力滾杠裝置，每隔2.2m設置一個工位，并在該位置安裝停止裝置，操作人員可以利用專門的控制按鈕控制工裝板的運行狀態，操作員完成相應任務后，按下按鈕并放行。在總裝配線體的控制系統中采用的是西門子PLCSIMATICS7-1500控制器和ET200SP點對點通信模塊，并配帶有PROFINET接口，以此使得系統中各個模塊與總裝配線體之間保持統一協調性，同時各個模塊的運行狀態也能夠通過對應的指示燈反映出來，對以后維護檢修工作開展有著較大的便利性。