鋰電池激光焊接機自動化生產線中的關鍵技術研究

郭陽

摘要：激光加工技術由于其自身的技術優勢，在鋰電池行業的激光焊接、電極材料切割、電池和模塊的標記等方面發揮著越來越重要的作用。本文研究了鋰電池激光焊機自動生產線的關鍵技術，如物料傳輸系統、自適應系統、視覺定位系統、MES制造執行管理等。

關鍵詞：鋰電池;激光焊機;自動化關鍵技術

鋰電池以其高能量密度、高電壓、環保、長壽命、快速充電等優點受到3C數碼、電動工具等行業的青睞，尤其是新能源汽車行業。作為新能源汽車的核心部件，其供電性能、穩定性和安全性是決定新能源汽車性能的重要方面。動力電池的焊接質量對動力電池的性能起著決定性的作用，進而決定著整車的性能。由于其自身的技術優勢，激光加工技術在鋰電池行業的電池和模塊的激光焊接、電極材料切割和標記中發揮著越來越重要的作用。

1激光焊接在鋰電池制造中的應用

激光焊接以激光束為能量源，利用聚焦裝置將激光聚集成高功率密度光束照射在工件表面進行加熱，在金屬材料的導熱作用下，在材料內部熔化形成特定的溶液池。激光焊接是一種新的焊接方法，目前正處于快速發展階段。采用激光焊接時，工件熱影響區小：焊點小，焊接尺寸精度高;該焊接方法屬于非接觸焊接，無外力，產品變形小，焊接質量高，效率高，易于實現自動化生產。從鋰電池的制造到電池組的分組，焊接是一個非常重要的制造過程。鋰電池的導電性、強度、氣密性、金屬疲勞性和耐腐蝕性是典型的電池焊接質量評價標準。焊接方法和焊接工藝的選擇將直接影響電池的成本、質量、安全性和一致性。在眾多的焊接方法中，激光焊接具有以下優點：一是激光焊接能量密度高，焊接變形小，熱影響區小，能有效提高工件精度，焊縫光滑、均勻、致密，無雜質，無需額外打磨工作;其次，激光焊接可精確控制，聚焦光斑小，定位精度高。機械手易于實現自動化，提高焊接效率，減少工時，降低成本;此外，薄板或細直徑導線的激光焊接不像電弧焊那樣容易受到重熔的影響。

電池的結構通常包含鋼、鋁、銅、鎳和其他材料。這些金屬可以制成電極、電線或外殼。因此，一種材料或多種材料之間的焊接對焊接工藝提出了更高的要求。激光焊接的技術優勢在于可以焊接的材料種類繁多，可以實現不同材料之間的焊接。

激光焊接廣泛應用于鋰電池制造，幾乎貫穿于生產的各個環節。鋰電池，特別是動力鋰電池的生產，需要對極耳進行切割，但傳統的模切方法不僅成本高，而且容易出現安全問題。模切刀在使用過程中，不可避免地會磨損，然后落下灰塵并產生毛刺。灰塵和毛刺是導致電池過熱、短路和爆炸等危險問題的罪魁禍首。為了避免危險，需要經常更換模切刀。與傳統模切方法相比，大功率在線激光切割無需耗材，大大降低了成本;速度快，可大大提高生產效率;它具有很高的靈活性，不僅可以將以前新產品的設計和試切過程從幾個月縮短到幾天，而且可以自由控制間距和尺寸。

2鋰電池激光焊機自動生產線的關鍵技術

鋰電池激光焊機電池模塊自動生產線一般包括電池加載、代碼掃描、測試、清洗、分揀、模塊堆疊、堆疊檢測、模塊焊接、焊接檢測、，模塊下料等工序、物料傳輸系統、自適應系統、視覺定位系統MES制造執行管理是整個生產線的關鍵技術，也是適應小批量、多品種生產形式的重要技術支撐。

2.1物料輸送系統

從電芯充電到最終模塊下料，整個物料通過物料傳輸系統傳輸。物料輸送系統還可根據工藝調整要求靈活擴展工位。不同站點之間的變速箱無需手動操作。模塊定位板設有產品尺寸調整機構，可適應不同尺寸模塊的夾緊，非常適合小批量、多品種的生產需求。

2.2自適應系統

在電池組件的生產過程中，軟包裝、方形和圓柱形電池是最常見的。在將不同類型和尺寸的電池堆疊成不同尺寸的模塊后，需要針對每個過程對自適應系統進行調整，以確保整個生產線，尤其是焊接過程的聯動。只有不同尺寸的模塊才能形成模塊包流程。自適應系統采用多軸組合聯動，實現產品加工區域的位置定位。它不受任何形式的來料限制，完成焊接工作并將其傳輸到下一道工序。

2.3視覺定位系統

電池焊接表面的清潔、模塊標記和母線焊接通常通過激光加工完成。電池組件組裝后，尺寸公差往往較大，難以滿足激光加工對間隙位置和尺寸的要求，導致加工質量迅速下降。引入視覺定位系統可以滿足精確定位的需要，定位精度可達±0.05mm。通過視覺拍攝數據采集，將來料偏差反饋給控制系統，實現加工位置的高精度定位。

2.4 MES制造執行管理系統

MES制造執行管理系統有一個開放的開發平臺，可以在系統底層平臺的基礎上，根據用戶需求快速、快速地完成MES項目的實施和開發。本手冊僅需根據MES的參數指令指導工作，以圖表的形式進行綜合統計分析，完善現有的生產設置信息。通過MFS系統，可以快速查詢、分析和及時處理從單元加載到最終模塊下料的各個過程的參數、數據等來料信息，真正實現過程控制和高生產率。激光焊接過程中的過程數據包直接集成到MES系統中，方便用戶呼叫和切換。整個MES系統可以直接將生產線建成一個準無人化的生產車間。只需在外圍補充手動材料，提高了安全性。預留工業通訊接口，用戶不僅可以實現遠程監控和管理，還可以與企業ERP有效連接，真正實現化工廠的智能化、信息化。

2.5定位和壓緊系統

為了提高焊接質量，焊接過程中必須配備壓緊和定位裝置。傳統的按壓方法是相對于電池組定位的。隨著時間的推移，夾具的累積誤差將導致嚴重的定位偏差。為了糾正機械操作引起的偏差，定位壓接系統采用單孔壓接方式，將每道焊縫的位置設置為壓頭壓接的孔，以盡量減少夾具誤差造成的影響。定位壓制系統只需調整壓頭的結構，既降低了企業成本，又提高了生產效率。

2.6高度跟蹤系統

由于電池模塊各焊接位置高度不能完全一致，焊接過程中會出現虛焊、爆焊，焊接質量難以保證。必須配備高度跟蹤系統。焊接站使用的高度跟蹤系統不同于傳統高度測量機構相對于電池模塊的平面定位，而是使用激光位移傳感器測量按壓機構壓頭的位置，每個壓頭的高度變化反饋給控制系統。焦距調整軸根據系統反饋的變化調整其位置，以保證焊接過程中焦距恒定，從而保證焊接質量的穩定性。

參考文獻

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