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)定性和對工藝控制的高精度要求，以及對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的智能處理需求，倒逼動力電池生產(chǎn)線進行自動化、智能化升級，PACK線優(yōu)化提升正在加快腳步。本文重點介紹了合信自動化開發(fā)的鋰電池PACK線和儲能鋰電池PACK線控制技術(shù)解決方案。

　　文/深圳市合信自動化技術(shù)有限公司

　　1 鋰電池PACK

　　鋰電池PACK是動力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計應(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自動化生產(chǎn)線可以實現(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€體流動靜置：電池模組組裝完成以后，進入線體流動靜置部分，等待膠的凝固。

　?、矍逑春附樱红o置后的模組先進行極柱清洗，然后進入焊接區(qū)對極柱進行焊接。

　?、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

　　(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

　　標準電池模組6-8PPM，從相機拍照到激光焊接大概耗時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進行主控，通過EtherCAT高速實時總線控制2套A4N伺服驅(qū)動系統(tǒng)對龍門軸的主從軸進行控制，同時通過CTH300系列ECT從站模塊擴展控制連接靜置區(qū)、等待區(qū)、成品區(qū)，實現(xiàn)了線體高速精準的控制。

　　(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進行主控，通過EtherCAT高速實時總線控制5套A4N伺服驅(qū)動系統(tǒng)對焊接的多軸實現(xiàn)高速實時控制。

　　(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)觸摸屏進行組態(tài)通訊，提供豐富的功能操作，節(jié)省調(diào)試時間，方便操作員操作。

　　4 鋰電池PACK線——合信方案特點

　　(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。

　　(2)控制方案定制化

　?、倏梢愿鶕?jù)客戶要求，設(shè)計可適應(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雙相機雙壓頭控制方案，可以同時拍照采集兩個極柱數(shù)據(jù)，進一步提升焊接速度。

　　(3)焊接規(guī)格多樣化

　　200個拍照點位和200個焊接點位，可以焊接任意標準規(guī)格的電池模組。

　　(4)焊接更精準

　　可以對相機的大量數(shù)據(jù)進行解析和歸類，對焊接點位進行修補，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、相機偏差數(shù)據(jù)、焊接時間、產(chǎn)量等)上傳MES系統(tǒng)，方便客戶進行數(shù)據(jù)查看和統(tǒng)計。

　　(6)示教更便捷

　　系統(tǒng)配置手搖輪，方便客戶更加快捷的對模組進行示教。

　　(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系列擴展能力強，處理器掃描速度快，精準控制。

　　(9)A4N高精度伺服

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

　　5 儲能鋰電池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

　　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)作為儲能電池進入了電力儲能系統(tǒng)。但在實施生產(chǎn)的過程中還存在著如下難點：

　　l 高度定制化需求

　　當前市場不同儲能系統(tǒng)、不同車型均有較強的定制化屬性，因此對自動化產(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能夠基于個性化需求的前提保障核心儲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

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

　　①電芯模組處理線

　　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。輔材處理則針對端板、PC板、隔熱板等進行上膠、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)。

　?、垭娦灸＝M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、焊縫檢測四個部分組成。

　　l CCD尋址：更快進行位置糾偏,在原先設(shè)定好的相機拍照點上進行相機位置采集,計算偏差，在聯(lián)機模式傳給清洗和焊接;

　　l 極柱清洗：聯(lián)機模式在CCD尋址糾偏數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對各個焊點進行激光清洗。單機模式按照原先規(guī)劃路徑進行清洗;

　　l 激光焊接：聯(lián)機模式在CCD尋址糾偏數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對各個焊點進行焊接;在壓頭下壓后通過測高傳感器動態(tài)補償振鏡，保證出光焦距;

　　l 焊縫檢測：通過規(guī)劃路徑對焊控進行拍照檢測。

　?、軵ACK成品組裝線

　　電芯模組焊接段完成后經(jīng)機械手進入人工組裝輸送線或者自動組裝線,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，對其進行充電均衡、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)定性和對工藝控制的高精度要求，以及對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的智能處理需求，倒逼動力電池生產(chǎn)線進行自動化、智能化升級，PACK線優(yōu)化提升正在加快腳步。同時，未來隨著新能源行業(yè)的不斷發(fā)展，儲能電池PACK生產(chǎn)線設(shè)備前景無量，特別是隨著各國儲能產(chǎn)品需求量的爆發(fā)，以及對環(huán)境保護的要求不斷提高，儲能電池PACK生產(chǎn)線需求增加，也將會逐步向智能化、高效化、環(huán)?；较虬l(fā)展。