基于新能源汽车锂电池系统总装配生产线模块化技术应用

陈传国

摘 要：当前汽车市场竞争越来越激烈，汽车制造企业为了缩短生产周期、提高车辆质量、降低生产成本成为共同目标。模块化技术的应用给汽车装配过程提供了解决方案，极大地影响着汽车装配工艺的发展趋势。本文首先分析模块技术的特点，并对锂电池总装配生产线的结构、配置、各部分功能原理进行了简要的分析概述。

关键词：新能源汽车;锂电池;总装配生产线;模块化技术

1 模块化技术特点

模块化技术主要指的是将生产加工过程划分为各个模块，并针对其中的每个模块设置工作小组。通过该项技术的有效应用，可将整个生产系统细分为多个子系统，然后在子系统技术上划分出多个模块，以此有助于提升生产管理精细化程度，使得整体生产质量、生产效率得到明显提升。从模块化技术实际应用来看，其主要表现出以下几点特点：其一，在操作上较为简单，通过对之灵活应用，有助于与其它更高端技术的结合;其二，在应用中表现出较强的可调整性特点，能够根据产品的内部结构、生产需求，对模块划分做出重新调整匹配;其三，通过该项技术应用有助于生产标准统一化，使得产品生产更具竞争优势。

2 系统构成

在新能源汽车锂电池系统总装配生产线系统中，主要包括：单模组安装装配线、单模组安装装配生产线、单模组压差、双模组成组装配线、双模组成组装配生产线、总体装配线、总体装配板式链线及自动升降叠垛机等，通过这些系统构成部件，基本能够实现新能源汽车锂电池系统的自动化装配作业，使之在运行中表现出较高的效率。

3 工作流程

从该系统工作流程来看，主要分为三个步骤：（1）单模组电池组装。该步骤主要利用叠垛机将32-48片的单体电池组装在一起，使之成为单模组电池。然后将组装完成的单模组电池利用B型立柱式助力机械手搬运到装配线上，完成双侧电池极板安装;（2）双模组电池组装。将完成内阻检测的电模组电池利用B型立柱式助力机械手搬运到双模组装配产线上，将两组规格相同的单模组电池组装成双模组电池;（3）总体装配。将组装完成的2-3组双模组电池联合的其它一些零配件进行组装，最终制成成品的新能源汽车锂电池。

3.1 叠垛机

叠垛机设计为可升降式的操作平台。设备升降主要通过伺服电机系统来实现，并在结构中配置丝杠导轨，使之升降时精度能够得以控制。操作人员在向平台中放置一片单体电池，叠垛机的升降系统将自动向下降一定高度（一片单体电池的高度），直到达到单模组电池组装设定数量需求。在此叠垛机中，拥有正极、负极分别显示的功能、电池叠垛计数功能、模组放置位置提示功能等，同时对应生产电池模组规格型号差异，共分为六种叠放模式，各种模式对应实际生产需要。

在每个单体电池上都拥有对应的条码，且具有唯一性，通过扫描该条码能够获知电池的规格型号、生产批号等信息。在应用叠垛机进行单模组电池组装时，将每片单体电池放在条形识别区扫描，系统能够实现对单体电池信息的自动获取，并在叠垛控制箱上的触摸屏显示，操作人员以此能够判断单体电池放置是否正确，如果经检测极性正确，然后伺服电机自动启动，使升降台降低一片单体单节电池厚度，同时高度检测传感器也会及时获取叠垛机上的电池厚度，在检测正常的情况下进入到下一片单体电池的检测叠垛。在叠垛机运行过程中，如果检测到极性、高度异常时，警报将鸣响并提示操作员进行纠正。每一片电池在组装的过程中，其电压、极性、序号等信息都會在触摸屏上显示，不同产品类型在生产过程中，执行机构的具体动作会存在一定差异，控制系统根据检测到的信息做出判别，保证各装配环节安全可靠。当一组电池堆叠时，操作员按下电池组两侧堆叠的按钮，同时将下压旋转90度，使电缸到达设定的行程位置，待紧固螺栓确认之后自动返回。通过该叠垛机的投入生产应用，大幅降低该生产环节所需时间，由以往的11min降低到当前5min，以达到减少了操作人员，提高了生产效率，降低了生产成本。

3.2 单模组线体

堆垛机组装好的电池，借助B型动力机械手自动输送到单模组的装配线上。控制系统按照线体运行情况自动分配电池，进入电池板组装翻转操作平台。在组装过程中，翻转操作平台会自动将电池拉到线体外，再进行组装，使线体的运行通道畅通，保证线体具备较高的运行效率。当翻转操作台在进出电池组的过程中，都会进行线体自动判断，避免电池组之间发生碰撞，引发安全事故。

极板组装完成后，电池组依次传送到内阻测试台，通过内阻测试台可以检测到单模电池的内阻和压差。内阻测试台位于单模组线体两侧，采用双电缸实现同步控制，系统具有条码自动识别功能，能够自动扫描获取电池组的信息，然后调用出与之相对应的测试程序，最后在对应触摸屏上显示出电池组检测得到的内阻、电压值，并最终汇总得到总压差，然后将其与系统中设置的内阻、压差标准进行比较，判断产品测试是否合格。对于其中合格的产品直接输送到升降机侧，用于后续双模组侧装配。

3.3 双模组线体

双模组线体采用双层倍速链，链条节距为38.1 mm。同时，链条的前后均装有工装板升降器，借助此来实现上下层线体的顺利输送。为保证工装板能够自动进出升降机，在进行设计时将工装板提升机结构设置为电动滚杠和无动力滚杠。为确保工装板在运行过程能够准确到达指定位置，在线体的每个工位上都设置有专门的制动装置。在进行组装装配的过程中，应用从后到前的顺序进行摆放，组装完成后，操作人员按下释放行按钮，电池组将自动运至后升降机侧，等待I型电动机械手转入总装配线。

3.4 总装配线体

总装配线体应用板式链线体，线体宽度为90cm，节距设定为10cm。其中两条链子的翼板利用链板进行连接，使之形成一个平面，同时在链板的表面固定一块厚度6m的塑料板，通过此避免电池在运输过程中出现碰撞划伤。总装配线体在运行过程中都应用间歇传送控制方式，且为之配备安全防护罩。板链头部处设置非动力滚杠装置，每隔2.2m设置一个工位，并在该位置安装停止装置，操作人员可以利用专门的控制按钮控制工装板的运行状态，操作员完成相应任务后，按下按钮并放行。在总装配线体的控制系统中采用的是西门子PLCSIMATICS7-1500控制器和ET200SP点对点通信模块，并配带有PROFINET接口，以此使得系统中各个模块与总装配线体之间保持统一协调性，同时各个模块的运行状态也能够通过对应的指示灯反映出来，对以后维护检修工作开展有着较大的便利性。