锂电池焊接的自动化生产线设计

刘晋武

[摘    要]激光焊接是通过熔融正极和负极材料、膜和电解质制造部件的方法。锂电池组高能量密度锂，高电压，环境保护，长时间生命、快速充电等优势，通过3C数字、电动工具等行业，对欧洲汽车工业作出了特别重要的贡献。能源作为汽车基本组成部分的电力供应的性能、稳定性和安全性使用新能源，是本发明性能的一个重要方面。汽车电池的焊接质量在电池的性能中起决定性作用，从而确定整个车辆的性能。锂电池用激光焊接，作为电池的热源，自动焊接生产线包括焊接台、精密夹具、自动电源装置和电源装置，节省劳力成本。由于其技术优势，例如电池和模块的激光焊接，激光加工技术在锂电池工业中的作用日益重要，电极材料的切割、标签等。

[关键词]锂电池;激光焊接;自动化;技术

[中图分类号]TG409 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）03–00–03

[Abstract]Laser welding is a method of manufacturing components by melting positive and negative materials， membranes and electrolytes. The advantages of lithium battery pack， such as high energy density， lithium， high voltage， environmental protection， long life and fast charging， have made a particularly important contribution to European automobile industry through 3C digital， electric tools and other industries. The performance， stability and safety of the power supply of the energy as the basic component of the automobile， the use of new energy is an important aspect of the performance of the invention. The welding quality of automobile battery plays a decisive role in the performance of battery， so as to determine the performance of the whole vehicle. Laser welding is used as the heat source of lithium battery. Welding automatic welding production line includes welding table， precision fixture， automatic power supply device and power supply device， which can save labor cost. Due to its technical advantages， such as laser welding of batteries and modules， laser processing technology plays an increasingly important role in lithium battery industry， electrode material cutting， labeling， etc.

[Keywords]lithium battery; laser welding; automation; technology

目前，鋰电池在移动电话、计算机和其他电子产品中广泛使用，在这些产品中电池芯和保护板必须通过电池芯和保护板的连接工艺来连接。焊接具有低表面特性的激光焊接，最先进的激光焊接工艺用于焊接电池芯和电池保护板。锂激光焊接技术是一种先进的光制造工艺，机械、电力、计算机和材料。随着制造业的不断发展，高科技制造业的发展，工业的优化传统改进锂电池制造领域的激光技术，降低生产成本，随着劳动力成本的增加，自动化生产线逐渐取代了生产线。但是自动化生产线的非经常投入成本相对较高，而优化生产线设计工艺的方法是目前技术发展的核心。实践为锂电池提供了一条自动生产线，包括输送基座和输送基座上部的输送机构，该构件由具有直接冲击输送机的支承板固定，该输送机叫做直接冲击输送机。用于锂电池的焊接切换的机器上部的固定输送基座的侧有一个框架基板，框架基板的上部固定在平行布置的框架板上，框架板的上部分与上侧板和上侧板相连接。板固定装置包括侧移动构件和侧移动组，在横向滑动构件上安装横向滑动板和横向滑动板，垂直电梯装置安装在垂直电梯装置上，用于电池的吸入盘装置锂电源机构锂电池和半成品锂电池两个装置之间的装载转换和匹配。最后，完成了锂电池的全自动生产，提高了生产效率。

1 锂电池产品及焊接设备介绍

锂电池包括锂电池芯和电池板。保护锂电池芯必须与保护板焊接并连接到保护激光穿过电池芯，电池芯必须焊接到10个焊点，焊接后电池芯拉力超过20N。

1.1 设备总体设计

焊接设备主要包括底盘和焊接功能部件，焊接功能部件是自动装载的自动连接线。发挥作用时保护底盘的入口和后门可以打开，底盘上方的三色警报灯可以实时监视装置的工作状态。

1.2 焊接功能组件设计

焊接功能组件主要由振镜组件和循环夹具部分组成。如图1所示。

1.3 焊接夹具设计

连接夹具循环部分的夹子将产品移动到振动检测元件下方的位置，并开始焊接循环处理设备的一部分可以在焊接后自动推出电池的自动放电组件、设计配件。

（1）随行夹具设计。由于具有良好的绝缘性、刚性和耐久性，该紧固工具的基板在紧固板中间打开，方便人工放料，夹具上设置调整块，各个调整块上开有腰形孔，由此可以实时地调整安装位置。心轴位置调节器，用一个锁定螺栓夹紧工具的底板侧有两个强大的磁铁和垫块A和垫块B分别是高磁化紧固工具底板的侧侧与相应的侧板相连;在A板和B板上的强大磁铁将锂电池芯与保护板的部件组合，这些部件需要焊接以初始定位。

（2）夹具循环部分设计。该夹具的循环方法如下：手动电源，手动将夹具推向杆侧定位磁铁的作用固定套筒和定位杆一起插入到定位带中，检测两个接近开关是否接近。开启驱动门元件，推进机构将芯推进到焊接区域。移动门组件被封闭，提升芯被引入焊接区以确保定位精度。焊接传输机构在电源组件的底部测试电池，移载机构将焊接和测试完成的电池推人到下料组件下方，下料组件对焊接完成的电池取出并放到输送带上。焊接完毕，机构释放支承套筒和材料。

（3）焊接压紧组件和顶紧机构设计。在推进机构将控制工具推进到焊接压力组件下后，上提升组件开始移动，并与焊接压力组件一起两次定位。然后气缸开始受到向下的压力，并且在线性滑动的影响下，驱动弹性组件向下移动，锂电池芯和保护板受到焊接压力，电极与固定在弹性组件上的焊接压力模块一起向下移动，使电极和焊接压力模块成为焊接压力模块。用于测试焊接压力块的正负探针和电极头可测试焊接压力块的电压。电池组压缩，激光发射光并开始焊接电池的正电极和负电极被测试，焊接压缩组件被拆卸，电荷传输机构将电池尾夹推到电源组件的底部，以进行下一步骤。

（4）下料机构设计。减振机构包括使用线性滑动件和同步带组件的输送部分，同步车轮机构以及向步进电动机供电的交通部分。取料部分主要由1个带导杆的气缸和4个橡胶真空吸盘组成，吸盘中两个大吸盘用于吸附锂电池芯，两个小吸盘用于吸附保护板，保证吸附过程中成品工件不会变形和损失，取料部分取完料后在驱动机构的驱动下将焊接好的锂电池放到输送带上。吸附作为成分，圆筒延伸并将空芯推到手动位置。

2 激光焊接在锂电池制造中的应用

激光焊接是激光束的能量源，激光束由聚焦装置加热，以使激光聚焦在工件表面上，通过高密度辐射加工工件功率下金属材料的热传导效应使内部材料熔化以形成特别的溶解。激光焊接是一种新的焊接工艺，目前处于开发阶段。快速的使用激光焊接，工件的热影响区较小;焊点小，焊接尺寸精度高;焊接的方式是非接触焊接，不需要增加外力，产品变形低，焊接质量高，效率高，生产自动化。

焊接是一种从锂电池制造到电池制造的重要制造工艺。电池组电导、电阻、气体密度耐金属疲劳性和耐锂电池腐蚀性是评价焊接质量的典型标准。电池组焊接工艺的选择将直接影响焊接工艺的成本、质量、安全性和一致性。电池中许多焊接工艺和激光焊接的优点如下：（1）激光焊接具有高能量密度、低焊接变形和低热冲击区，从而有效地提高了工件的精度，从而使焊接平滑，无杂质、均匀、紧凑且不需要进一步研磨。（2）可以精确地控制激光焊接，其焦距小，定位精度高，提高焊接效率，减少工作时间。此外，激光焊接薄板或低直径钢丝不像弧焊那样容易引起问题。

电池组的结构包括钢、铝、铜、镍等材料，电极、电线都属于金属材料。材料之间的连接，都需要更高焊接工艺。激光焊接作为焊接材料的主要手段，实现不同型材之间的焊接。里奥激光焊接被广泛用于锂电池的制造过程中，在生产锂电池过程中，特别是生产锂电池步骤中的锂电池电力推进，都需要切割。传统的成型方法不仅昂贵，还会造成安全隐患。且刀具在使用过程中，必然会出现磨损，然后滴尘，烧伤。在电池生产过程中，粉尘和烧伤都会造成过热、短路和膨胀电池等危险。因此传统刀具往往需要定时更换。比较传统的模具切割方法，激光切割可以大幅度降低成本，可大幅度提高生产效率;高灵活性，不仅可预见新产品设计，而且试验切割工艺，从空间，大小也可自由控制。

3 锂电池激光焊接机自动化生产线中的技术

锂电池模块和激光焊接机的自动生产线通常包括电源模块、代码、测试、清洗、整理、重叠、焊接、焊接和模块、焊接和切割、材料输送系统，适应系统、视觉定位系统、MES生产管理是整个生产链的关键技术，适应小批量生产，为各种生产提供重要的技术支持。

3.1 物料傳输系统

在电池的最终模块材料下，材料通过材料传输系统传输，材料传输系统也可以根据调整需求灵活扩展站的工艺，没有人工操作的情况下在不同位置之间传输，模块定位板与产品尺寸调整，可以适应不同尺寸的夹紧模块和非常小的批量生产要求。

3.2 自适应系统

在制造电池模块时，将电池壳体、方形圆筒和一些大小不同的最常用模块引入到不同的模块中。尺寸自适应系统使用多个轴的组合来定位产品处理区域，在不受电源限制的情况下，进行焊接并将其传输到下一个工艺。

3.3 视觉定位系统

电芯焊接面清洗、模组打标、汇流片焊接通常是采用激光加工的方式来完成，电池模组装配后，往往尺寸公差较大，很难达到激光加工对间隙位置尺寸要求，导致加工质量急速下降。视觉定位系统的导入则能满足精准定位的需求，精度可达到±0.05 mm，通过视觉拍照数据采集，并将来料偏差反馈给控制系统，从而实现了加工位置的高精度定位。

3.4 MES制造执行管理系统

MES的制造实施系统是一个开放的开发平台，能够根据用户的需要迅速完成项目的开发，从而使人只能根据MES的参数指令和改进现有信息。使用完整的统计数据和分析，MES系统能够快速地搜索、分析和处理诸如参数、数据等电源信息，从而为每一种工艺提供一种方法。激光焊接过程中的工艺数据包被直接集成到MES系统中，有助于呼叫和传输使用者整个系统，可以直接建造接近无人使用的生产工厂，其中手工工人只需要额外的外围材料来改善安全性。在工业方面，用户不仅可以进行远程监视和管理，而且还可以与ERP公司建立有效的联系，以实现化学工厂的智能化和计算机化。

3.5 定位压紧系统

为了提高焊接质量，焊接过程必须配备有干燥的定位设备。传统压缩方法是相对电池定位，在长时间内固定定位误差的积累会导致严重偏差，从而纠正机械操作引起的偏差，定位鎖定系统使用单个电池压缩方式，每次焊接位置被设置为电池头压，最小化撞击造成的固定误差。只有通过调整头部结构才能解决定位压缩系统，这不仅降低了企业成本，而且提高了生产效率。

3.6 高度跟随系统

因为每个焊接位置的电池模块高度都不完全包括焊接，可以引导虚拟焊接，爆炸焊接的发生，焊接质量很难保证，所以必须在焊接站安装使用的高跟踪系统。不如传统的高压机构相对电池模块平面定位，但使用激光位移传感器测量压力在中压头上的位置，并且每当压力头低于高压变换反馈控制系统时，焦点长度调整轴与反馈的变化一致，系统调整自身位置，当焦长度恒定时，保证焊接质量稳定。

4 结语

激光加工技术，由于其自身的技术优势，在锂电池工业中发挥越来越重要的作用，例如激光焊接电池和模块，切割和标记电极材料等。①通过多组随行夹具进行切换，提高了设备的使用率及生产效率。夹具内部通过定位销钉进行定位，夹具与工作台之间通过定位条进行限位，保证了定位精度及重复定位精度。②该电池自动化生产线已经在实际生产中使用，取得了良好的效果，可以广泛推广。

参考文献

[1] 郑孝洋，李林贺，邓适，等.锂电池极耳电阻焊焊接质量改善[J].焊接技术，2018，42（6）：63-65.

[2] 雷祥，单际国，郑世卿，等.焊接工艺铝合金激光一MIG复合焊焊缝成形的影响[J].焊接，2018（7）：25-32.

[3] 衣思平，许宝忠，李梅，等.锂离子蓄电池极耳的激光自动焊接[J].电源技术，2019（2）：80-81.

[4] 张翔，柏磊.环保工程水处理过程中超滤膜技术的运用[J].资源节约与环保，2019（2）：78-79.

[5] 上官经.探讨电气工程及其自动化的智能化技术应用研究[J].中国新通信，2020，22（7）：107-108.

[6] 徐海刚，段朝伟.锂电池焊接的自动化生产线设计[J].焊接，2016（1）：61-64，72.

[7] 邱菊，王明睿，翟靖，等.五轴联动激光焊系统在汽车锂电池焊接中的应用[J].制造业自动化，2016，38（6）：84-85.

[8] 周志华，茹新宇，咸屹，等.手机锂电池自动化焊接缺陷的检测与判定[J].现代制造技术与装备，2019（8）：143-145.

[9] 郭扭，徐志强，郑治华，等.锂电池极耳超声波焊接稳定性影响因素分析[J].河南科技，2017（7）：156-157.

[10] 杨家荣，谭福生，李佳，等.机器人在锂电池生产线中的应用[J].上海电气技术，2013，6（2）：43-47.