隨著鋰電行業(yè)高速增長，頭部企業(yè)快速布局，增加產能。鋰電池制造工序對設備的可靠性、穩(wěn)定性和對工藝控制的高精度要求，以及對生產數據的智能處理需求，倒逼動力電池生產線進行自動化、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線控制技術解決方案。

　　文/深圳市合信自動化技術有限公司

　　1 鋰電池PACK

　　鋰電池PACK是動力電池系統(tǒng)生產、設計應用的關鍵，是連接上游電芯生產和下游應用核心環(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

　　本次方案設備生產的為儲能鋰電池組，在新能源行業(yè)廣泛應用，可以將太陽能等發(fā)的電儲存在電池組內供晚間使用，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模組不同調用配方即可。

　　(2)配方數據快速下載

　　1500+配方數組下載速度<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線焊接生產線觸摸屏系統(tǒng)

　　PACK線線體與焊接均選用合信TP10i以太網觸摸屏進行組態(tài)通訊，提供豐富的功能操作，節(jié)省調試時間，方便操作員操作。

　　4 鋰電池PACK線——合信方案特點

　　(1)全套合信產品

　　整套系統(tǒng)采用合信產品控制，配置靈活，適應性強。

　　(2)控制方案定制化

　?、倏梢愿鶕蛻粢?，設計可適應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據，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據進行解析和歸類，對焊接點位進行修補，使焊接效果更加精確。

　　(5)焊接數據方便查詢

　　焊接數據(包括振鏡高度、相機偏差數據、焊接時間、產量等)上傳MES系統(tǒng)，方便客戶進行數據查看和統(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)多配方調用更便捷

　　可以添加多種配方，方便客戶根據模組不同，調用配方。

　　(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與下游應用的核心環(huán)節(jié)，過程控制至關重要。

　　(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作為儲能電池進入了電力儲能系統(tǒng)。但在實施生產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，因此對自動化產線提出更多要求。

　　l 高安全高穩(wěn)定要求

　　優(yōu)質電池系統(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線生產控制要求，提供PLC+伺服+HMI整套控制系統(tǒng)。

　?、匐娦灸＝M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、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。

　　②電芯模組擠壓系統(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)、中轉區(qū)、下料區(qū)組成。

　?、茈娦灸＝M焊接線

　　模組焊接產線由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尋址糾偏數據基礎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尋址糾偏數據基礎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，增加產能。鋰電池制造工序對設備的可靠性、穩(wěn)定性和對工藝控制的高精度要求，以及對生產數據的智能處理需求，倒逼動力電池生產線進行自動化、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生產線設備前景無量，特別是隨著各國儲能產品需求量的爆發(fā)，以及對環(huán)境保護的要求不斷提高，儲能電池PACK生產線需求增加，也將會逐步向智能化、高效化、環(huán)?；较虬l(fā)展。