鋰電池電芯的堆疊方案

周迎華

ZHOU Ying-hua

（哈工大機器人集團（哈爾濱）華粹智能裝備有限公司，哈爾濱 150001）

0 引言

根據需求，整條電池模組自動裝配生產線設備系統需要完成以下功能：接收并自動輸送來料裝載24只電池的托盤（極柱極性朝向統一）電池OCV測試與掃碼電池拆盤輸送并暫存→NG品下料、合格品上線輸送極性檢測按照模組極性配方對應翻轉電池電池上表面等離子清洗電池翻面電池下表面等離子清洗端板上料于翻轉電池與端板上表面貼限位膠端板與電池上表面涂膠貼膠于涂膠CCD檢測預堆疊端板與電池按模組配方堆疊堆疊后多只電池壓緊至模組長度要求尺寸側板上料并CMT焊接模組翻轉下料激光打標（下料翻轉過程中完成激光打標操作）。

整線三維如圖1所示。

圖1 電池模組自動裝配產線二維布局示意圖

本文中詳細介紹側向堆疊系統。側向堆疊系統包含預堆疊后電芯于端板移栽系統、模組側向定位堆疊系統、PLC控制系統，共3部分，系統機構簡圖如圖2所示。

1 預堆疊后電芯與端板移栽系統

預堆疊后電芯與端板移栽系統包含1套三軸伺服模組、1套擺角氣缸、1套旋轉氣缸、1套電芯與端板夾爪、1套夾爪氣缸，如圖3所示。

圖2 側向堆疊系統示意圖

圖3

移栽系統接到MES系統命令后，三軸伺服模組開始動作，到指定位置抓取原先堆疊好的電芯和端板，經過抓取、旋轉，擺動角度最終把電芯和端板調整到堆疊需要的正確位置，為下一步的堆疊做好準備。

2 預堆疊后電芯與端板移栽系統技術要求

1）要求能與MES系統通信，獲得模組內電芯配方；

2）每兩個模組內組分進行配對預堆疊，錯誤概率=0%；

3）抓取與堆疊過程不得造成電芯或端板損傷；

4）重疊位置偏差<±1mm；

5）堆疊過程要求與水平面偏轉一定角度（與堆疊平臺平面平行），角度偏差<5°；

3 模組側向定位堆疊系統

模組側向定位堆疊系統包含1套兩工位轉盤、2套電芯側向堆疊支架、2套電芯側向夾緊定位機構（每套夾緊定位機構包含1套夾緊氣缸、1套對中聯動機構、2套導柱），系統如圖4所示。

圖4 模組側向定位堆疊系統示意圖

系統接到命令后，對中聯動機構打開，三軸伺服模組帶動移栽系統，把調整好角度的電芯放到堆疊機構上，循環反復直到電芯數量達到要求，對中聯動機構閉合實現電芯的整形、壓緊，轉臺旋轉實現工位的切換，如此循環。

4 模組側向定位堆疊系統技術要求

1）擠壓后各電池與端板對齊度偏差<0.2mm；

2）對中精度偏差<±0.1mm；

3）卡頓概率=0%；

4）擠壓對中過程中不得出現電芯與端板損傷情況；

5）電池極柱端面對齊精度偏差<±0.2mm；

6）轉盤精度≤30"；

7）轉盤最外段誤差≤0.1mm。

5 PLC控制系統

1）PLC接收MES系統信號，MES系統告知其堆疊配方，PLC控制機械手按照配方進行抓取模組內個預堆疊后組分，進行堆疊；

2）堆疊結束后，并且之前一個堆疊完成的模組已經下料移栽完成，控制轉盤旋轉180°；

3）每移栽抓取堆疊一個組分，對中夾緊機構都需要夾緊定位一次。

6 結語

此方案針對一種型號鋰電池的堆疊，不同的型號需要更換堆疊工裝。該方案提高了鋰電池裝配線的生產效率，節約了大量人力。