圓柱電池一般為全極耳電池（大圓柱），相對方形電池制造工藝，全極耳圓柱電池前段工序取消了模切制片工序，其余和方形電池制造流程基本一致。裝配段典型工序?yàn)槿嗥健z。鋰電池極耳揉平方式在電池制程過程中占據(jù)重要的地位；對于全極耳電池，正／負(fù)極片空白區(qū)位于電池兩端，一般需要先對空白區(qū)揉平，使其端面致密，再對其進(jìn)行極耳焊接；為了防止電池的極耳短路，在極耳焊接之前，會對極耳要外露的部分提前進(jìn)行包膠。中段／后段與方形電池測試流程也基本一致。下圖為全極耳圓柱電池制造流程。

全極耳圓柱電池制造流程

設(shè)備主要功能及描述

1.1 圓柱鋰電池發(fā)展現(xiàn)狀

圓柱鋰電池也稱為圓形鋰電池，最早是由日本SONY公司于1992年發(fā)明的18650鋰電池，其歷史相當(dāng)悠久，采用較為成熟的卷繞工藝，自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成本相對較低，目前已大面積普及與廣泛應(yīng)用。

圓柱18650電池是被研究得最多、技術(shù)討論最充分的電池品種。單體主要由正極、負(fù)極、隔膜、正極負(fù)極集電極、安全閥、過流保護(hù)裝置、絕緣件和殼體共同組成。殼體，早期鋼殼較多，當(dāng)前以鋁殼為主。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 圓柱電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 圓柱鋰電池裝配設(shè)備

近幾年，隨著新能源汽車市場的再一步擴(kuò)大，以及消費(fèi)者對續(xù)航里程要求的不斷提高，車企對動力電池在容量、生產(chǎn)成本、儲能壽命和產(chǎn)品附加屬性等方面都提出了更高的要求。在原材料領(lǐng)域尚未獲得巨大突破的前提下，適當(dāng)增大圓柱鋰電池的尺寸以獲得更高能量密度便成為一種生產(chǎn)的主要方向。

如今鋰電池正在往安全性以及標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，設(shè)備的高精度、高效率、系列化以及高自動化生產(chǎn)線將成為行業(yè)發(fā)展的大方向。本節(jié)提供一種鋰電圓柱電池自動化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)高效自動化生產(chǎn)，大大節(jié)省人力成本，極大提高產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量及成品率，為客戶實(shí)現(xiàn)利益最大化。全自動化和智能化的鋰電池生產(chǎn)設(shè)備將在保證鋰電池生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，使生產(chǎn)出的鋰電池具有較好的一致性，高的安全性能和直通良率，從而降低生產(chǎn)成本。

圖2為圓柱電池的裝配工藝流程圖，實(shí)現(xiàn)了從卷芯到電芯焊接封口整個流程的自動化生產(chǎn)。圓柱電池裝配線用于實(shí)現(xiàn)圓柱鋰離子電池的電芯輸送、電芯與鋼殼的裝入、(-)Tab與鋼殼底部焊接、鋼殼滾槽、Hi-pot、X射線檢測、蓋帽焊接、注液、封口、清洗、套膜裝盒。所以整個圓柱電池裝配線設(shè)備包括以下設(shè)備：卷芯上料機(jī)構(gòu)、J/R與B/I插入機(jī)、Tab焊接與縮口機(jī)、T/I插入機(jī)、輥槽機(jī)、短路檢測、注液機(jī)、(+)Tab焊接機(jī)、封口機(jī)等，后面一一重點(diǎn)介紹這些設(shè)備。

圖2 圓柱電池裝配工藝流程

1.3 圓柱電池裝配產(chǎn)線未來的發(fā)展趨勢

圓柱電池生產(chǎn)線使用時間比較長，相應(yīng)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)有的裝配線設(shè)備也大同小異。未來的發(fā)展趨勢，除了從材料方面繼續(xù)改善，找到高性能的電芯材料外，對于電池裝配生產(chǎn)線而言，效率、成本等依然是動力鋰電池未來發(fā)展的方向，對現(xiàn)有市場發(fā)展概況總結(jié)后有以下幾點(diǎn)值得關(guān)注：

①電池本體的性能方面，比如電池尺寸、能量密度等越來越大。

②裝配生產(chǎn)效率，在保證設(shè)備成本改動不大的情況下，不斷改善生產(chǎn)效率；現(xiàn)有的圓柱鋰電池裝配效率可達(dá)到120PPM，甚至更高。

③電池裝配線的自動化程度，顯而易見自動化程度高，人工成本減少了很多，同時生產(chǎn)的良率更容易控制。合理控制每個工序的制作時間，從而有效縮短鋰電池的生產(chǎn)時間，而且極大改善了工人的勞動強(qiáng)度大和生產(chǎn)成本高的問題。

④人機(jī)工程方向，設(shè)備易操作、易維修更是要關(guān)注的一點(diǎn)，保證設(shè)備操作的靈活性。

⑤縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本是未來整體發(fā)展方向，模塊化技術(shù)的應(yīng)用是自動化設(shè)備深度優(yōu)化的目標(biāo)。

1.4 圓柱鋰電池生產(chǎn)裝配線的設(shè)計(jì)

對于圓柱電池產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，針對客戶提出的要求會有不同的設(shè)計(jì)，根據(jù)在生產(chǎn)過程中遇到的問題及相應(yīng)的實(shí)踐，主要要從以下幾個方面去考慮：

①產(chǎn)品的工藝：包括電池的大小、極耳的大小、焊接的厚度等。

②廠房空間大小：據(jù)此安排生產(chǎn)線設(shè)備的具體位置，以及要優(yōu)化的機(jī)構(gòu)等，還要考慮人機(jī)工程，人工操作的方便性，以及后期維護(hù)的可操作性。

③設(shè)備的設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)越簡單越好，這樣更容易操作。

④生產(chǎn)線中節(jié)拍的分配：重點(diǎn)考慮瓶頸工位的效率，如果效率達(dá)不到，考慮將單工位改為雙工位甚至多工位，同時高的安全性能和直通良率也是重點(diǎn)關(guān)注的點(diǎn)。

⑤產(chǎn)品定位方式：對于客戶不同的需求，采用不同的產(chǎn)品定位方式，比如側(cè)邊定位、以兩邊為基準(zhǔn)定位、夾具定位等。

⑥粉塵防止裝置：圓柱電池裝配線設(shè)備中基本都是每個需要除塵的設(shè)備中都有相應(yīng)的除塵設(shè)施，比如集塵器、毛刷等。

⑦質(zhì)量檢測：整套裝配線中會涉及CCD檢測、電芯測厚檢測、絕緣檢測、短路檢測等。

⑧生產(chǎn)線的外觀的一致性：保持整套設(shè)備的美觀。

設(shè)備組成及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

2.1 卷芯上料機(jī)

圓柱鋰電池的關(guān)鍵來料就是卷芯（極組），它是電池性能的重要保障之一，其制作工藝技術(shù)已經(jīng)研究成熟，因此不再繼續(xù)闡述。著重關(guān)注從卷芯（極組）開始裝配的設(shè)備流程，圓柱鋰電池的裝配線從卷芯上料開始，包括卷芯（極組）托盤投入、輸送線運(yùn)輸、卷芯（極組）供應(yīng)、空托盤堆疊、排出、卷芯（極組）裝入托杯、托杯輸送等工序環(huán)節(jié)，整個過程對卷芯（極組）的定位要求準(zhǔn)確，以及卷芯（極組）裝入托杯的高精確度，卷芯（極組）上料的效率也是設(shè)備重點(diǎn)考慮的地方，提高自動化程度與生產(chǎn)效率是市場、企業(yè)對未來設(shè)備的要求方向。

具體的工序流程在后面會配合相應(yīng)的設(shè)備詳細(xì)介紹。

圖3是利用16×16的極組（卷芯）專用托盤進(jìn)行極組供給，具體流程如下：人工通過小車（或者托盤輸送線）的方式將托盤投入到設(shè)備入口處，設(shè)備自動將托盤進(jìn)行輸送、分盤、定位，使用機(jī)械手將托盤中的極組取放到極組專用托杯中，為極組入殼設(shè)備進(jìn)行供料，具體的工藝流程如圖4所示。

圖3 卷芯上料設(shè)備

圖4 卷芯（極組）設(shè)備工藝流程

設(shè)備每個工位完成的具體動作包括如下步驟：①卷芯托盤供給；②托盤升降機(jī)；③托盤移送；④卷芯移送；⑤卷芯移送傳送帶；⑥卷芯直徑檢查。

卷芯上料設(shè)備布局如圖5所示。

圖5 卷芯上料設(shè)備布局

1—極組托盤小車；2—極組托盤供料；3—極組托盤傳送；4—取出托盤內(nèi)極組；5—極組放入進(jìn)料工裝內(nèi)；6—空托盤疊放（5層）；7—空托盤疊放（10層）；8—空托盤小車排出

從上面的工藝流程中可以得知，卷芯上料機(jī)重點(diǎn)是把卷芯（極組）從托盤中取出并放在相應(yīng)的托杯上，而準(zhǔn)確性和工作效率是其重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。所以設(shè)備中的取料機(jī)械手的作用顯得尤為重要，選取該結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)詳細(xì)說明，如圖6所示。

圖6 取料機(jī)械手

取料機(jī)械手在工作中，采用的16個夾子（手指）從極組托盤中取料，在氣動裝置的控制下可以高效完成相應(yīng)動作。工作過程中的注意事項(xiàng)如下：

①卷芯夾取手指下降時有上下浮動功能。

②卷芯移送時一列的標(biāo)準(zhǔn)是16個。

③夾取手指的內(nèi)部及角保證光滑，卷芯不會有損傷。

④卷芯內(nèi)部不會因?yàn)閵A取手指及套座移送而導(dǎo)致?lián)p傷。

2.2 J/R與B/I插入機(jī)

J/R即卷芯（極組），B/I即底部絕緣片。該工序的目的是將底部絕緣片(B/I)插入在極組(J/R)上，然后裝入鋼殼（或鋁殼）中，這是圓柱鋰電池裝配線的關(guān)鍵流程。結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，設(shè)備所完成的動作較多。

J/R與B/I插入機(jī)用于實(shí)現(xiàn)電芯的(-)端部整理、(-)端部外徑檢測、NG出料、自動上料、(-)Tab定位、下絕緣片裝入、折(-)內(nèi)極耳、折(-)外極耳、鋼殼自動供料、吸取粉塵、CCD檢查絕緣片與極耳是否蓋住中心孔、電芯入殼、NG排出、良品下料等功能。

J/R與B/I插入機(jī)如圖7所示，其中極組由專用托杯通過輸送鏈板進(jìn)行供給進(jìn)入設(shè)備入口，分別對極組的終端Tab、先端Tab進(jìn)行定位整理，插入B/I并隨即彎折Tab，通過視頻(CCD)對Tab彎折狀態(tài)與B/I狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時檢查；對鋼殼內(nèi)部進(jìn)行除粉塵作業(yè)，鋼殼插入極組。具體工藝流程如圖8所示。

圖8 工藝流程圖

1）設(shè)備的組成及工位劃分

①卷芯供料；

②B/I沖裁和插入；

③負(fù)極耳定位與折彎；

④CCD檢查；

⑤鋼殼供給及插入；

⑥鋼殼插入卷芯單元；

⑦良品與NG品排出。

2）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

J/R與B/I插入機(jī)設(shè)備布局如圖9所示。

圖9 J/R與B/I插入機(jī)設(shè)備布局

1—料機(jī)械手；2—先端Tab定位與終端Tab定位；3—底部絕緣片插入；4—底部絕緣片沖裁；5—先端Tab彎折&終端Tab彎折；6—極組插入鋼殼（入殼）；7—鋼殼供料；8—NG排出

從圖9中可知，底部絕緣片(B/I)插入、底部絕緣片(B/I)沖裁、先端Tab彎折與終端Tab彎折、極組插入鋼殼（入殼）、鋼殼供料等比較關(guān)鍵，對整個裝配出來的半成品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說明。

①底部絕緣片(B/I)沖裁機(jī)構(gòu)如圖10所示。

圖10 B/I（底部絕緣片）沖裁機(jī)構(gòu)

1—伺服電機(jī)；2—上下導(dǎo)向；3—沖裁模具；4—B/I吸取機(jī)構(gòu)；5—B/I卷料供給方向；6—B/I卷料回收裝置

底部絕緣片(B/I)的沖裁機(jī)構(gòu)工作時重要注意事項(xiàng)如下：

a．B/I沖裁和供給時不會因靜電（有去靜電離子發(fā)生器）導(dǎo)致供給錯誤發(fā)生；

b．B/I插入使用負(fù)壓吸取方式；

c．B/I插入裝置設(shè)計(jì)為可上下浮動的構(gòu)造，插入時卷芯上部不會有損傷；

d．B/I片材質(zhì)：PP/PET建議厚度為0.3mm；

e．B/I顏色：藍(lán)色（顏色不允許白色和黑色）；

f．B/I供給確認(rèn)，使用真空壓力進(jìn)行檢查；

g．B/I沖裁不會出現(xiàn)中心口偏移的現(xiàn)象；

h．底部絕緣片的沖裁模具材質(zhì)為SKD11。

②(-)2Tab（負(fù)極）折彎。如圖11所示，負(fù)極的兩個Tab折彎工藝以及其先后折彎順序可以清晰看出來，在工作過程中，Tab的折彎和視頻檢查先后進(jìn)行，做到加工的精確性和完整度，保證加工質(zhì)量。

圖11 Tab折彎機(jī)構(gòu)

③鋼殼供給機(jī)構(gòu)。鋼殼供給機(jī)構(gòu)如圖12所示，該機(jī)構(gòu)的鋼殼供給方式為包裝箱供給鋼殼，磁石吸附供給方式供給數(shù)量為10層。卷芯插入前在鋼殼內(nèi)部進(jìn)行正壓吹，采用負(fù)壓吸的方式對鋼殼進(jìn)行清潔處理。

圖12 鋼殼供給機(jī)構(gòu)

1—供料緩存Ⅰ；2—鋼殼吸取裝置Ⅰ；3—提升機(jī)構(gòu)Ⅰ；4—換盤橫移；5—鋼殼輸出；6—供料緩存Ⅱ；7—鋼殼吸取裝置Ⅱ；8—提升機(jī)構(gòu)Ⅱ

2.3 Tab焊接與縮口機(jī)及T/I插入機(jī)

如圖13所示，底部焊接機(jī)完成Tab焊接、縮口、插Pin、T/I插入等工藝，入殼后的極組投入設(shè)備，將(-)Tab與鋼殼底部進(jìn)行電阻焊接、鋼殼口部縮頸、插入中心Pin、裝入T/I。過程中會分別對焊接強(qiáng)度、縮口外徑、中心Pin、T/I進(jìn)行實(shí)時有效的檢查判斷。整體工藝流程如圖14所示。

圖14 整體工藝流程圖

1）設(shè)備組成及工位劃分

①電芯供料；

②卷芯中心孔整形；

③負(fù)極耳焊接部分；

④正極耳整形；

⑤整形后位置精度保證在±3?以內(nèi)；

⑥電池翻轉(zhuǎn)180°；

⑦鋼殼縮口；

⑧極耳定位與整形；

⑨T/I沖裁與插入；

⑩T/I檢查；

?極耳整理。

2）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

如圖15所示的設(shè)備布局圖中可知，Tab焊接與縮口機(jī)設(shè)備中(-)Tab焊接與拉力檢查、縮口、中心Pin插入、T/I沖裁、T/I插入等比較關(guān)鍵，對整個裝配出來的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說明。

圖15 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)備布局

1—極組中心孔整理；2—視覺檢測(CCD)；3—(-)Tab焊接與拉力檢查（焊接設(shè)定值：電流、電壓、壓力）；4—縮口；5—中心Pin供應(yīng)；6—中心Pin插入；7—(+)Tab定位；8—T/I沖裁；9—T/I插入

①負(fù)極Tab焊接機(jī)構(gòu)。負(fù)極Tab焊接機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖16所示，該機(jī)構(gòu)主要完成負(fù)極處Tab與鋼殼的焊接工序，完成之后同時進(jìn)行拉伸檢測，確定焊接后的強(qiáng)度能夠滿足要求。

圖16 負(fù)極Tab焊接機(jī)構(gòu)構(gòu)成

②縮口機(jī)構(gòu)。縮口機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖17所示，該機(jī)構(gòu)主要完成對卷芯的外殼即鋼殼的縮口工序，縮小卷芯上部的鋼殼外徑，這對于電池的封裝是個初步過程，為后續(xù)圓柱電池的封口做好鋪墊。

圖17 縮口機(jī)構(gòu)構(gòu)成

③Pin插入機(jī)構(gòu)。Pin插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖18所示，該機(jī)構(gòu)主要完成將中心銷(Pin)插入收口成型的卷芯內(nèi)徑中，包括Pin的供料、Pin的插入以及Pin高度檢查等，工序完成的同時也完成了對Pin插入的檢測，保證了工序的準(zhǔn)確性以及完整度。

圖18 Pin插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成

1—升降機(jī)械手；2—?dú)鈩邮种概c夾具；3—高度檢測；4—載具與輸送；5—二次定位

④T/I插入機(jī)構(gòu)。T/I插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖19所示，該機(jī)構(gòu)主要完成對正極Tab的定位、頂部絕緣片(T/I)插入電池內(nèi)部等工序，同時在動作完成以后對T/I插入進(jìn)行檢測，保障工序完成的準(zhǔn)確性和完整度。

圖19 T/I插入機(jī)構(gòu)構(gòu)成

1—升降機(jī)構(gòu)；2—90°旋轉(zhuǎn)；3—真空吸頭；4—載具與輸送

2.4 輥槽機(jī)及短路測試機(jī)

輥槽機(jī)及短路測試機(jī)（圖20）是對前面加工好的半成品電池進(jìn)行加工，即對電池的鋼殼實(shí)施槽口加工進(jìn)而滾壓，并對電池內(nèi)部進(jìn)行短路測試。輥槽機(jī)由上料輸送帶、上料分料盤、輥槽機(jī)構(gòu)、下料分料盤、下料傳送帶等部件和除塵機(jī)構(gòu)與Hi-pot檢測裝置共同組成。輥槽通過采用橫向進(jìn)刀、上下同時壓縮補(bǔ)給、背輪支撐的結(jié)構(gòu)方式來實(shí)現(xiàn)鋼殼槽口的成型。

具體工藝流程如下：電池投入后將托杯與電池分離，通過上下部的凸輪曲線運(yùn)動，分別在電池長度方向進(jìn)行機(jī)械壓縮，利用滾刀在鋼殼口部實(shí)施槽口的加工；對已完成輥槽工藝的電池進(jìn)行尺寸檢查（輥槽部位的外徑、高度）與短路測試等。

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)：輥槽機(jī)及短路測試機(jī)設(shè)備布局如圖21所示；其工藝流程如圖22所示。

圖21 輥槽機(jī)及短路測試機(jī)設(shè)備布局

1—電池投入；2—電池與托杯分離；3—輥槽（6個沖裁頭）；4—電池與托杯結(jié)合；5—T/I檢查；6—外徑檢測及高度檢測；7—短路檢測；8—X射線（電池排出）；9—NG排出

圖22 輥槽機(jī)及短路測試設(shè)備的工藝流程

從圖20的設(shè)備布局圖中可知，輥槽、短路測試設(shè)備中輥槽機(jī)構(gòu)、T/I檢查機(jī)構(gòu)、短路檢測機(jī)構(gòu)等是關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，對整個裝配出來的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說明。

①輥槽機(jī)構(gòu)。輥槽機(jī)構(gòu)如圖23所示，該機(jī)構(gòu)主要完成在電池的鋼殼上進(jìn)行輥槽，中間會完成電池和托杯的分離與結(jié)合動作，鋼殼上部輥槽成型，目的是為了確保蓋帽放置位置。

圖23 輥槽機(jī)構(gòu)

②短路測試機(jī)構(gòu)。短路測試機(jī)構(gòu)如圖24所示，該機(jī)構(gòu)主要完成在(+)Tab定位后，檢測鋼殼與卷芯(+)Tab間的電阻，保證電池內(nèi)部的絕緣性，是電池裝配完成前的檢測工作。

圖24 短路測試機(jī)構(gòu)

2.5 (+)Tab激光焊接機(jī)

(+)Tab激光焊接機(jī)（圖25）是圓柱電池裝配的后環(huán)節(jié)，主要功能是將正極處的Tab與電池的蓋帽進(jìn)行激光焊接，并做進(jìn)一步檢測工序，后面詳細(xì)介紹各個機(jī)構(gòu)的工作過程。

將注液后的電池(+)Tab與蓋帽進(jìn)行激光焊接的工序包括：(+)Tab清潔、定位、CCD檢測、激光焊接、焊接拉力測試、Tab彎折、蓋帽壓入等。

焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)布局如圖26所示，可以看出(+)Tab焊接機(jī)每個工位的具體工作內(nèi)容。其工藝流程如圖27所示。

圖26 焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)布局

1—電池供給；2—高度調(diào)整；3—Tab定位；4—DMC清洗（濕擦）；5—擦洗（干擦）；6—Tab定位(CCD)；7—蓋帽供料；8—激光焊接；9—拉力檢測；10—焊接位置檢測(CCD)；11—極耳彎折；12—頂蓋壓入；13—高度檢測；14—NG排出；15—隨行治具

圖27 激光焊接機(jī)工藝流程

從圖26的設(shè)備結(jié)構(gòu)布局圖中可知，(+)Tab焊接機(jī)設(shè)備中激光焊接機(jī)構(gòu)、拉力檢測機(jī)構(gòu)、極耳彎折機(jī)構(gòu)、頂蓋壓入機(jī)構(gòu)等是關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，對整個裝配出來的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中幾個機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說明。

①蓋帽激光焊接機(jī)構(gòu)。蓋帽激光焊接機(jī)構(gòu)如圖28所示，該機(jī)構(gòu)主要完成(+)Tab的定位、激光焊接Tab和蓋帽、焊接強(qiáng)度檢測、將蓋帽插入中鋼殼中等工序，每個工序都很關(guān)鍵，為后續(xù)的封口環(huán)節(jié)打好基礎(chǔ)。

圖28 蓋帽激光焊接機(jī)構(gòu)

②拉力測試機(jī)構(gòu)。拉力測試機(jī)構(gòu)如圖29所示，它由壓緊板、蓋帽夾持機(jī)構(gòu)、上下運(yùn)動機(jī)構(gòu)、拉力傳感器、放大器等組成，用于檢查焊接拉力是否滿足強(qiáng)度要求。可根據(jù)要求自動設(shè)定檢測的頻次及拉力的大小，具有焊接拉力檢測范圍設(shè)置以及拉力異常報(bào)警停線功能。

2.6 封口機(jī)

封口機(jī)（圖30）是圓柱電池裝配的后環(huán)節(jié)，是對成型電池外表面鋼殼進(jìn)行包裝封口，對電池外觀的保護(hù)，使得電池內(nèi)部的氣密性更好，是圓柱電池裝配的重要環(huán)節(jié)。封口機(jī)用于蓋帽焊接后電池的口部密封。鋼殼經(jīng)封口1次或2次彎折整形作業(yè)后，蹲壓電池上部端面，使電池內(nèi)部保持密閉。

封口機(jī)設(shè)備主要工藝包括：DMC清洗、卷邊1、DMC清洗、卷邊2、蹲封等。其詳細(xì)的工藝流程如圖31所示。

圖31 封口機(jī)設(shè)備工藝流程

封口機(jī)設(shè)備的整體布局如圖32所示，可以清晰看到設(shè)備從電池供給到封口、檢測完排出的加工整個過程。

圖32 封口機(jī)設(shè)備的整體布局

1—托杯與電池供給；2—DMC涂抹；3—卷邊；4—DMC涂抹；5—卷邊；6—排出；7—托杯與電池供給；8—托杯與電池分離；9—空托杯回流；10—DMC涂抹；11—蹲封；12—高度檢查；13—外形檢查；14—NG排出；15—電池排出

從圖32中可知，封口機(jī)設(shè)備中的卷邊機(jī)構(gòu)、蹲封機(jī)構(gòu)、外形檢測機(jī)構(gòu)等是關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，對整個裝配出來的產(chǎn)品有至關(guān)重要的作用，選取其中卷邊蹲封機(jī)構(gòu)做詳細(xì)的介紹說明。其結(jié)構(gòu)示意圖以及工藝流程如圖33與圖34所示。

圖33 卷邊、蹲封結(jié)構(gòu)示意圖

圖34 卷邊、蹲封工藝流程

封口機(jī)通過3爪與封口模具對電池進(jìn)行1次、2次的卷邊封口，然后利用上模具對電池表面進(jìn)行蹲封工藝，目的是為了電池高度保持一致。

Pack的意思就是包裝，電池pack指的就是組合電池，也就是動力電池的包裝、封裝或者裝配過程。我們都知道動力電池內(nèi)部包括電解液、隔膜、正/負(fù)極材料等，這些東西組合在一起成了電芯；而多個單獨(dú)的電芯通過特定的方式進(jìn)行包裝成組最后就形成了我們的動力電池，動力電池加上電池管理系統(tǒng)、電氣和機(jī)械系統(tǒng)等就能夠變成電動汽車的能量來源，而這整個過程所用到的就是電池pack。

什么叫PACK電池包？

首先要了解鋰電池單體、鋰電池模組和鋰電池包的大致區(qū)分：

電池單體(cell)：組成電池組和電池包的最基本的單元，一般能提供的電壓是3v-4v之間；

電池模組(Module)：由多個單體集合，構(gòu)成一個單一的物理模塊，提供更高的電壓和容量；

電池包(pack)：一般是由多個電池組集合而成的，同時，還加入了電池管理系統(tǒng)(BMS)等，也就是電池廠最后提供給用戶的產(chǎn)品。

Pack組成

電芯作為PACK的核心組成，目前以電芯的外形分類主流分為三大類：方殼、圓柱、軟包。正負(fù)極片通過不同的方式封裝到相應(yīng)的外殼里面。

電池模組

通過組裝單體電芯，通過匯流排將電芯組成不同的串并聯(lián)，可用螺絲鎖緊、電阻焊、超聲焊接、超聲鋁絲焊及激光焊接。

綜合考慮生產(chǎn)良率、效率及連接點(diǎn)的內(nèi)阻，目前激光焊接已經(jīng)是很多電池廠商的首選。

PACK的要求

電池組PACK要求電池具有高度的一致性（容量、內(nèi)阻、電壓、放電曲線、壽命）。

電池組PACK的循環(huán)壽命低于單只電池的循環(huán)壽命。

在限定的條件下使用（包括充電、放電電流，充電方式，溫度等）。

鋰電池組PACK成型后電池電壓及容量有很大提高，必須加以保護(hù)，對其進(jìn)行充電均衡、溫度、電壓及過流監(jiān)測。

電池組PACK必須達(dá)到設(shè)計(jì)需要的電壓、容量要求。

PACK電池包的組成

主要包括電池模塊、結(jié)構(gòu)件、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)和BMS五大個部分。

電池模塊

如果把電池PACK比作一個人體，那么模塊就是“心臟”，負(fù)責(zé)儲存和釋放能量，為汽車提供動力。

結(jié)構(gòu)件

主要由電池PACK上蓋、托盤、各種金屬支架、端板和螺栓組成，可以看作是電池PACK的“骨骼”，起到支撐、抗機(jī)械沖擊、機(jī)械振動和環(huán)境保護(hù)（防水防塵）的作用。

電氣系統(tǒng)

主要由高壓跨接片或高壓線束、低壓線束和繼電器組成。高壓線束可以看作是電池PACK的“大動脈血管”，將動力電池系統(tǒng)心臟的動力不斷輸送到各個需要的部件中，低壓線束則可以看作電池PACK的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，實(shí)時傳輸檢測信號和控制信號。

熱管理系統(tǒng)

熱管理系統(tǒng)主要有4類：風(fēng)冷、水冷、液冷、相變材料。以水冷系統(tǒng)為例，熱管理系統(tǒng)主要由冷卻板，冷卻水管、隔熱墊和導(dǎo)熱墊組成。熱管理系統(tǒng)相當(dāng)于是給電池PACK裝了一個空調(diào)。

BMS

Battery management system 電池管理系統(tǒng)，可以看作是電池的“大腦”。主要由CMU和BMU組成。

CMU ：Cell monitor Unit單體監(jiān)控單元，負(fù)責(zé)測量電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)，同時還有均衡等功能。當(dāng)CMU測量到這些數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過前面講到的電池“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”傳送給BMU。

BMU：Battery management Unit電池管理單元。負(fù)責(zé)評估CMU傳送的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)異常，則對電池進(jìn)行保護(hù)，發(fā)出降低電流的要求，或者切斷充放電通路，以避免電池超出許可的使用條件，同時還對電池的電量、溫度進(jìn)行管理。根據(jù)先前設(shè)計(jì)的控制策略，判斷需要警示的參數(shù)和狀態(tài)，并且將警示發(fā)給整車控制器，最終傳達(dá)給駕駛?cè)藛T。

工藝流程

電池PACK是新能源汽車核心能量源，為整車提供驅(qū)動電能。作為新能源汽車的核心部件，其品質(zhì)直接決定了整車性能。設(shè)備精度和自動化水平將會直接影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和一致性。

雖然電芯及模組種類不同，但是PACK的組成和工藝流程大體是一樣的，下圖所示供參考。

PACK裝配工藝流程

主要分為裝配工藝、氣密性檢測工藝、軟件編寫工藝、電性能檢測工藝等。

在包裝階段，電池通過激光焊接、超聲波焊接以及脈沖焊接，或是通過彈性金屬片接觸等方式組裝成電池包，之后就會進(jìn)行裝配，主要通過螺帽、螺栓、扎帶、卡箍線束拋釘?shù)葘㈦姵匕b配在電動汽車之上，讓其跟其他部分形成動力總成。

氣密性檢測是一個十分重要的環(huán)節(jié)，畢竟動力電池安裝在新能源汽車的座椅下方，距離車上的人員很近，而且跟外界直接接觸，如果氣密性不好就可能出現(xiàn)泄漏，而且空氣、灰塵等也可能會進(jìn)入電池內(nèi)部，硬性性能。另外，在路上行駛的車難免會遇到雨天，如果氣密性不好，電車有可能會短路或者出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅車內(nèi)人員安全。

軟件刷寫工藝就是將BMS控制策略以代碼的形式刷入到BMS中的CMU和BMU中，電子控制單元會對電池測試和使用過程中采集的電池狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理和分析，然后根據(jù)分析結(jié)果對系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)功能模塊發(fā)出控制指令，通過這一工藝用戶可以實(shí)現(xiàn)對電池狀態(tài)的實(shí)時把控，確保行車安全。

最后要進(jìn)行的是電性能檢測工藝，它是在產(chǎn)品下線之前必做的檢測工藝。主要包括絕緣檢測、充電狀態(tài)檢測、快慢充測試等，當(dāng)電池完成這一系列的測試之后就說明整個pack工藝達(dá)到了客戶的要求，就能大規(guī)模進(jìn)行供應(yīng)了。

產(chǎn)線介紹

PACK裝配過程中存在很多柔性線路及壓裝擰緊，要自動化的難度較高及投入產(chǎn)出比不高，所以后段設(shè)備的自動化程度相對于前段和中段會比較低，但是可兼容圓柱、方殼、及軟包三種PACK電池包裝配。

可能會要求自動化的工位：

-下殼體自動上線

-模組自動上線入殼體

-模組固定擰緊

-上蓋上線及擰緊

-自動涂A/B導(dǎo)熱膠（根據(jù)工藝而定）

-自動涂密封膠（根據(jù)工藝而定）

-成品下線

另外有些會提出銅牌安裝及螺絲擰緊、氣密性測試、EOL測試也需要自動的方式，這種比較少，且穩(wěn)定性較難保證。

后段PACK線量產(chǎn)設(shè)備的主要有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)類型：

1. AGV+裝配臺車

以往主要在車廠使用較多，現(xiàn)電池廠也慢慢在推此種模式。

AGV輸送

2. 輸送線+托盤的模式

滾筒線/輥道摩擦線/倍數(shù)鏈輸送線