嚴絲合縫——助力新能源行業鋰電池頂蓋激光焊接更快、更準、更穩
發布時間：2023-12-07 作者：Kollmorgen科爾摩根
鋰電池應用的快速推廣，驅動著鋰電行業的飛速發展，行業的發展也帶動了整個行業生產流程上各生產技術的革新與迭代，應用于鋰電池頂蓋焊接的激光焊接技術也不例外。在鋰電池制造中，激光焊接技術一直被大量應用于不銹鋼殼和方形鋁殼電池頂蓋的密封焊接環節。近幾年，隨著鋰電工業的不斷發展，對激光焊接技術的要求也不斷提高。
激光焊接機應用原理及優勢
設備示意圖和軌跡描述
通常鋰電池外殼頂部有一塊四個圓導角的長方形蓋板，板上帶有正極、負極輸入端，封口時將蓋板塞入外殼與口齊平。全自動鋰電池頂蓋激光焊接機用于電池的殼體和電極蓋板之間的焊接時，通過激光將蓋板與外殼之間的長方形縫隙進行焊接密封。配合激光參數的優化調整，方形電池可一次密封成功。激光焊接是一種新型焊接方式，焊接后無需處理或只需簡單處理，焊縫質量高、無氣孔、可精確控制、聚焦光點小、定位精度高、易實現自動化。
因此激光焊接更適合與流水生產線配套，實現焊接自動化。另外，激光焊接方式也使得鋰電池外殼的密封性能和外觀都得以改善。
應用需求與挑戰
隨著當今市場上電動汽車和其他可充電電池供電產品對電池需求量的迅猛增長，電池制造商對改進運動控制精度和激光焊接機良品率的需求變得日益迫切。目前市場上的焊接設備廣泛存在軌跡焊接速度慢，控制精度差，焊接良品率低的問題。因此頂蓋激光焊接機設備制作商急需提高焊接機運動控制精度，實現焊接過程整個焊接軌跡速度均勻，速度波動小，降低不良焊接；基于鋰電池生產商的生產需求，將激光焊接的良品率提升至99%以上，實現產能的突破。
科爾摩根如何助力
● 因勢利導 降本增效
為了滿足鋰電池生產商提高焊接良品率的要求，激光焊接機設備制造商最終在設備的運動控制中應用了科爾摩根專為解決國內激光焊接領域控制難題而推出的經濟型直驅技術解決方案。方案核心由AKD高性能伺服驅動器和ICF系列有鐵芯線性直驅電機組成，具有較強的性價比。極大的提升了軌跡式焊接速度，助力產品的效率提升；同時實現了有鐵芯線性電機XY插補運動的高精度運動控制。速度和精度的雙效提升讓焊接良品率達到了99%以上。
方案優勢
● 過彎不減速
由于焊接激光功率固定，需要在軌跡焊接全程保持恒速，進而保證焊縫處的正常熔深，同時插補運動，尤其是在經過導角處，X軸和Y軸進行速度切換，此時單軸的控制、兩軸的協調配合就格外重要，否則會出現波浪、大小角現象，導致軌跡偏離焊縫，影響視覺觀感和最終焊接密封效果。通過過彎處加速度公式amax=v2/R可知：焊接速度越快，繞焊軌跡的半徑就越小，所需的加速度就越大，電機推力要求就越高。
憑借優秀的推力性能和快速的響應速度，在焊接R2.4的圓角時，科爾摩根ICF直線電機可實現250 mm/s的焊接速度，XY插補運動合成速度波動小于+-5%，最大加速度達2.6 g時也毫無壓力。極大的提升了過彎軌跡焊接的速度和效果，達到鋰電池生產商的驗收標準。
● 控制無偏差
AKD驅動器具有高性能、低延遲控制環路和高響應帶寬的特點，更勝一籌的三環刷新率（電流環：670 ns (1.5 MHz)，速度環：62.5 μs (16 kHz)，位置環：125 μs (8 kHz)）以及出色的性能，能夠實現更快速、更及時的運動控制，還能提升控制精度并減少過沖，將最大位置偏差控制在較小的范圍內，減少伺服驅動器調試的工作量，讓調試更簡單。高精高效控制，極大的提升電池焊接的氣密性和激光焊接設備的生產效率與良品率。AKD驅動器還具有強大的濾波性能，可以解決調試過程中出現的噪音問題，提高焊接設備的性能。
● 適用范圍廣
科爾摩根的直驅技術可提供10 N至6029 N的連續推力，可滿足不同的負載力值需求；同時，30 N至12500 N的峰值推力可滿足不同頂蓋焊接場景下的瞬時高加速推力要求，適用性更強。
客戶收益
鋰電池頂蓋焊接設備通過采用科爾摩根直驅技術，實現了焊接效率的大幅增長，同時保證了精度，這有效的幫助了激光焊接機設備制造商提高市場競爭力。憑借激光焊接工藝水平的優化，改善了鋰電池生產商的生產效率和產品質量，極大的提升了激光焊接良品率，大幅度降低了生產成本，推動了鋰電池行業的快速發展。