集成“伺服電機(jī)+機(jī)器人”——EV電池的高效制造密碼
發(fā)布時(shí)間：2025-03-11 作者：Jeff Willis
電動(dòng)汽車（EV）制造業(yè)正在崛起，這對(duì)EV電池產(chǎn)生了很高的需求。隨著對(duì)電池需求的增加，高效自動(dòng)化電池的生產(chǎn)制造過程對(duì)于滿足電動(dòng)汽車市場(chǎng)的需求至關(guān)重要。交流伺服電機(jī)和機(jī)器人技術(shù)將在這些電池的自動(dòng)化制造中發(fā)揮重要作用。
拾取和放置機(jī)器人可用于存儲(chǔ)和拾取應(yīng)用。圖片來源：安川
眾多不同類型的電動(dòng)汽車，正在創(chuàng)造對(duì)電池的需求。除了電動(dòng)汽車之外，像飛機(jī)、摩托車、休閑車、農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)甚至住宅草坪設(shè)備對(duì)電池的需求也在不斷增加。這些車輛和設(shè)備都使用電池，但是根據(jù)不同的需求，使用的電池技術(shù)也各不相同。
便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品常用的鋰離子電池，是電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力車最受歡迎的選擇。鉛酸電池的成本最低，但其功率密度低，使其在電動(dòng)汽車行業(yè)中成為最不受歡迎的解決方案。鎳氫電池具有高能量密度，并且已被證明非常耐用。它們通常用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，然而，它們的高成本、相對(duì)較高的發(fā)熱量和自放電，限制了它們?cè)陔妱?dòng)汽車中的應(yīng)用。隨著鋰離子電池成為電動(dòng)汽車最受歡迎的電池選擇，對(duì)鋰電池的需求正在迅速增長(zhǎng)，因此有必要提高電動(dòng)汽車鋰電池的產(chǎn)量。
圖1：將電動(dòng)汽車電池單元集成到可行的電池組中需要大量的勞動(dòng)力，這些工作可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)所需的產(chǎn)量。交流伺服系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)可用于電池組組件的自動(dòng)化。圖片來源：Eagle Technologies
電動(dòng)汽車的電池外殼通常有三種類型：
·圓柱形電池。這些電池可以大量堆疊，以組成可包含數(shù)百或數(shù)千個(gè)圓柱形電池的電池組。
·棱柱形電池呈長(zhǎng)方形，可以非常有效地堆疊在工作包內(nèi)。一個(gè)棱柱形電池可能包含與數(shù)百個(gè)圓柱形電池相同的能量。
·袋式電池的設(shè)計(jì)差異很大，使用的金屬袋具有柔韌性，可以安裝在狹小或形狀獨(dú)特的空間內(nèi)。
這三種技術(shù)如今都被各種電動(dòng)汽車制造商使用。然而，電動(dòng)汽車需要許多這樣的電池才能為車輛產(chǎn)生足夠的電力。將這些電池集成到可行的電池組中需要大量的勞動(dòng)力，這些勞動(dòng)力可以自動(dòng)化以產(chǎn)生大規(guī)模生產(chǎn)所需的吞吐量。制造過程中的繁瑣步驟為使用交流伺服系統(tǒng)和機(jī)器人自動(dòng)組裝這些電池組創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。
使用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行電池裝卸
在交付給電動(dòng)汽車制造商時(shí)，最有可能是將電池單元組成電池組，堆疊在托盤上。這些電池進(jìn)入制造過程的第一步，是將它們從托盤上移除并投入生產(chǎn)線。這個(gè)過程稱為卸垛。實(shí)現(xiàn)這一過程的自動(dòng)化，最有效的方法之一是使用卸垛機(jī)器人。機(jī)器人可提供可重復(fù)性和靈活性的良好平衡，可以正確地從托盤上移除箱子，并將其放置在輸送機(jī)上。托盤在運(yùn)輸過程中經(jīng)常發(fā)生移動(dòng)、彎曲或壓縮，因此通常需要機(jī)器視覺和機(jī)器人相結(jié)合來正確解決這一應(yīng)用問題。
圖2：電池能量密度。圖片來源：安川
一旦上了傳輸線，就需要將電池從裝運(yùn)的箱子中取出。根據(jù)箱子和電池的復(fù)雜性，可以使用6軸機(jī)器人或使用交流伺服電機(jī)的龍門架解決方案來處理。
與拆箱過程類似，電池單元需要移動(dòng)到電池座或電池組中。在典型情況下，這將是容納電池組的最后容器。這個(gè)過程也可以用交流伺服系統(tǒng)或六軸機(jī)器人來解決。如果生產(chǎn)線需要處理各類產(chǎn)品，機(jī)器人可能是最好的解決方案，因?yàn)樗梢造`活地用于新產(chǎn)品。如果生產(chǎn)線專用于生產(chǎn)少量產(chǎn)品，使用交流伺服和機(jī)械執(zhí)行器的龍門架解決方案，可能會(huì)提供更好的產(chǎn)量和擁有成本組合。
機(jī)器人粘合劑分配器
在電池組裝過程中的多個(gè)階段，都會(huì)使用粘合劑。這可能包括使用粘合劑將電池單元粘合在一起或粘合到電池組上，將電池單元粘附到冷卻板上，并使用密封粘合劑將頂蓋連接到電池組的底部托盤上。許多膠粘劑可以通過三軸XYZ龍門架進(jìn)行涂覆，該龍門架與伺服驅(qū)動(dòng)分配器相協(xié)調(diào)。根據(jù)分配模式的復(fù)雜性，控制器最好使用G代碼進(jìn)行編程。
圖3：采用機(jī)器人卸垛有助于工廠內(nèi)的物料移動(dòng)。圖片來源：安川
引線鍵合和激光焊接的自動(dòng)化
電池組中的電池單元正確嵌套后，電池單元之間需要進(jìn)行電氣連接。實(shí)現(xiàn)這一目的的常用工藝稱為引線鍵合。引線鍵合可為電池組中所有電池的連接提供靈活的解決方案。自動(dòng)引線鍵合機(jī)可使用多個(gè)交流伺服器在電池與電池之間快速移動(dòng)。
另一種將電池連接在一起的工藝稱為激光焊接。在此過程中，一個(gè)沖壓母線模板被放置在電池單元的頂部。然后，激光焊接機(jī)通過激光的受控脈沖將電池單元與母線熔接在一起。通常使用交流伺服系統(tǒng)在電池單元上移動(dòng)激光焊接機(jī)。
圖4：使用交流伺服的龍門解決方案可用于拆箱、裝載或卸載。圖片來源：Macron Dynamics
電池組的存儲(chǔ)和拾取
完工的電池組需要從生產(chǎn)線上移除。對(duì)于大型生產(chǎn)線，這些電池組可能會(huì)進(jìn)入自動(dòng)存儲(chǔ)和揀選系統(tǒng)。這些系統(tǒng)用于在需要時(shí)存儲(chǔ)、分類和拾取電池組，使用大型六軸機(jī)器人和第七軸線性定位器，可以最好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，該定位器允許機(jī)器人從頭到尾遍歷系統(tǒng)。機(jī)器人能夠到達(dá)多個(gè)位置，鉸接電池組并將其放置在所需的位置，這使其成為該應(yīng)用的理想解決方案。
隨著汽車制造商重組其裝配過程以支持電動(dòng)汽車，電動(dòng)汽車和電池制造正在創(chuàng)造許多新的自動(dòng)化機(jī)會(huì)。許多應(yīng)用與其它行業(yè)中的過程相似或略有不同。使用集成交流伺服和機(jī)器人技術(shù)的解決方案，將在這一新興行業(yè)的自動(dòng)化應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。