引言

激光焊接是一個將正負(fù)極材料、隔膜和電解液等原材料化零為整的融合制造過程，是整個動力鋰電池生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵工藝。新能源汽車動力鋰電池模組全自動激光焊接系統(tǒng)應(yīng)用于汽車電池模組裝配線中。全自動激光焊接設(shè)備主要通過自動激光焊接設(shè)備的XY電控伺服工作臺帶動聚焦系統(tǒng)進(jìn)行移動，并拍照，確定焊接位置，同時激光測距儀測量焊接物距，微調(diào)后進(jìn)行焊接，完成全自動焊接作業(yè)。

目前激光焊接技術(shù)、伺服電缸、PLC控制、總線通訊等軟硬件技術(shù)發(fā)展比較成熟，能夠滿足市場上絕大多數(shù)自動化生產(chǎn)設(shè)備對高精度、柔性化的生產(chǎn)要求，對動力鋰電池模組全自動激光焊接設(shè)備而言亦是如此。實際中采用伺服工作臺、激光焊接頭、視覺系統(tǒng)、自動對焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)、同軸CCD監(jiān)視系統(tǒng)等模塊相互配合工作，最終能夠穩(wěn)定、精準(zhǔn)完成激光焊接技術(shù)要求。

圖1  五軸聯(lián)動焊接機結(jié)構(gòu)

1.硬件總體設(shè)計

1）系統(tǒng)配置

鋰電池激光焊系統(tǒng)主要由：光纖激光器、激光焊接頭、自動對焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)、視覺定位系統(tǒng)、五軸聯(lián)動工作臺、CCD監(jiān)視系統(tǒng)及凈化抽風(fēng)裝置組成。

2）焊接機主要結(jié)構(gòu)焊接運動過程簡述：

（1）模組由產(chǎn)線運送到焊接工位，頂起定位。

（2）“大YX工作臺”帶動“小XY工作臺”及視覺和測高組件對第一個焊接區(qū)域進(jìn)行測高和視覺定位。

（3）“大YX工作臺” 帶動氣動壓緊組件對第一焊接區(qū)域的連接片進(jìn)行壓緊。

（4）“小XY工作臺”帶動測高組件對焊接區(qū)域進(jìn)行二次測高，以此調(diào)整聚焦系統(tǒng)的離焦量。

（5）“小XY工作臺”帶動聚焦系統(tǒng)按預(yù)定的焊接軌跡進(jìn)行焊接。

（6）氣動壓緊組件抬起，進(jìn)入下一焊接循環(huán)。

激光焊對焊接間隙要求較高，一般須小于0.3mm，否則會影響焊接質(zhì)量，出現(xiàn)焊接不牢，熔深不夠等焊接缺陷。

圖2  固定電級具體結(jié)構(gòu)

電池模組各待焊極耳平面度難以保證，焊接焦距須根據(jù)極耳平整度進(jìn)行自動調(diào)整。針對電池模組特點，定制壓頭對鋁排焊接面的兩側(cè)區(qū)域進(jìn)行大面積壓緊保證壓頭都能夠壓緊到位。同時，采用激光測距進(jìn)行引導(dǎo)跟蹤，實時檢測待焊極耳的平面度，并將此數(shù)據(jù)反饋到Z軸伺服機構(gòu)，借此調(diào)整焊接焦距。

2.軟件流程分析

激光焊接設(shè)備的具體工作過程如圖3所示。激光焊報警及啟停，通過PLC控制數(shù)據(jù)對接，主要采用板卡IO點方式。具備以太網(wǎng)連接功能，可以傳輸編碼信號、實時功率、焊接時間、焊接完成信號和工藝參數(shù)等。

圖3 激光焊工藝流程圖

表1  激光焊設(shè)備IO點對應(yīng)表

3.結(jié)束語

動力鋰電池模組通過高效精密的激光焊接可以大大降低接觸電阻，降低能耗，提高動力電池的安全性、可靠性和使用壽命，必將為今后新能源汽車電池技術(shù)的發(fā)展提供重要保障。

五軸聯(lián)動激光焊系統(tǒng)大大提高了生產(chǎn)線的效率也節(jié)省了大量工裝的制作成本，對于深入探究該工序的關(guān)鍵設(shè)備和工藝、提升車企的自動化水平、降低工人勞動強度和提高生產(chǎn)安全性具有重要意義。

來源：《制造業(yè)自動化》期刊  

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