五軸聯動激光焊系統在汽車鋰電池焊接中的應用

邱　菊，王明睿，翟　靖，李培申，付園園QIU Ju，　WANG Ming-rui，　ZHAI Jing，　LI Pei-shen，　FU Yuan-yuan（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

五軸聯動激光焊系統在汽車鋰電池焊接中的應用

邱菊，王明睿，翟靖，李培申，付園園
QIU Ju，WANG Ming-rui，ZHAI Jing，LI Pei-shen，FU Yuan-yuan
（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

介紹了用IPG激光焊機結合五軸聯動技術實現車用鋰電池極片與電池的焊接，并實現了鋰電池在激光焊機上的無夾具焊接的問題，利用工控機結合板卡并與外圍PLC通訊實現電池的自動定位、焊接過程中的定位糾偏、每片電池的自動夾緊并焊接，大大提高了焊接質量和效率并優化了生產工藝。

激光焊；五軸聯動；定點壓緊；控制策略

0　引言

激光焊接是一個將正負極材料、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流程中的關鍵工藝。新能源汽車動力鋰電池模組全自動激光焊接系統應用于汽車電池模組裝配線中。全自動激光焊接設備主要通過自動激光焊接設備的XY電控伺服工作臺帶動聚焦系統進行移動，并拍照，確定焊接位置，同時激光測距儀測量焊接物距，微調后進行焊接，完成全自動焊接作業。

目前激光焊接技術、伺服電缸、PLC控制、總線通訊等軟硬件技術發展比較成熟，能夠滿足市場上絕大多數自動化生產設備對高精度、柔性化的生產要求，對動力鋰電池模組全自動激光焊接設備而言亦是如此。實際中采用伺服工作臺、激光焊接頭、視覺系統、自動對焦調節系統、同軸CCD監視系統等模塊相互配合工作，最終能夠穩定、精準完成激光焊接技術要求。

1　硬件總體設計

1）系統配置

鋰電池激光焊系統主要由：光纖激光器、激光焊接頭、自動對焦調節系統、視覺定位系統、五軸聯動工作臺、CCD監視系統及凈化抽風裝置組成。

2）焊接機主要結構

焊接運動過程簡述：

（1）模組由產線運送到焊接工位，頂起定位。

圖1　五軸聯動焊接機結構

（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域進行測高和視覺定位。

（3）“大YX工作臺” 帶動氣動壓緊組件對第一焊接區域的連接片進行壓緊。

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

（5）“小XY工作臺”帶動聚焦系統按預定的焊接軌跡進行焊接。

圖2　固定電級具體結構

（6）氣動壓緊組件抬起，進入下一焊接循環。

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

電池模組各待焊極耳平面度難以保證，焊接焦距須根據極耳平整度進行自動調整。

針對電池模組特點，定制壓頭對鋁排焊接面的兩側區域進行大面積壓緊保證壓頭都能夠壓緊到位。

同時，采用激光測距進行引導跟蹤，實時檢測待焊極耳的平面度，并將此數據反饋到Z軸伺服機構，借此調整焊接焦距。

2　軟件流程分析

激光焊接設備的具體工作過程如圖3所示。

激光焊報警及啟停，通過PLC控制數據對接，主要采用板卡IO點方式。

表1　激光焊設備IO點對應表

圖3　激光焊工藝流程圖

續（表1）

具備以太網連接功能，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等。

3　結束語

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的發展提供重要保障。

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

［1］ 李亞江.特種焊接技術應用［M］.化學工業出版社，2014.

［2］ 李紹炎.自動機與自動線［M］.北京:清華大學出版社，2007.

［3］ 王純祥.焊接工裝夾具設計及應用［M］.化學工業出版社，2014.

Application of five axis linkage laser welding system in automotive lithium battery welding

TP29

B

1009-0134（2016）06-0084-02

2016-04-11

邱菊（1985 -），女，遼寧人，助理工程師，本科，研究方向為自動化生產線硬件設計。