基于新能源汽車鋰電池系統(tǒng)總裝配生產(chǎn)線模塊化技術(shù)應(yīng)用

陳傳國(guó)

摘 要：當(dāng)前汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，汽車制造企業(yè)為了縮短生產(chǎn)周期、提高車輛質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本成為共同目標(biāo)。模塊化技術(shù)的應(yīng)用給汽車裝配過程提供了解決方案，極大地影響著汽車裝配工藝的發(fā)展趨勢(shì)。本文首先分析模塊技術(shù)的特點(diǎn)，并對(duì)鋰電池總裝配生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)、配置、各部分功能原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析概述。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;鋰電池;總裝配生產(chǎn)線;模塊化技術(shù)

1 模塊化技術(shù)特點(diǎn)

模塊化技術(shù)主要指的是將生產(chǎn)加工過程劃分為各個(gè)模塊，并針對(duì)其中的每個(gè)模塊設(shè)置工作小組。通過該項(xiàng)技術(shù)的有效應(yīng)用，可將整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)細(xì)分為多個(gè)子系統(tǒng)，然后在子系統(tǒng)技術(shù)上劃分出多個(gè)模塊，以此有助于提升生產(chǎn)管理精細(xì)化程度，使得整體生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率得到明顯提升。從模塊化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用來看，其主要表現(xiàn)出以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：其一，在操作上較為簡(jiǎn)單，通過對(duì)之靈活應(yīng)用，有助于與其它更高端技術(shù)的結(jié)合;其二，在應(yīng)用中表現(xiàn)出較強(qiáng)的可調(diào)整性特點(diǎn)，能夠根據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)需求，對(duì)模塊劃分做出重新調(diào)整匹配;其三，通過該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用有助于生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化，使得產(chǎn)品生產(chǎn)更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

在新能源汽車鋰電池系統(tǒng)總裝配生產(chǎn)線系統(tǒng)中，主要包括：?jiǎn)文＝M安裝裝配線、單模組安裝裝配生產(chǎn)線、單模組壓差、雙模組成組裝配線、雙模組成組裝配生產(chǎn)線、總體裝配線、總體裝配板式鏈線及自動(dòng)升降疊垛機(jī)等，通過這些系統(tǒng)構(gòu)成部件，基本能夠?qū)崿F(xiàn)新能源汽車鋰電池系統(tǒng)的自動(dòng)化裝配作業(yè)，使之在運(yùn)行中表現(xiàn)出較高的效率。

3 工作流程

從該系統(tǒng)工作流程來看，主要分為三個(gè)步驟：（1）單模組電池組裝。該步驟主要利用疊垛機(jī)將32-48片的單體電池組裝在一起，使之成為單模組電池。然后將組裝完成的單模組電池利用B型立柱式助力機(jī)械手搬運(yùn)到裝配線上，完成雙側(cè)電池極板安裝;（2）雙模組電池組裝。將完成內(nèi)阻檢測(cè)的電模組電池利用B型立柱式助力機(jī)械手搬運(yùn)到雙模組裝配產(chǎn)線上，將兩組規(guī)格相同的單模組電池組裝成雙模組電池;（3）總體裝配。將組裝完成的2-3組雙模組電池聯(lián)合的其它一些零配件進(jìn)行組裝，最終制成成品的新能源汽車鋰電池。

3.1 疊垛機(jī)

疊垛機(jī)設(shè)計(jì)為可升降式的操作平臺(tái)。設(shè)備升降主要通過伺服電機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，并在結(jié)構(gòu)中配置絲杠導(dǎo)軌，使之升降時(shí)精度能夠得以控制。操作人員在向平臺(tái)中放置一片單體電池，疊垛機(jī)的升降系統(tǒng)將自動(dòng)向下降一定高度（一片單體電池的高度），直到達(dá)到單模組電池組裝設(shè)定數(shù)量需求。在此疊垛機(jī)中，擁有正極、負(fù)極分別顯示的功能、電池疊垛計(jì)數(shù)功能、模組放置位置提示功能等，同時(shí)對(duì)應(yīng)生產(chǎn)電池模組規(guī)格型號(hào)差異，共分為六種疊放模式，各種模式對(duì)應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)需要。

在每個(gè)單體電池上都擁有對(duì)應(yīng)的條碼，且具有唯一性，通過掃描該條碼能夠獲知電池的規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)批號(hào)等信息。在應(yīng)用疊垛機(jī)進(jìn)行單模組電池組裝時(shí)，將每片單體電池放在條形識(shí)別區(qū)掃描，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單體電池信息的自動(dòng)獲取，并在疊垛控制箱上的觸摸屏顯示，操作人員以此能夠判斷單體電池放置是否正確，如果經(jīng)檢測(cè)極性正確，然后伺服電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，使升降臺(tái)降低一片單體單節(jié)電池厚度，同時(shí)高度檢測(cè)傳感器也會(huì)及時(shí)獲取疊垛機(jī)上的電池厚度，在檢測(cè)正常的情況下進(jìn)入到下一片單體電池的檢測(cè)疊垛。在疊垛機(jī)運(yùn)行過程中，如果檢測(cè)到極性、高度異常時(shí)，警報(bào)將鳴響并提示操作員進(jìn)行糾正。每一片電池在組裝的過程中，其電壓、極性、序號(hào)等信息都會(huì)在觸摸屏上顯示，不同產(chǎn)品類型在生產(chǎn)過程中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體動(dòng)作會(huì)存在一定差異，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的信息做出判別，保證各裝配環(huán)節(jié)安全可靠。當(dāng)一組電池堆疊時(shí)，操作員按下電池組兩側(cè)堆疊的按鈕，同時(shí)將下壓旋轉(zhuǎn)90度，使電缸到達(dá)設(shè)定的行程位置，待緊固螺栓確認(rèn)之后自動(dòng)返回。通過該疊垛機(jī)的投入生產(chǎn)應(yīng)用，大幅降低該生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需時(shí)間，由以往的11min降低到當(dāng)前5min，以達(dá)到減少了操作人員，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

3.2 單模組線體

堆垛機(jī)組裝好的電池，借助B型動(dòng)力機(jī)械手自動(dòng)輸送到單模組的裝配線上?？刂葡到y(tǒng)按照線體運(yùn)行情況自動(dòng)分配電池，進(jìn)入電池板組裝翻轉(zhuǎn)操作平臺(tái)。在組裝過程中，翻轉(zhuǎn)操作平臺(tái)會(huì)自動(dòng)將電池拉到線體外，再進(jìn)行組裝，使線體的運(yùn)行通道暢通，保證線體具備較高的運(yùn)行效率。當(dāng)翻轉(zhuǎn)操作臺(tái)在進(jìn)出電池組的過程中，都會(huì)進(jìn)行線體自動(dòng)判斷，避免電池組之間發(fā)生碰撞，引發(fā)安全事故。

極板組裝完成后，電池組依次傳送到內(nèi)阻測(cè)試臺(tái)，通過內(nèi)阻測(cè)試臺(tái)可以檢測(cè)到單模電池的內(nèi)阻和壓差。內(nèi)阻測(cè)試臺(tái)位于單模組線體兩側(cè)，采用雙電缸實(shí)現(xiàn)同步控制，系統(tǒng)具有條碼自動(dòng)識(shí)別功能，能夠自動(dòng)掃描獲取電池組的信息，然后調(diào)用出與之相對(duì)應(yīng)的測(cè)試程序，最后在對(duì)應(yīng)觸摸屏上顯示出電池組檢測(cè)得到的內(nèi)阻、電壓值，并最終匯總得到總壓差，然后將其與系統(tǒng)中設(shè)置的內(nèi)阻、壓差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)品測(cè)試是否合格。對(duì)于其中合格的產(chǎn)品直接輸送到升降機(jī)側(cè)，用于后續(xù)雙模組側(cè)裝配。

3.3 雙模組線體

雙模組線體采用雙層倍速鏈，鏈條節(jié)距為38.1 mm。同時(shí)，鏈條的前后均裝有工裝板升降器，借助此來實(shí)現(xiàn)上下層線體的順利輸送。為保證工裝板能夠自動(dòng)進(jìn)出升降機(jī)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將工裝板提升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)置為電動(dòng)滾杠和無動(dòng)力滾杠。為確保工裝板在運(yùn)行過程能夠準(zhǔn)確到達(dá)指定位置，在線體的每個(gè)工位上都設(shè)置有專門的制動(dòng)裝置。在進(jìn)行組裝裝配的過程中，應(yīng)用從后到前的順序進(jìn)行擺放，組裝完成后，操作人員按下釋放行按鈕，電池組將自動(dòng)運(yùn)至后升降機(jī)側(cè)，等待I型電動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)入總裝配線。

3.4 總裝配線體

總裝配線體應(yīng)用板式鏈線體，線體寬度為90cm，節(jié)距設(shè)定為10cm。其中兩條鏈子的翼板利用鏈板進(jìn)行連接，使之形成一個(gè)平面，同時(shí)在鏈板的表面固定一塊厚度6m的塑料板，通過此避免電池在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)碰撞劃傷?？傃b配線體在運(yùn)行過程中都應(yīng)用間歇傳送控制方式，且為之配備安全防護(hù)罩。板鏈頭部處設(shè)置非動(dòng)力滾杠裝置，每隔2.2m設(shè)置一個(gè)工位，并在該位置安裝停止裝置，操作人員可以利用專門的控制按鈕控制工裝板的運(yùn)行狀態(tài)，操作員完成相應(yīng)任務(wù)后，按下按鈕并放行。在總裝配線體的控制系統(tǒng)中采用的是西門子PLCSIMATICS7-1500控制器和ET200SP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊，并配帶有PROFINET接口，以此使得系統(tǒng)中各個(gè)模塊與總裝配線體之間保持統(tǒng)一協(xié)調(diào)性，同時(shí)各個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)也能夠通過對(duì)應(yīng)的指示燈反映出來，對(duì)以后維護(hù)檢修工作開展有著較大的便利性。