摘要：电动汽车（EV）制造业正在崛起，这对EV电池产生了很高的需求。随着对电池需求的增加，高效自动化电池的生产制造过程对于满足电动汽车市场的需求至关重要。交流伺服电机和机器人技术将在这些电池的自动化制造中发挥重要作用。

电动汽车（EV）制造业正在崛起，这对EV电池产生了很高的需求。随着对电池需求的增加，高效自动化电池的生产制造过程对于满足电动汽车市场的需求至关重要。交流伺服电机和机器人技术将在这些电池的自动化制造中发挥重要作用。

拾取和放置机器人可用于存储和拾取应用。图片来源：安川

众多不同类型的电动汽车，正在创造对电池的需求。除了电动汽车之外，像飞机、摩托车、休闲车、农业拖拉机甚至住宅草坪设备对电池的需求也在不断增加。这些车辆和设备都使用电池，但是根据不同的需求，使用的电池技术也各不相同。

便携式消费电子产品常用的锂离子电池，是电动汽车和插电式混合动力车最受欢迎的选择。铅酸电池的成本最低，但其功率密度低，使其在电动汽车行业中成为最不受欢迎的解决方案。镍氢电池具有高能量密度，并且已被证明非常耐用。它们通常用于混合动力电动汽车，然而，它们的高成本、相对较高的发热量和自放电，限制了它们在电动汽车中的应用。随着锂离子电池成为电动汽车最受欢迎的电池选择，对锂电池的需求正在迅速增长，因此有必要提高电动汽车锂电池的产量。

图1：将电动汽车电池单元集成到可行的电池组中需要大量的劳动力，这些工作可以实现自动化，以实现量产所需的产量。交流伺服系统和机器人技术可用于电池组组件的自动化。图片来源：Eagle Technologies

电动汽车的电池外壳通常有三种类型：

·圆柱形电池。这些电池可以大量堆叠，以组成可包含数百或数千个圆柱形电池的电池组。

·棱柱形电池呈长方形，可以非常有效地堆叠在工作包内。一个棱柱形电池可能包含与数百个圆柱形电池相同的能量。

·袋式电池的设计差异很大，使用的金属袋具有柔韧性，可以安装在狭小或形状独特的空间内。

这三种技术如今都被各种电动汽车制造商使用。然而，电动汽车需要许多这样的电池才能为车辆产生足够的电力。将这些电池集成到可行的电池组中需要大量的劳动力，这些劳动力可以自动化以产生大规模生产所需的吞吐量。制造过程中的繁琐步骤为使用交流伺服系统和机器人自动组装这些电池组创造了机会。

使用机器人技术进行电池装卸

在交付给电动汽车制造商时，最有可能是将电池单元组成电池组，堆叠在托盘上。这些电池进入制造过程的第一步，是将它们从托盘上移除并投入生产线。这个过程称为卸垛。实现这一过程的自动化，最有效的方法之一是使用卸垛机器人。机器人可提供可重复性和灵活性的良好平衡，可以正确地从托盘上移除箱子，并将其放置在输送机上。托盘在运输过程中经常发生移动、弯曲或压缩，因此通常需要机器视觉和机器人相结合来正确解决这一应用问题。

图2：电池能量密度。图片来源：安川

一旦上了传输线，就需要将电池从装运的箱子中取出。根据箱子和电池的复杂性，可以使用6轴机器人或使用交流伺服电机的龙门架解决方案来处理。

与拆箱过程类似，电池单元需要移动到电池座或电池组中。在典型情况下，这将是容纳电池组的最后容器。这个过程也可以用交流伺服系统或六轴机器人来解决。如果生产线需要处理各类产品，机器人可能是最好的解决方案，因为它可以灵活地用于新产品。如果生产线专用于生产少量产品，使用交流伺服和机械执行器的龙门架解决方案，可能会提供更好的产量和拥有成本组合。

机器人粘合剂分配器

在电池组装过程中的多个阶段，都会使用粘合剂。这可能包括使用粘合剂将电池单元粘合在一起或粘合到电池组上，将电池单元粘附到冷却板上，并使用密封粘合剂将顶盖连接到电池组的底部托盘上。许多胶粘剂可以通过三轴XYZ龙门架进行涂覆，该龙门架与伺服驱动分配器相协调。根据分配模式的复杂性，控制器最好使用G代码进行编程。

图3：采用机器人卸垛有助于工厂内的物料移动。图片来源：安川

引线键合和激光焊接的自动化

电池组中的电池单元正确嵌套后，电池单元之间需要进行电气连接。实现这一目的的常用工艺称为引线键合。引线键合可为电池组中所有电池的连接提供灵活的解决方案。自动引线键合机可使用多个交流伺服器在电池与电池之间快速移动。

另一种将电池连接在一起的工艺称为激光焊接。在此过程中，一个冲压母线模板被放置在电池单元的顶部。然后，激光焊接机通过激光的受控脉冲将电池单元与母线熔接在一起。通常使用交流伺服系统在电池单元上移动激光焊接机。

图4：使用交流伺服的龙门解决方案可用于拆箱、装载或卸载。图片来源：Macron Dynamics

电池组的存储和拾取

完工的电池组需要从生产线上移除。对于大型生产线，这些电池组可能会进入自动存储和拣选系统。这些系统用于在需要时存储、分类和拾取电池组，使用大型六轴机器人和第七轴线性定位器，可以最好地实现自动化，该定位器允许机器人从头到尾遍历系统。机器人能够到达多个位置，铰接电池组并将其放置在所需的位置，这使其成为该应用的理想解决方案。

随着汽车制造商重组其装配过程以支持电动汽车，电动汽车和电池制造正在创造许多新的自动化机会。许多应用与其它行业中的过程相似或略有不同。使用集成交流伺服和机器人技术的解决方案，将在这一新兴行业的自动化应用中发挥重要作用。

来源：控制工程中文版