祁劍明

【摘 要】新能源的快速發(fā)展，使得對儲能設備的需求日益突出，鋰電池儲能己成為當前的研究熱點之一。通過在鋰電池生產(chǎn)線的關鍵工藝環(huán)節(jié)引入機器人自動化生產(chǎn)線技術，可以降低人工成本，提高設備自動化水平，改善生產(chǎn)條件，降低安全風險，提高生產(chǎn)效率，不但解決了人為操作造成的生產(chǎn)效率低下問題，而且提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高了經(jīng)濟效益，對于促進我國鋰電池行業(yè)的產(chǎn)品升級，具有重要的現(xiàn)實意義和良好的推廣應用價值。本文分析了當前鋰電池自動化生產(chǎn)現(xiàn)狀，探討了工業(yè)機器人在鋰電池自動化生產(chǎn)中的應用。

【關鍵詞】工業(yè)機器人;鋰電池;自動化生產(chǎn);應用

近年來，新能源的快速發(fā)展，使得對儲能設備的需求日益突出，鋰電池儲能己成為當前的研究熱點之一。通過在鋰電池生產(chǎn)線的關鍵工藝環(huán)節(jié)引入機器人自動化生產(chǎn)線技術，可以降低人工成本，提高設備自動化水平，改善生產(chǎn)條件，降低安全風險，提高生產(chǎn)效率，不但解決了人為操作造成的生產(chǎn)效率低下問題，而且提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高了經(jīng)濟效益，對于促進我國鋰電池行業(yè)的產(chǎn)品升級，具有重要的現(xiàn)實意義和良好的推廣應用價值。

一、當前鋰電池自動化生產(chǎn)現(xiàn)狀

鋰電池被廣泛應用于儲能電源系統(tǒng)、電動汽車、軍事、航空等領域，尤其隨著近幾年電動汽車市場的火爆，鋰電池需求量持續(xù)攀升。而目前鋰電行業(yè)自動化程度不高，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品穩(wěn)定性不足，這正是引發(fā)機器人應用爆點的契機。

目前國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化存在的主要問題，是電池質(zhì)量一致性不好。究其原因，多是由于人工操作、設備精度差造成系統(tǒng)誤差大，不能連續(xù)化生產(chǎn)所致。鋰電池生產(chǎn)工藝屬于離散式生產(chǎn)放式，雖然其生產(chǎn)過程中己使用了大量的自動化專機，但整體的自動化程度仍較低，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之問的銜接，仍然是以人工為主。要從根本上解決鋰離子電池批產(chǎn)質(zhì)量一致性差問題，還要靠提高生產(chǎn)設備控制精度、生產(chǎn)線自動化水平來解決。動力電池和儲能電池對電池的一致性、電池生產(chǎn)線中的質(zhì)量管控，提出了更高的技術要求，客觀需要引入工業(yè)機器人技術。通過將先進的機器人技術與鋰電池生產(chǎn)技術相結(jié)合，可大幅度提高鋰電池生產(chǎn)線的自動化和智能化程度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，帶動鋰電池生產(chǎn)企業(yè)進行技術升級和改造，從而促進我國鋰電池行業(yè)的技術創(chuàng)新和產(chǎn)品升級。

隨著勞動力成本的迅速增長以及機器人價格的下降，在生產(chǎn)線中，應用機器人代替人工的優(yōu)勢，己經(jīng)逐漸顯現(xiàn)，機器人的應用具有重復定位精度高、可靠性高、生產(chǎn)柔性化等優(yōu)勢，能極大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。通過將機器人技術與鋰電池生產(chǎn)技術相結(jié)合，可大幅度提高鋰電池生產(chǎn)線的自動化和智能化程度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，帶動鋰電池生產(chǎn)企業(yè)進行技術升級和改造。同時，與人工智能技術、自動化、信息化等智能制造技術融合，不僅是實現(xiàn)無人化工廠的前提，也是國內(nèi)鋰電池等離散制造生產(chǎn)線的未來發(fā)展趨勢。

二、工業(yè)機器人在鋰電池自動化生產(chǎn)中的應用

從原材料的投入到PACK的產(chǎn)出，鋰電池的生產(chǎn)過程包括涂布、分切、烘焙、卷繞、裝配、焊接、注液、化成、分容、PACK組裝等等，鋰電生產(chǎn)線每個環(huán)節(jié)實際上都可以用機器人，包括單工序和工序之間的銜接。但目前在裝配、焊接、化成、外包裝Pack組裝線這四個環(huán)節(jié)上機器人運用得較多，而其他環(huán)節(jié)的應用還有待挖掘提升。為此，很多相關企業(yè)都在做產(chǎn)線自動化以及數(shù)字化的全面升級，讓機器人滲透到鋰電池制程的各個環(huán)節(jié)。從自動化水平來看，從前往后，及到PACK階段，自動化程度依次降低，前端工藝對后端產(chǎn)品的生產(chǎn)影響較大，甚至直接關乎電池安全問題，因此，前段自動化程度顯著高于中后段及PACK段。工業(yè)機器人的應用，主要在于設備之間的連線，以直角坐標或SCARA做銜接，包裝入庫階段，可適當考慮SCARA和輕載多關節(jié)工業(yè)機器人。

一條全自動產(chǎn)業(yè)線的形成，需要各種不同類型機器人的相互配合，在對機器人進行選型時，需要綜合考慮持重能力、工作空間、自由度、靈活度、精度、移動速度和使用領域等因素。目前，鋰電行業(yè)使用最多的機器人，是線性模組機器人和SCARA機器人，主要是在生產(chǎn)線中進行搬運和換型的工作。其中，SCARA機器人在實現(xiàn)產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)型上以及取代直線滑臺上具有優(yōu)勢，在數(shù)碼電池的生產(chǎn)過程中，因為產(chǎn)品種類多，需要頻繁換型，四軸機器人使用量比較多。而動力電池產(chǎn)品比較單一，但是在產(chǎn)線后端的搬運和裝箱方面，可以用到六軸機器人;在部分設備的前后端，可以配備六軸或四軸機器人進行產(chǎn)品的上下料工作，負載比較大。在PACK模組裝配線中，重負載的六軸機器人在產(chǎn)線中進行模組的裝配工作，臂長要求比較長;而在某些設備企業(yè)中，也有運用AGV機器人進行搬運工作。

在鋰電池的生產(chǎn)過程中，要把成品從生產(chǎn)線上自動取下來，送到檢測處通過智能圖像處理系統(tǒng)進行外觀檢驗，然后把合格產(chǎn)品送入特定的包裝容器內(nèi)，把不合格的產(chǎn)品送入另一容器內(nèi)。這是歐洲最大的電池生產(chǎn)廠家Sonnenschein在電池生產(chǎn)中，包裝前的最后一個環(huán)節(jié)，而在整個電池生產(chǎn)過程中，有幾個工位用百格拉的碼垛機器人。盡管這些機器人所完成的功能不完全一樣，但采用相同的拖盤，便于不同工位產(chǎn)品的流通和通用。直角運動單元組成的上料下料機器人，搬運機器人非常適用很多種應用，不僅直觀易于理解，便于組成各種樣式的專用設備和控制簡單，而且在很多應用中，比如關節(jié)機器人，成本低，效率高，更實用，在歐美國家，被廣泛應用于醫(yī)藥，食品，化妝品，日用品，手機，傳感器，玩具，汽車和儀表等生產(chǎn)中。

根據(jù)鋰電池生產(chǎn)的工藝流程，通過在上述生產(chǎn)過程中引入自由度工業(yè)機器人，取代了原先所需的人工操作，以機器人為中心，疊片機、焊接機及裁切機的位置布置均在機器人的臂展范圍內(nèi)，在其運動區(qū)域內(nèi)應保證無干擾。考慮到日常維護等工作的方便，在布置位置時綜合考慮人的行走空問，并在周圍布置了基本的圍欄防護，防止未經(jīng)授權人員進入到機器人工作區(qū)域，安全門位置則設置了感應裝置，一旦安全門被打開，則立即減速并停止機器人的運動，確保人員安全。機器人對疊片機完成的疊片電池進行抓取，并搬運到焊接機上對極耳進行焊接，再搬運到裁切機對極耳的突出部分進行裁剪，以此實現(xiàn)無人化作業(yè)。

綜上所述，如今鋰電池正在往安全性以及標準化的方向發(fā)展，設備的高精度、高效率、系列化以及高自動化生產(chǎn)線，將成為行業(yè)發(fā)展的大方向。工業(yè)機器人在動力鋰電池行業(yè)中的應用已經(jīng)相對成熟，可以降低人工成本，提高設備自動化，無人化，將安全風險和損失降低到最低，同時，產(chǎn)品的質(zhì)量高，品質(zhì)好，企業(yè)的產(chǎn)能得到明顯的擴充，帶來更大的效益，極大的提高企業(yè)的核心競爭力。

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