電池注液孔全自動激光點(diǎn)焊機(jī)

為緩解越來越嚴(yán)重的能源危機(jī)和大氣環(huán)境污染問題，我國與美日德等發(fā)達(dá)國家一樣，正在要點(diǎn)推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，并作為國家戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展的行業(yè)。國家《新能源汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》已把電動汽車作為中國汽車未來發(fā)展的主要方向之一；2015年中國新能源汽車保有量計(jì)劃達(dá)到100萬輛，動力電池產(chǎn)能約達(dá)100億瓦時；到2020年，新能源汽車的年銷售達(dá)到200萬臺。

新能源汽車的電池可靠性、成本高、產(chǎn)能缺乏等問題是一個世界型的難題，現(xiàn)有電池技術(shù)的可靠性、穩(wěn)定性不足，產(chǎn)品的循環(huán)壽命不長等因素長期以來一直影響著新能源汽車的發(fā)展。近年來，各主要汽車廠商在新能源汽車方面投入了巨大的研發(fā)費(fèi)用，也取得了很大的進(jìn)展�？梢灶A(yù)見，未來十年，將是新能源汽車爆發(fā)式增長的十年。
深圳市正信激光科技有限公司密切配合各電池生產(chǎn)廠家，共同研發(fā)汽車動力電池的激光焊接技術(shù)，取得了很大的進(jìn)展。到目前為止，已經(jīng)為國內(nèi)上百家動力電池生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)制作了全自動或半自動的激光焊接生產(chǎn)線，取得了非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
一、動力電池激光焊接的主要部位
動力電池的電芯按其外型可分三種，分別是方型、圓柱型以及軟包電芯（見圖1）。殼體的材料主要有鋁材和不銹鋼，但以鋁材為主，其中以1000系和3000系較多。

圖1 常見動力電池外形
目前，在國內(nèi)生產(chǎn)的電動汽車當(dāng)中，這三種電池都有應(yīng)用：例如比亞迪E6和K9電動車使用的是方型電池；杭州萬向?yàn)殡娦竟��?yīng)商的一些電動車廠家使用其軟包電池；上汽系某些電動車車型則使用美國A123公司的圓型電池。這三種電池的自動化激光焊接系統(tǒng)及工藝也各不相同；整體而言，以方形電池居多。
各種電池的激光焊接部位主要有四種：殼體的封裝，根據(jù)位置的不同分為頂蓋、底蓋和側(cè)面的焊接、頂蓋防爆片及安全蓋的焊接、密封釘（也叫注液口）的焊接、電芯較耳與頂蓋的焊接。另外，超級電容的焊接以連接片和負(fù)較封口焊接為主。各種動力電池及超級電容的焊接部位如圖2所示。


圖2 各種電池的激光焊接焊接部位 
二、動力電池焊接的工藝難點(diǎn)
一般殼體厚度都要求達(dá)到1.0毫米以下，主流廠家目前根據(jù)電池容量不同殼體材料厚度以0.6mm和0.8mm兩種為主。焊接方式主要分為側(cè)焊和頂焊，其中側(cè)焊的主要好處是對電芯內(nèi)部的影響較小，飛濺物不會輕易進(jìn)入殼蓋內(nèi)側(cè)。由于焊接后可能會導(dǎo)致凸起，這對后續(xù)工藝的裝配會有些微影響，因此側(cè)焊工藝對激光器的穩(wěn)定性、材料的潔凈度和頂蓋與殼體的配合間隙有較高的要求。而頂焊工藝由于焊接在一個面上，可采用更**的振鏡掃描焊接方式，但對前道工序入殼及定位要求很高，對設(shè)備的自動化要求高。 
目前鋁殼電池占整個動力電池的90%以上。鋁材的激光焊接難度非常大，會面臨焊痕表面凸起問題、氣孔問題、炸火問題、內(nèi)部氣泡問題等。表面凸起、氣孔、內(nèi)部氣泡是激光焊接的致命傷，很多應(yīng)用由于這些原因不得不停止或者想終的焊接效果滿足動力電池廠家的要求。
方形電池由于來料的配合精度等方面的因素影響，焊接時拐角處容易出現(xiàn)問題，需要在根據(jù)實(shí)際情況不斷探索，調(diào)整焊接速度可以解決這類問題。圓形電池沒有這方面的問題，但后續(xù)集成成電池模組的難度非常大。 
三、動力電池的激光自動化焊接系統(tǒng)簡介
圖3是一條方形動力電池全自動激光焊接線，含兩條由焊接、泄漏檢測、短路檢測及編碼打標(biāo)為主要功能的產(chǎn)線，產(chǎn)能≧16PPM，焊接強(qiáng)度6kgf/c㎡以上不泄漏。
本系統(tǒng)可依次完成電池的激光焊接，氣密性測試，短路測試，電池打標(biāo)，不合格品自動剔除等相關(guān)工序。
激光焊接部份由激光器，激光焊接頭，XYZ三軸運(yùn)動控制軸，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，電池夾具（壓緊及較正夾具），上下料機(jī)械手等構(gòu)成，其主要作用是：將電池從流水線上夾持到焊接工作臺進(jìn)行焊接作業(yè)，并焊接完成后放回流水線上。
氣密性及短路測試部份由氣密性測試組件，短路測試組件，內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)，檢測上料機(jī)械手，檢測下料機(jī)械手等構(gòu)成，其主要作用是：將流水線上焊接完成后的電池夾持到內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)上，依次對其進(jìn)行定位，氣密性，短路相關(guān)測試，并在檢測完成后將良品抓回回到主流水線上，不良品抓除到廢料盒中。測漏部分采較與蓋板三方測試功能。 
打標(biāo)部份由激光打標(biāo)機(jī)，抓取定位機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，其主要作用是對焊接后產(chǎn)品進(jìn)行打標(biāo)。可在金屬產(chǎn)品（含鋁材）一用正壓檢測，短路測試具有正負(fù)較之間、正較與蓋板、負(fù)側(cè)正上部分高速的標(biāo)記出12位數(shù)字加字母碼（其中三位字母碼，9位數(shù)字碼），加8*8的二維碼。
流水線部份由流水線倍速鏈，夾具托盤，定位氣缸，擋隔分料氣缸等構(gòu)成，其主要作用是帶動電池到相應(yīng)的位置，方便焊接與檢測，并具有一定的儲料功能。

圖3 方形動力電池全自動激光焊接線
圖4是一種方形電池頂蓋的半自動生產(chǎn)線，焊接工作臺部分采用工業(yè)PLC控制，可焊接電池范圍為H：130-300mm、W：110-250mm、T：20--50mm，焊接圖形軌跡為平面矩形，焊接過程自動化。
該系統(tǒng)可配合環(huán)形輸送線用于電池頂蓋與殼體自動激光密封焊接,其中頂蓋和殼體材料為不銹鋼或鋁合金。焊接參數(shù)可以通過操作界面進(jìn)行設(shè)定，焊接完后確保焊縫無滲漏，焊接完后符合耐壓測試要求，不會對電池周圍部件形成破壞或者損傷，且具備自動和手動兩種功能。

圖4 方形動力電池頂蓋自動激光焊接線
四、總結(jié)
通過**準(zhǔn)確的激光焊接可以大大提高汽車動力電池的安全性、可靠性和使用壽命，必將為今后的汽車動力技術(shù)帶來革命化進(jìn)步。動力電池的激光焊接部位多，有耐壓和漏液測試要求，材料多數(shù)為鋁材，因此焊接難度大，對焊接工藝的要求更高。今后，大多數(shù)廠家需要全自動生產(chǎn)線，將進(jìn)一步增加焊接系統(tǒng)的集成難度。高質(zhì)量的動力電池需要生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)人員和激光焊接技術(shù)人員密切協(xié)作，從材質(zhì)、形狀、厚度、工藝、實(shí)時檢測等各方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能達(dá)到理想的焊接效果。