一、成果簡介

新能源汽車鋰離子電池模組及PACK線智能制造項目針對目前國內新能源汽車鋰離子電池的裝配設備現狀應運而生。目前新能源汽車鋰離子電池的尺寸不標準，不規范，產量低，導致很難形成批量，再加上新能源汽車廠及儲能電站公司的要求五花八門，沒有統一的標準，也就很難在裝備方面有所突破，很多公司只能使用一些專機，替代手工生產，滿足新能源汽車廠和儲能的臨時需求；整個制造過程信息化不足，數據記錄在紙質文檔上，難以管理。

生產過程無數字化的數據采集，無法進行生產過程分析和預測，也無法建立制造過程的質量追溯，越來越難以適應高可靠性工業產品的苛刻要求。因此，新能源汽車鋰離子電池模組及PACK線智能制造成為了制約新能源汽車發展的制約因素。

新能源汽車鋰離子電池模組線和PACK線智能制造關于新能源汽車鋰離子電池系統廠商當前存在的生產自動化裝備不完善、質量控制能力差、電池一致性和穩定性較弱等問題，通過推動工業機器人、智能視覺系統、增材制造裝備、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備等安全可控核心智能制造裝備的創新應用，開展面向多規格的新能源汽車鋰離子電池系統自動化、信息化、數字化、智能化生產線的研制。

新能源汽車鋰離子電池模組線和PACK線智能制造集柔性化制造、智能化物流、數字化信息自動采集與集成等關鍵技術于一體，實現電池模組智能裝配、電池PACK智能裝配及電池PACK集成在線檢測等功能。完成包括中控系統、電池模組裝配產線、電池PACK總裝線以及電池PACK全自動檢測線在內的一整套設計與制造，實現了MES系統訂單下發產線、電池包組件條碼層層綁定、關鍵數據參數存儲與質量追溯的智能化信息管理、電子看板生產實時信息與生產線運行狀態智能監控以及AGV智能車物料裝配與輸送等功能，為新能源汽車鋰離子電池廠家的批量化生產、智能化裝配、一致性管理，供應了可靠的軟硬件保證。

新能源汽車鋰離子電池模組線和PACK線智能制造已取得四項實用新型專利和一項軟件著作權成果。

二、成果創新點及解決的難點問題

1、單體電池存在厚度、電壓和內阻不一致的情況，在電池裝配過程中會直接影響到電池的安全穩定、整體性能和使用壽命

在新能源汽車鋰離子電池智能裝配成組過程中，必須要兼顧單體電池的厚度公差且必須保證電池PACK的尺寸一致，保證最終電池的裝配尺寸及質量是要攻克的技術難題。在電池成組過程中，要通過電池測厚儀、復合電壓內阻測試儀對單體電池的厚度、電壓和內阻進行復檢，并剔除不合格的單體電池，從而保證單體電池的一致性。將測厚儀和內阻測試儀集成到電池編組設備中，機器人在拾取單體后先進行復檢，根據復檢結果判定對單體電池進行剔除和進一步編組處理。

2、電池PACK在最終檢測過程中進行大電流充放電測試

按照傳統方法手動測試要經過復雜的人工接線及保證大電流通過的相應保護措施。目前，國內外并沒有此類的自動檢測專機，為實現電池PACK在最終檢測過程中的工業化與智能化，本工序采用自動對接的方法，技術難度大，不僅要精確定位電池箱體，而且還要保證大電流對接的可靠性。

電池檢測過程中承載電池的AGV采用激光定位形式，保證極高的定位精度，同時自動對接系統采用伺服電缸控制系統，保證對位電極穩定可靠同時保證對位精度。電池檢測系統還兼具有報警功能，能夠檢測對位不準、電池不到位、通電異常等幾十種報警信息，保證了電池自動檢測系統的可靠性性及電池本體的安全性。

3、為了兼容電池厚度的公差尺寸，單體電池串并聯連接銅排采用軟銅排形式

采用軟銅排不僅兼容了單體電池厚度公差而且對軟銅排的自動焊接和緊固連接提高了可靠性。在裝配過程中，裝配和焊接機器人中搭配視覺系統對每個單體電池電極的焊接點和緊固點進行位置定位與修正，達到保證裝配與焊接的質量可靠和裝配的精度。

針對電池模組的特點，定制適合于電池模組的專用焊接夾具，每個壓頭對銅排焊接面的兩側區域進行大面積壓緊，并且壓頭采用彈簧浮動式的壓緊方法，保證每個壓頭都能夠壓緊到位，當浮動位移達到死限位點時，可輸出最大壓緊力。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。

4、新能源汽車鋰離子電池模組PACK車間制造執行系統（MES）的應用

針對新能源汽車鋰離子電池PACK安全及高效生產的要，本應用集成在線檢測、機器視覺、RFID等智能檢測及物流技術，開發電池PACK車間數字化制造管理系統（專用MES），實現電池包生產計劃與現場制造裝備的高效協同及品質管控。車間MES的應用，提高了本模式的智能化管理程度，能夠實現從單體電池上線、模組裝配、不合格品處理、電池PACK裝配和測試、成品入庫等整個生產過程實時數據的采集、控制、分析和歷史追溯。

MES系統是公司內部計劃、物流、生產、品質部門取得第一手生產信息的保障系統。實現智能遠程終端生產線和組裝線的有限能力排產、計劃的下達和過程監控，車間在制物料的管理、車間設備的運維和監控，車間可視化管理，實現預期的項目目標，即質量檢測智能化、產品檔案信息化、設備數據實時化、生產過程透明化、物料流轉自動化、異常問題目視化、裝配工藝信息化、系統平臺開放化。

三、國內外水平比較分析

目前，針對由單體電池到電池成組的裝配及測試，國外有些廠家在電池成組裝配方面制作了部分專機，但還沒有形成全自動裝配生產線，也不能進行全自動的檢測。國內還停留在手工裝配階段，致使生產效率低、產品一致性差、產品質量得不到可靠保證。

本應用中設計開發多臺智能裝配和檢測專機，采用伺服定位、機器人裝配、數碼掃描、PLC控制等自動化技術。生產線裝配精度高，生產節拍短，是國內首創的新能源汽車鋰離子電池模組及PACK自動化、智能化裝配生產線。

該應用中涉及的智能測控技術和裝置，如機器人、自動小車、疊垛系統、PLC系統、管理系統等，國內都具備了一定的技術基礎、裝備準備和工程相關經驗，能夠滿足實用自動化、智能化裝配生產線，并達到國際先進水平。

四、成果應用情況

新能源汽車鋰離子電池模組及PACK線智能制造重要由電池模組裝配線、電池PACK裝配線、檢測線、MES系統等組成。同時包括了電芯編組復檢入底板及短側板智能化裝配單元、自動化銅排擰緊單元、雙層模組自動入箱和電池包成品在線檢測等智能化生產單元。其中車間MES系統可對電池的組裝，實現全過程的質量可追溯管理，能夠實時的顯示產品在各個裝配過程中的產品狀態和設備狀態，并與相應裝配過程的部件條碼進行綁定，建立產品數據管理系統，實現電池PACK車間產品的制造、物流、質量控制全流程的數字化、智能化。

新能源汽車鋰離子電池模組及PACK線智能制造實現了電池模組裝配、電池Pack裝配及電池Pack集成檢測功能，完成包括中控系統、電池模組裝配產線、電池Pack總裝線以及電池Pack全自動檢測線在內的一整套設計與制造，實現了MES系統訂單下發產線、電池包組件條碼層層綁定、關鍵數據參數存儲與質量追溯的智能化信息管理、電子看板生產實時信息與生產線運行狀態智能監控以及AGV智能車物料裝配與輸送等功能。

新能源汽車鋰離子電池模組及PACK線采用可編程控制器進行系統集成，采用機器人進行裝配工作，通過視覺系統配合機器人進行工件定位修正，采用自動讀碼器與RFID進行數據采集與轉存，運用運動控制系統實現總裝線自動碼垛與自動入箱功能，中控系統通過SchneiderCiTect平臺開發，進行生產線狀態監控、信息管理以及數據上傳與存儲，通過LABVIEW開發平臺研發整套電池Pack自動化檢測集成系統，整線結構緊湊，物流通道合理，滿足產量節拍需求。

五、社會及經濟效益分析

1、該案例的應用，能夠使廠家節約大量的工人，使效率大大提高，工人勞動強度大大減少；通過本套生產線的投產，能夠規范廠家產品的生產流程，保證產品的精度及質量；同時通過本套生產線的投產，能夠帶動了公司的技術進步，提高了公司的核心競爭力，也提高了公司本身的價值，提高了公司的國際競爭力，在國內同行業中掌握了先機。

同時也改善和提高了管理水平，與以前的手工作業相比大大提高了生產效率和產品靈活性，做到生產過程可監控和管理，保證了生產效率最高、產品質量最好。

2、該案例的應用，能夠為制造商帶來實在的經濟效益，按國家的發展規劃至2025年，單純以動力鋰電池生產為主線的專用裝配生產線就能拉動至少180億元的投資規模，為制造商供應了可靠地經濟基礎，此外，在動力鋰離子電池柔性自動化裝配與檢測生產線的研制的過程中，也能夠帶動公司的技術進步，提高了公司的核心競爭力，也提高了公司本身的價值，提高了公司的國際競爭力，使公司在國內外同行業中掌握了先機。

發展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，能源安全與生態環境是關乎國家未來可持續發展的重大戰略問題，世界重要制造強國也都在國家層面加大節能與新能源汽車發展以搶占經濟上升制高點。我國通過大力發展新能源汽車可以推進產業技術進步和產品結構轉型，為建設汽車強國乃至制造強國奠定基礎。