前言

随着共享市场规模提升，行业标准化、规范化逐渐完善，以及锂电池替代铅酸蓄电池的速度加快，据高工锂电机构预测，2025年中国轻型车用锂电池出货量将达到35GW☒h。为了积极响应国家在新能源方面的“双碳”政策，提高新能源动力锂电池的产量，各大动力锂电池生产企业纷纷组建了模组和PACK自动化装配线。目前，很多企业在锂电池模组和装配线上的工艺技术尚不成熟，因此有必要对自动化装配生产线进行进一步的探讨和研究。笔者对某新能源项目中模组和PACK装配线的工艺技术应用做了具体分析，具有一定的推广价值。

模组和PACK装配线介绍

动力锂电池模组和PACK装配线生产模型解决方案是从生产到应用的核心环节。不同类型的动力电池单体都必须经过多体模组和PACK装配，并且检验合格之后，才能用于动力自行车上，所以动力电池的生产装配质量将直接影响新能源自行车的性能。本项目中采用的动力方形电池生产线整体布局如下图所示，主要分为模组线、PACK线。根据追溯系统上传的电池容量信息，并通过电压电阻测试，依靠人工设置的电池分档工艺，对电池进行电压内阻测试，将电芯组装成模组，再将模组组装成箱体。

模组线

使用自动导引运输车（AGV）将人工备好的物料输送到生产线的电芯上料位。在电芯上料位由六轴机器人进行抓取，完成电芯扫码与OCV（开路电压）测试工艺。将电芯中转到电芯处理线后，对电芯大面进行等离子清洗，在电芯大面上贴绝缘片或者缓冲垫，然后完成电芯大面涂胶检测等工艺。再由六轴机器人抓取电芯进行模组堆叠，在模组打包台上安装模组端板绝缘罩，然后进行整形，并且套钢带，最后由六轴机器人抓取模组去静置架上，对模组进行常温静置。静置完成的模组被六轴机器人抓取到模组成组线上，然后在模组成组输送线上完成各种组装工艺。最终，完成组装的模组下线后被AGV小车中转到PACK装配线。

PACK线

生产线采用环形线设计，匹配10个工位，并配置了六轴机器人。由12台带工装的AGV小车进行PACK周转。在PACK装配线上完成各种装配工艺。在核心工艺中，采用视觉检测设备、数采设备，采集工艺参数和报警异常数据，并上传到MES系统。自动化的PACK装配线通过产品质量追溯管理，减少了人工出错率，提高了产品性能。同时，整个装配线兼容多款电芯组装，符合建立节约型社会、环境保护、科技创新等多项国家提倡的政策，有助于企业降低成本，提高产品的生产效率，同时也促进了动力电池产业的高质量快速发展。

模组和PACK装配线工艺流程

动力锂电池生产工艺主要包括模组段工艺和PACK装配段工艺。本项目中采用的动力锂电池模组和PACK装配线兼容多款方型铝壳电芯成模组工艺，而且兼容PACK电池包装配工艺，可自动化连续生产24h。生产过程中，同时实时监控关键工艺参数、设备参数，并上传到MES。

模组段工艺

模组段工艺如图2所示，主要包括电芯上线、电芯OCV/ACR测试、电芯翻转/电芯清洗、缓冲棉/气凝胶粘贴、电芯涂胶、模组堆叠、模组钢带/捆扎、条码打印绑定、模组线上静置、极柱清洗/拍照定位，摆放Busbar、激光焊接、EOL测试，绝缘耐压测试、模组下线。

PACK装配段工艺

PACK装配段工艺主要包括模组入箱体、模组紧固、绝缘耐压测试、低压连接/高压连接、线束通断测试/安装上盖、EOL测试、成品下线。

工艺技术应用

**电芯上线：**机器人将来料电芯摆放至料框中，由AGV小车拉至现场上料部位进行上料。每个有料框的位置都会受到自动检测。如有缺料，检测功能会通过安灯系统以及MES（生产信息化管理系统）显示预警。

**电芯OCV/ACR测试：**机器人从料框中抓取电芯往下运转，自动实现扫码、确认电芯极性、OCV检测、K值比较等功能。此外，该工艺有电芯极性防呆检测功能，有电芯重码防呆功能。所以，如果存在异常，就会报警，把电芯放置到NG台上。

**电芯翻转/电芯清洗：**机器人对模组所需极性的电芯排列顺序，对电芯进行翻转操作。机器人根据模组中电芯极性按位置摆放，给电芯涂胶，贴绝缘罩、隔热片同时可以对多个电芯进行翻转操作。等离子清洗机会对电芯进行相关清洗。等离子表面处理是一种干式处理方法，只对材料表面进行处理，是比较安全的清洗锂电池的方法。

**缓冲棉/气凝胶粘贴：**对每个单体电芯所使用的缓冲棉，使用气凝胶进行粘贴。缓冲棉可以起到隔热、缓冲、阻燃、密封、支撑、减震等功能。

**电芯涂胶：**三轴伺服涂胶机构根据模组中电芯数量和涂胶位置，分别安置电芯涂胶夹具进行涂胶。涂胶位置有铝端板、铝侧板、缓冲垫、端板绝缘片。

**电芯堆叠：**由六轴机器人将电芯抓取至堆叠台上进行堆叠。在堆叠过程中对单组件均有对中、整形功能，使模组保持在一个平面上。堆叠模组成型后，需将模组中电芯的摆放位置等信息录入系统，实现模组码和电芯之间的绑定，并在后道工序中打印模组码。

**模组钢带/捆扎：**电芯模组堆叠完成后，被六轴机器人自动抓取至成组台，由人工套钢带。

**条码打印绑定：**在堆叠过程中对电芯扫码。堆叠完成后自动生成模组二维码，与电芯进行绑定。

**模组线上静置：**将模组存放在静置位，保证模组从完成套钢带到模组下线之间的时间间隔在30min。

**极柱清洗/拍照定位：**模组被输送到视觉定位和极柱激光清洗工位后，完成自动扫模组码，采用2D相机拍照定位，并将数据上传至下道功率进行数据对比。采用激光器对极柱进行激光清洗，清洗极柱表面的杂质和氧化层。清洗后极柱表面在目视下呈乳白色，无金属光泽。

**摆放汇流排（Busbar）：**人工安装铝排，而且要保证在焊接过程中铝排不会由于发生变化而造成短路等现象。安装完成后，手动放行，让模组自动流入焊接工位。

**激光焊接：**首先，完成柔性线路板（FPC）与汇流排的预装配。接着，进行扫码，将电池组件随同小推车及焊接夹具送入焊房内。然后，关闭焊房门，启动设备，给定位机构加压，使焊接保护气自动对接，把除尘机构下降至抽尘位，让三轴系统携带测距、CCD（Chargecoupleddevice，电荷藕合器件图像传感器）定位和振镜头依次完成对模组汇流排上镍片的焊接。最后，焊接完成后松开压紧装置等机构，自动打开焊房门，将模组及夹具小推车移出焊房。

**EOL（模组下线前的综合功能检测）：**模组随同汇流排焊接AGV被送到EOL检测工站。扫码确认模组信息后，启动测试。探针下压，将测试数据存储上传工控机或MES（生产过程执行系统）。测试结束后，探针退出，模组随同AGV小车移出检测工位。

**绝缘耐压测试：**绝缘测试就是将电池模块的正、负极与外部装置断开，选择DC1000V电压等级测量仪测量电池模块正极与外部裸露可导电部分之间、电池模块负极与外部裸露可导电部分之间的绝缘电阻。按要求，电阻值应≥1GQ。耐压测试就是测量电池模块的正极与外部裸露可导电部分之间、电池模块负极与外部裸露可导电部分之间的漏电流。

**模组下线：**用六轴机器人使模组下线，然后通过AGV小车把模组搬运至PACK装配存储区。

**模组入箱体：**用吊架配合智能平衡吊装系统将模组安放到预先设置好的位置。

**模组紧固：**采用手动方式拧紧模组，使之固定。拧紧枪在一定范围内可实现自由设置扭力，以及自动追溯计数防呆。扭力枪能实现扭力数据追溯，角度和扭力防呆、扭力不达标等报警功能。

**绝缘耐压测试：**对设备进行绝缘测试和耐压测试。

**低压连接/高压连接：**该工艺通过扭力枪进行拧紧。

**线束通断测试/安装上盖：**通过束线束多功能测试机能实现开路、短路、错接、连续等错误查找。最后，安装上盖。

**EOL（PACK下线前的综合功能检测）：**检查通讯功能是否正常。电脑PC端通过上位机软件控制输入/输出卡切换检测路，监测各单体的电压、温度、电流等参数信息，对内阻、绝缘耐压、压差、总压等进行常规测试。测试数据可生成报告来存储，既可保存在本地，也可上传至MES系统。

**成品下线：**将成品吊装下线，放置于卡板或其他周转托盘/箱子内，然后通过AGV小车存放于成品库存区。

应用效果

工业4.0的兴起和“中国制造2025”政策的出台，制造业逐渐成为我国经济发展的主要产业，智能制造成为引领全球制造业发展的总趋势。相对于传统的动力电池模组和PACK装配线技术，本项目结合智能制造的工业互联网平台，深度融合了物联网、大数据、视觉分析等技术，大大提高了动力电池产品质量和生产效率。主要表现有：第一，在操作层面，传统生产线需要12个工人，但是由于使用了机器人，就只需要2个工人，而且产能提高了128%。第二，在兼容性方面，能够满足不同的客户需求，快速生产不同型号的产品。第三，在品牌效益方面，由于低成本高质量标准，产品具有市场竞争优势。

总结

本项目动力电池模组和PACK线解决方案基于智能制造技术特点，以模块化、柔性化设计等行业领先技术深度融合智能制造高端信息化技术，简化了传统操作流程，提升了模组和PACK制造工艺，从核心工艺到整线集成，从高精度到高标准，能够为动力锂电池公司提高生产效率、降低生产成本、完善数据追溯、提高电池质量，为动力锂电池公司最终实现智能制造打造坚实的基础。本项目为模组和PACK装配线生产模型提供了样板方案，可以推广复制到动力新能源电池生产企业。