CN112018450A - 一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺 - Google Patents

一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，包括预处理、套膜、电压分档、容量分档、配组、极柱清洗、安装连接片、模组焊接和模组测试等步骤。本发明对电池先采用电压分档，再根据容量自动配组，由于位于单个模组底座中的电池来源于同一个电压区间通道，既保证所有电池根据容量均衡使用，也实现了电池模组及电池包内电池压差不超过5mV，极大地提高了电池模组以及电池包的一致性，而且本发明中全程及实现在线自动化操作，数据实时传输，生产过程可追溯，满足新能源乘用车电池系统智能制造要求。

Description

一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺。
背景技术
2019年6月25日，新能源汽车补贴新政正式实施，国家补贴标准降低近50％，2020年后，新能源汽车补贴将全面退坡。动力电池占新能源汽车成本的50％左右，目前，相同能量的电池，铁锂相比三元价格可降低20％以上。因此，面对无补贴时代，低成本动力电池将会发挥更高市场价值。此外，磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂、镍钴锰酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，拥有良好的安全性。
磷酸铁锂电池具有突出的安全和成本优势，但在实际应用中，经常会出现因单体电池之间一致性差导致系统故障。另外，随着乘用车领域对高能量密度铁锂电池的规模化需求，现有磷酸铁锂体系能量密度过低、手工或半自动模组生产方式已难以满足整车制造大规模需求。
发明内容
为了解决背景技术存在的技术问题，本发明提出的一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺。
本发明提出的一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，包括以下步骤：
S1、预处理：对电池进行容量测试、OCV1和OCV2测试，检测不合格的电池自动取出剔除，对检测合格的电池进行编号，并将电池的编号印在每个电池上，并将电池的检测结果与电池的编号一一对应并上传上位机；
S2、套膜：利用上料机械手抓取编号后的电池放入套膜流水线，经自动套膜机套膜；
S3、电压分档：根据设定的电压分档区间将电池的电压值分为多个电压区间，每个电压区间的压差不超过5mV，电压分档扫码机器人对套膜后的电池进行扫码获取该电池的OCV2电压，并根据获取的OCV2电压自动分档，将电池放入多个的电压区间通道；
S4、容量分档：根据设定的容量分档区间将每个电压区间通道内的锂电池的分容容量值分为多个容量区间，每个容量区间的容量差不超过0.2Ah，每个容量分档扫码机器人对与其对应的电压区间通道内的电池进行扫码获取该电池的分容容量，并根据获取的分容容量自动分档，将电池放入与该电压区间通道对应的不同的容量区间通道；
S5、配组：对每个模组底座进行编号，并将每个模组底座的编号印在模组底座上，编号后的模组底座自动输送到配组工位，配组机械手对模组底座进行扫码并根据配组规则从其中一个电压区间通道对应的多个容量区间通道中抓取电池放入模组底座，并将电池的编号、配组规则和模组底座的编号对应录入上位机，抓取完成后，配组机械手将模组上盖与模组底座盖合并通过螺栓连接的方式固定连接以固定电池形成电池模组；
S6、极柱清洗：电池模组自动输送至清洗工位并经清洗装置进行极柱清洗；
S7、安装连接片：清洗后的电池模组自动输送至连接片安装工位，上料机械手扫码识别电池模组并将连接片对应放入并固定在电池模组上；
S8、模组焊接：安装连接片后的电池模组自动输送到焊接工位，先利用CCD检测装置对电池模组以及电池模组内的电池进行识别定位，纠偏机械手对电池模组内的电池进行纠偏，纠偏完成后，焊接装置依照相应的焊接程序将电池模组中电池的极柱焊接至对应的连接片以将电池模组中的电池进行串联和/或并联；
S9、模组测试：焊接后的电池模组自动输送至模组测试工位，对焊接后的电池模组进行电压和内阻测试，将检测结果与电池模组的编号一一对应并录入上位机，合格的电池模组自动进入电池包装配线，不合格的电池模组自动取出剔除。
优选地，S1中，将检测合格的电池的正极盖板和负极盖板均进行激光打二维码或条形码以进行编号，且正极盖板上的编号与负极盖板上的标号在指定编码位置具有用于代表正极或负极的编码。
优选地，S1中，将容量测试合格后的电池在恒温25±3℃环境下静置1天后测OCV1，OCV1测试后的电池于恒温25±3℃环境下再静置20天后测OCV2。
优选地，S1中，检测不合格的电池按照容量、电压、内阻、自放电不良进行归类，由下料机械手自动放入不合格品相应类别通道。
优选地，S2中，对套膜后的电池进行在线视觉检测，并将检测结果和电池的编号一一对应，检测合格后的电池进行自动输送至电压分档工位，检测不合格的电池自动取出剔除。
优选地，S8中，利用CCD检测装置对焊接完成的电池模组进行检测并判定焊接效果，焊接合格的电池模组进行模组测试，焊接不合格的电池模组自动输送至焊接装置进行补焊。
优选地，S5中，模组上盖与模组底座盖的内壁均经自动打胶机打胶后输送至配组工位。
优选地，S5中，模组底座的形状有多种，模组上盖与对应的模组底座相匹配，模组底座的编号为二维码或条形码，多种形状的模组底座的编号在指定编码位置具有用于代表模组底座形状的编码。
优选地，焊接装置中预设有多种焊接程序，多种焊接程序与多种形状的模组底座一一对应。
优选地，每个电压区间通道对应一个配组工位，每个配组工位具有一个上料机器人，上料机器人从与配组工位所对应的电压区间通道对应的不同容量区间通道中抓取电池放入模组底座。
优选地，每个配组工位的下游均依次设有清洗工位、连接片安装工位、焊接工位和模组测试工位。
本发明提出的一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，具有以下有益效果：
(1)本发明对电池先采用电压分档，再根据容量自动配组，由于位于单个模组底座中的电池来源于同一个电压区间通道，既保证所有电池根据容量均衡使用，也实现了电池模组及电池包内电池压差不超过5mV，有效提高了电池模组及电池包的整体能量密度，并极大地提高了电池模组以及电池包的一致性。
(2)本发明中通过对电池进行编号、各种在线检测以及套膜、电压分档、容量分档、配组、极柱清洗、安装连接片、模组焊接和模组测试实现在线自动化操作，数据实时传输，生产过程可追溯，满足新能源乘用车电池系统智能制造要求。
具体实施方式
本发明提出的一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，包括以下步骤：
S1、预处理：对电池进行容量测试、OCV1和OCV2测试，检测不合格的电池自动取出剔除，对检测合格的电池进行编号，并将电池的编号印在每个电池上，并将电池的检测结果与电池的编号一一对应并上传上位机；
S2、套膜：利用上料机械手抓取编号后的电池放入套膜流水线，经自动套膜机套膜；
S3、电压分档：根据设定的电压分档区间将电池的电压值分为多个电压区间，每个电压区间的压差不超过5mV，电压分档扫码机器人对套膜后的电池进行扫码获取该电池的OCV2电压，并根据获取的OCV2电压自动分档，将电池放入多个的电压区间通道；
S4、容量分档：根据设定的容量分档区间将每个电压区间通道内的锂电池的分容容量值分为多个容量区间，每个容量区间的容量差不超过0.2Ah，每个容量分档扫码机器人对与其对应的电压区间通道内的电池进行扫码获取该电池的分容容量，并根据获取的分容容量自动分档，将电池放入与该电压区间通道对应的不同的容量区间通道；
S5、配组：对每个模组底座进行编号，并将每个模组底座的编号印在模组底座上，编号后的模组底座自动输送到配组工位，配组机械手对模组底座进行扫码并根据配组规则从其中一个电压区间通道对应的多个容量区间通道中抓取电池放入模组底座，也就是说位于单个模组底座中的电池均来源于同一个电压区间通道，并将电池的编号、配组规则和模组底座的编号对应录入上位机，抓取完成后，配组机械手将模组上盖与模组底座盖合并通过螺栓连接的方式固定连接以固定电池形成电池模组；
S6、极柱清洗：电池模组自动输送至清洗工位并经清洗装置进行极柱清洗；
S7、安装连接片：清洗后的电池模组自动输送至连接片安装工位，上料机械手扫码识别电池模组并将连接片对应放入并固定在电池模组上；
S8、模组焊接：安装连接片后的电池模组自动输送到焊接工位，先利用CCD检测装置对电池模组以及电池模组内的电池进行识别定位，纠偏机械手对电池模组内的电池进行纠偏，纠偏完成后，焊接装置依照相应的焊接程序将电池模组中电池的极柱焊接至对应的连接片以将电池模组中的电池进行串联和/或并联；
S9、模组测试：焊接后的电池模组自动输送至模组测试工位，对焊接后的电池模组进行电压和内阻测试，将检测结果与电池模组的编号一一对应并录入上位机，合格的电池模组自动进入电池包装配线，不合格的电池模组自动取出剔除。
本发明中对电池先采用电压分档，再根据容量自动配组，由于位于单个模组底座中的电池来源于同一个电压区间通道，既保证所有电池根据容量均衡使用，也实现了电池模组及电池包内电池压差不超过5mV，有效提高了电池模组及电池包的整体能量密度，并极大地提高电池模组以及电池包的一致性；而且本发明中通过对电池进行编号、各种在线检测以及套膜、电压分档、容量分档、配组、极柱清洗、安装连接片、模组焊接和模组测试均实现在线自动化操作，数据实时传输，生产过程可追溯，满足新能源乘用车电池系统智能制造要求。
为了在确定电池编号的同时方便确定该电池的正负极，在本实施方式中，S1中，将检测合格的电池的正极盖板和负极盖板均进行激光打二维码或条形码以进行编号，且正极盖板上的编号与负极盖板上的编号在指定编码位置具有用于代表正极或负极的编码。
在本实施方式中，S1中，将容量测试合格后的电池在恒温25±3℃环境下静置1天后测OCV1，OCV1测试后的电池于恒温25±3℃环境下再静置20天后测OCV2。
为了方便回收归类电池，在本实施方式中，S1中，检测不合格的电池按照容量、电压、内阻、自放电不良进行归类，由下料机械手自动放入不合格品相应类别通道。
为了保证电池的套膜效果，在本实施方式中，S2中，对套膜后的电池进行在线视觉检测，并将检测结果和电池的编号一一对应并上传上位机，检测合格后的电池进行自动输送至电压分档工位，检测不合格的电池自动取出剔除。
为了保证电池模组的焊接效果，在本实施方式中，S8中，利用CCD检测装置对焊接完成的电池模组进行检测并判定焊接效果，焊接合格的电池模组进行模组测试，焊接不合格的电池模组自动输送至焊接装置进行补焊。
为了提高模组上盖与模组底座盖和电池的固定效果，在本实施方式中，S5中，模组上盖与模组底座盖的内壁均经自动打胶机打胶后输送至配组工位。
具体的，先对模组底座盖贴条形码以对模组底座进行编号，在对模组底座打胶。
为了生产多种模组以满足多种使用需求，在本实施方式中，S5中，模组底座的形状有多种，模组上盖与对应的模组底座相匹配，模组底座的编号为二维码或条形码，多种形状的模组底座的编号在指定编码位置具有用于代表模组底座形状的编码。当然，焊接装置中预设有多种焊接程序，多种焊接程序与多种形状的模组底座一一对应。
为了提高配组效率，在本实施方式中，每个电压区间通道对应一个配组工位，每个配组工位具有一个上料机器人，上料机器人从与配组工位所对应的电压区间通道对应的不同容量区间通道中抓取电池放入模组底座。
为了提高模组组装工艺整体的工作效率和工作速度，在本实施方式中，每个配组工位的下游均依次设有清洗工位、连接片安装工位、焊接工位和模组测试工位。
为了提高整个电池模组的能量密度，在本实施方式中，本发明中采用的圆柱锂电池的容量15.6～16.2Ah，能量密度190Wh/kg～200Wh/kg，OCV1电压3070～3090mV，OCV2电压3050～3070mV，内阻1.4～2.5mΩ，自放电率每天不超过1mV。
在本实施方式中，连接片为一体式平面连接片，焊接前用卡钉将连接片与模组固定，焊接过程，焊接设备自带压紧装置，可保证焊接稳定性，易于实现自动化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预处理：对电池进行容量测试、OCV1和OCV2测试，检测不合格的电池自动取出剔除，对检测合格的电池进行编号，并将电池的编号印在每个电池上，并将电池的检测结果与电池的编号一一对应并上传上位机；
S2、套膜：利用上料机械手抓取编号后的电池放入套膜流水线，经自动套膜机套膜；
S3、电压分档：根据设定的电压分档区间将电池的电压值分为多个电压区间，每个电压区间的压差不超过5mV，电压分档扫码机器人对套膜后的电池进行扫码获取该电池的OCV2电压，并根据获取的OCV2电压自动分档，将电池放入多个的电压区间通道；
S4、容量分档：根据设定的容量分档区间将每个电压区间通道内的锂电池的分容容量值分为多个容量区间，每个容量区间的容量差不超过0.2Ah，每个容量分档扫码机器人对与其对应的电压区间通道内的电池进行扫码获取该电池的分容容量，并根据获取的分容容量自动分档，将电池放入与该电压区间通道对应的不同的容量区间通道；
S5、配组：对每个模组底座进行编号，并将每个模组底座的编号印在模组底座上，编号后的模组底座自动输送到配组工位，配组机械手对模组底座进行扫码并根据配组规则从其中一个电压区间通道对应的多个容量区间通道中抓取电池放入模组底座，并将电池的编号、配组规则和模组底座的编号对应录入上位机，抓取完成后，配组机械手将模组上盖与模组底座盖合并通过螺栓连接的方式固定连接以固定电池形成电池模组；
S6、极柱清洗：电池模组自动输送至清洗工位并经清洗装置进行极柱清洗；
S7、安装连接片：清洗后的电池模组自动输送至连接片安装工位，上料机械手扫码识别电池模组并将连接片对应放入并固定在电池模组上。
S8、模组焊接：安装连接片后的电池模组自动输送到焊接工位，先利用CCD检测装置对电池模组以及电池模组内的电池进行识别定位，纠偏机械手对电池模组内的电池进行纠偏，纠偏完成后，焊接装置依照相应的焊接程序将电池模组中电池的极柱焊接至对应的连接片以将电池模组中的电池进行串联和/或并联；
S9、模组测试：焊接后的电池模组自动输送至模组测试工位，对焊接后的电池模组进行电压和内阻测试，将检测结果与电池模组的编号一一对应并录入上位机，合格的电池模组自动进入电池包装配线，不合格的电池模组自动取出剔除。
2.根据权利要求1所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，S1中，
将检测合格的电池的正极盖板和负极盖板均进行激光打二维码或条形码以进行编号，且正极盖板上的编号与负极盖板上的编号在指定编码位置具有用于代表正极或负极的编码。
3.根据权利要求1所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，S1中，将容量测试合格后的电池在恒温25±3℃环境下静置1天后测OCV1，OCV1测试后的电池于恒温25±3℃环境下再静置20天后测OCV2。
4.根据权利要求3所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，S1中，检测不合格的电池按照容量、电压、内阻、自放电不良进行归类，由下料机械手自动放入不合格品相应类别通道。
5.根据权利要求1所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，S2中，对套膜后的电池进行在线视觉检测，并将检测结果和电池的编号一一对应，检测合格后的电池进行自动输送至电压分档工位，检测不合格的电池自动取出剔除。
6.根据权利要求1所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，S8中，利用CCD检测装置对焊接完成的电池模组进行检测并判定焊接效果，焊接合格的电池模组进行模组测试，焊接不合格的电池模组自动输送至焊接装置进行补焊。
7.根据权利要求1所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，S5中，模组上盖与模组底座盖的内壁均经自动打胶机打胶后输送至配组工位。
8.根据权利要求1所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，S5中，
模组底座的形状有多种，模组上盖与对应的模组底座相匹配，模组底座的编号为二维码或条形码，多种形状的模组底座的编号在指定编码位置具有用于代表模组底座形状的编码；
优选地，焊接装置中预设有多种焊接程序，多种焊接程序与多种形状的模组底座一一对应。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，每个电压区间通道对应一个配组工位，每个配组工位具有一个上料机器人，上料机器人从与配组工位所对应的电压区间通道对应的不同容量区间通道中抓取电池放入模组底座。
10.根据权利要求9所述的高能量密度圆柱锂电池模组组装工艺，其特征在于，每个配组工位的下游均依次设有清洗工位、连接片安装工位、焊接工位和模组测试工位。
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