電池生產自動化

可靠的原料進料

在電池生產過程中，液體和顆粒狀原料使用氣動過程閥進料，這些材料通常具有極強的磨蝕性和腐蝕性。為確保過程的可靠性，所需的自動化元件需要非常堅固。

Festo 的高品質成套蝶閥（由蝶閥、旋轉氣缸、嚮導閥和感測器盒組成）便可滿足這一要求。這些裝置已完全預組裝並經過測試，調試快速有效。氣動執行則採用新型模組化控制系統 CPX-E、和 Festo 核心產品範圍內經濟實惠的閥島 VTUG，搭配氣管 PUN-H、接頭 QS、以及單向節流閥 GRLA。

精確攪拌

在攪拌過程中會產生漿料，並在隨後的塗佈過程中將其塗在電極箔上，而漿料分散品質的好壞，直接影響到鋰離子動力電池生產品質及其產品的性能。針對將原料送入攪拌機，Festo 提供了一個由球閥、旋轉氣缸、嚮導閥和感測器盒組成的成套球閥。這項產品已組裝並經過測試，可確保精確按照配方用量要求，以恰當的流速進給活性材料、導電劑、溶劑和粘合劑。如果需要比例控制器，可以使用定位器 CMSX。

適當控制乾燥

為了使電極保持乾燥，需要不斷抽空製程室以去除水分。為此，需要在乾燥機中形成真空，這一過程由前面過程步驟中所述的成套球閥控制，使用成套蝶閥或球閥將裝置中的潮濕空氣排出。Festo 提供這兩種產品，安裝方法由客戶決定。如果需要比例控制器，定位器 CMSX 是理想的選擇。

高精度壓軋

乾燥後，將電極箔冷卻，用旋轉輥壓縮並均質化。在此過程中，電極箔被輸送至不同的導輪上，並由調節輥精確張緊和放鬆。為了確保均勻的進給速度，電極箔還必須暫時存放在調節輥中。

這裡可以使用基於標準的氣缸 DSBC 與調壓閥 VPPE 或新的 VPPI 結合來完成（DSBC 也提供低摩擦版本）。如果只需要短行程，建議使用獨特的氣動肌腱 DMSP 作為驅動器。此外，DMSP 無摩擦，這表示它可以絕對的精度工作並獲得最大的重複精度。氣動執行可採用 Festo 核心產品範圍內經濟實惠的閥島 VTUG 和 電磁閥 VUVG，搭配 MS 氣源處理裝置、氣管 PUN-H、以及快插接頭 NPQR。

滾刀切割保護和捕網固定電極片

切割的目的是為了將寬條的電極箔切成幾條窄片。切割過程可以用雷射切割完成，或者使用滾刀機械完成。為了延長滾刀的使用壽命，在此過程中，將冷卻液直接噴在刀片上。冷卻液必須控制地以非常小的量噴出，Festo 的滴液頭 VTOE 是完成這項任務的理想選擇。

如果在切割過程中機器停止，則使用捕網固定電極片。高速閥 MHE4 和具有低摩擦特性的氣缸 DSBC，用於確保快速響應時間和速度。

切割期間完美除塵

使用特殊的真空吸塵系統，收集切割過程中產生的灰塵顆粒，該真空狀態可使用具球閥的成套球閥（由 SRBC、DPFD、VSNC 和 VZBD 組成）或成套蝶閥來調節。

使用脈衝閥去除集塵器中堆積的灰塵，具有大流量的脈衝閥 VZWE 是完成這項任務的理想選擇。整個系統可使用 CPX-E 進行控制，而系統內的所有 VZWE 閥均可透過 CPX-AP-I 模組以單信號的形式串聯驅動，使安裝更加容易。

沖壓和分離過程中快速更換刀具

在下一個生產階段，透過控制設備的上、下刀模剪切極片形成極耳。在疊片製程之前，正/負極捲料也會被裁切成單獨的正/負極片材。在這一過程中，切割機械需採用重型切割或沖壓裝置。由於這些裝置非常沉重，以至於無法手動更換工具。

藉由 Festo 的平衡器解決方案 YHBP，在需要維修時，即使是重型工具也可以快速安全地移動和更換。氣囊式氣缸 EB 是拆卸這種工具的理想解決方案，因為它對高度的要求很低。換句話說，氣囊式氣缸可輕鬆安裝在工具下方，同時還能夠提供充足的力量舉起重型部件。因此，EB 與平衡器套件 YHBP 是更換重型工具的完美組合。

精密且節能的沖壓和分離

根據工廠的概念，在沖壓過程結束後，將電極片儲存在料盒中，或直接傳輸到下一個處理步驟。為了安全傳輸，利用真空將電極片固定在多孔傳輸帶上。

此過程所需的真空透過一個成套蝶閥（包括蝶閥 KVZA、旋轉氣缸 DFPD、嚮導閥 VSNC 和感測器盒 SRBC）進行調節。手動球閥 VZBF 充當排放閥，單獨的真空管道由夾管閥 VZQA 調節，夾管閥由比例調壓閥 VEAB 驅動。這有助於精確調節所需的真空度，並優化能耗。

高速堆疊

在生產軟包電池時，會使用到堆疊製程，即電極片（正極片、隔板、負極片、隔板等）重複循環堆疊。Festo 為這一特定流程提供完整的電動移載系統，包括軸運動裝置、馬達和伺服驅動器。所有組件都完美搭配。即裝即用的龍門解決方案 EXCM、EXCH、YXCR 採用經濟高效的電動軸 ELGC、迷你滑台 EGSC 和旋轉模組 ERMO 的組合設計。

高速閥 MHJ9（切換頻率高達 500 Hz），提供最大輸出所需的極高速度。真空產生器 VN，產生抓取和傳輸電極片所需的真空。料盒的向上和向下移動，由有桿電缸 EPCC 或直線電缸 EGC 以極具成本效益的方式執行。這些過程可由 Festo 提供的一系列感測器或視覺系統監控，最後，新型控制系統 CPX-E 控制一切操作。

完美捲繞的精度

在捲繞電極片之前，會有短暫的暫停，以便用固定的切割刀具將其切割成所需長度。然後，將切割好的極片快速精準地送至繞線機。該步驟需要一種可實現同步運動的高精度裝載系統，抓取系統（包括標準夾爪 DHPC、氣動閥 VUVG、螺桿電缸 ELGC-BS、伺服馬達 EMMT-AS 和伺服驅動器 CMMT-AS）可確保這一必要精度，該步驟也由新型模組化控制系統 CPX-E 控制。

圓柱形和方形電池：精確、乾淨的捲繞和切割

圓柱形電池和方形電池的捲繞過程包括生產捲芯，其中包括正極片、隔板和負極片。為了精確控制電極片的移動，必須精確且平穩地移動大量的調節輥和捲料邊緣。為此，氣動肌腱 DMSP、壓電閥 VEAB 和精密調壓閥 LRP 組成一種創新解決方案。

DMSP 是一種完全無摩擦的驅動器，而 VEAB 獨特的壓電技術代表其控制行為完全一致，共同組合成一種非常精確的捲料控制系統。在捲繞過程中，當方形電池的捲芯達到所需厚度時，相互層疊的電極片就被切開。在此應用中，需要在一個十分有限的空間內非常精確且可靠地執行切割過程，易清洗的精巧型氣缸 CDC 是完成這一任務的理想選擇。CDC 擁有平滑的表面和整合式近接開關，非常易於清洗，且能夠輕鬆去除切割等過程中產生的電極粒子。

安全、精確地填充電解液

將電池堆或捲芯插入電池外殼後，即可為電池注入電解液。電解液透過夾管閥 VZQA 計量，而夾管閥由單片閥 VUVG 或閥島 VTUG 驅動─這些精巧閥來自 Festo 核心產品範圍，具有出色性能且極具成本效益。

填充過程中的極端環境條件，要求材料具有耐腐蝕性和耐高溫性。氣管 PFAN 和不銹鋼接頭 NPQR，是完成這項任務的理想選擇。由於電解液會與水反應形成氫氟酸，因此在填充電池時，必須確保環境空氣非常乾燥。為確保這種情況，空氣不斷排空並從機器單元中排出，此過程所需的真空透過真空泵集中產生。調節功能由夾管閥 VZQA、嚮導閥島 VTUG 和壓力感測器 SPAN 組成的系統執行。

化成的精確可靠定位

化成是指對電池單元進行充電/放電的初始過程。電池存放在托架系統中的化成托盤上，並在化成期間重複充電和放電，這一過程需要花費幾個小時。由於化成架非常大，因此需要具有長軸的高速抓取系統。

Festo 在類似系統方面提供包括裝載和卸載化成托盤的多種解決方案，例如具有電動龍門軸 ELGA 和電動滑台 EGSL 組成的線性定位器的搬運系統。ELGA 的主要優點是磁力密封不鏽鋼蓋條，可將顆粒排放量降至最低。這些電缸由伺服馬達 EMMT-AS 和伺服驅動器 CMMT-AS 驅動和控制，運動功能由具有 CODESYS 編程的新型模組化控制系統 CPX-E 執行。Festo 視覺系統 SBOI 確保電池精確定位在充電位置。

精確控制的電解液廢氣處理過程

在化成過程中，電池內部會產生廢氣，我們需要在盡量減少電解液損失的前提下將廢氣排出。這可以透過使用空心噴槍刺穿電池，在電解液也被吸出之前排出氣體。隨後切換系統，將吸出的電解液重新吹回電池中，同時永久除去剩餘的氣體。

該步驟所需的真空也由真空泵產生，並由夾管閥 VZQA 和壓力感測器 SPAN 控制。由於在此過程中需要小心控制真空和噴射脈衝，因此我們也推薦將比例調壓閥 VEAB 與高精度壓力感測器 SPAN 結合使用。

模組組裝的不同抓取解決方案

生產出多個電池單體後，將它們組合成電池模塊：在模塊外殼中安裝特定數量的圓柱形或軟包電池，並透過粘合過程將其固定到位。使用角座閥 VZXA 或成套球閥（包括球閥、旋轉氣缸、嚮導閥和感測器盒），可以精確計量所需的粘合劑成分或粘合劑量。

使用 Festo 的抓取解決方案移動點膠頭，用於放置膠點或塗覆膠珠。使用取放裝置將電池單體插入電池模塊。根據軸的長度和精度需求，具有單個電缸 EGC 的龍門系統或高動態平面龍門 EXCH 也適用於執行這項任務。所有電缸系統始終採用伺服馬達 EMMT-AS 和伺服驅動器 CMMT-AS。

方形電池：經濟高效的模組堆疊方案

模組組裝過程中，需要在塗膠之後將多個電池壓緊堆疊，Festo 的伺服壓機系統 YJKP 為側向或垂直堆疊提供經濟高效的方案。

YJKP 內含 Festo 提供的三個組件：模組化控制器、操作軟體和配套的機電系統，這樣就形成了一個包括執行沖壓的螺桿電缸、馬達、馬達控制器、壓力感測器和控制器的產品組合，實現高達 50 kN 的電動沖壓應用所需的一切。裝載和卸載由具有電缸的取放解決方案完成，例如將電缸 ELGC 和 EGSC 連接在一起，並與真空夾爪解決方案結合使用。

成功案例：未來的電池生產

電動汽車正在引領潮流。然而，它們的成功取決於高性能和高性價比的動力電池。在英國，WMG 的試點專案 AMPLiFII 正在為新一代牽引用動力電池奠定基礎。該專案包括 Horizon Instruments 的創新自動化技術和 Festo 的 Pick&Place 解決方案。

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