另一方面，住宅、商业和公用事业应用中需要大型集装箱式电池组进行储能，以确保未来绿色电网的稳定性。
 
电池供需：
得益于历史性的投资和规划，韩国和中国已成为电池制造的领先目的地。中国是全球最大的锂离子电池生产国，约占全球产量的80%。咨询公司麦肯锡预测，到2025年，中国的总产能将达到约1220吉瓦时。随着
 
西方各国政府开始规划从化石燃料驱动的交通方式向电动汽车强制转型——以达到《巴黎协定》设定的环境目标——本地化的电池制造能力至关重要。因此，随着本土制造商和外国投资者积极准备满足市场需求，欧洲的锂电池制造能力正在不断提升。已公布的计划包括新建工厂和扩建现有设施，这些计划有望在2025年将锂离子电池产能提升至近500GWh，并有望在2030年达到近800GWh。
 
用于汽车、电动汽车和通用市场的电池组可采用行业标准尺寸的圆柱形电芯（例如18650规格，直径18毫米，长度65毫米）或标准或定制尺寸的扁平电芯。扁平电芯可以是棱柱形（通常封装在方形焊接铝制外壳中）或软包型。圆柱形电芯具有高强度和高耐久性的优势，而扁平电芯则能更好地利用电池组内部空间。软包型电芯没有金属外壳，因此空间利用率最高且重量最轻，但通常需要在电池组内部增加额外的机械支撑。
 
制造安全且价格合理的电池：
无论是哪种类型的电池，制造过程都始于制备电极片并将其涂覆活性和导电涂层，然后进行层压。精度和可重复性对于确保涂层成分和厚度等特性的一致性至关重要。对电池内部的电芯参数进行精细调整有助于保证安全性和使用寿命。
 
速度和效率也至关重要，尤其是在服务于汽车行业等价格敏感型市场时。里程焦虑和价格承受能力是影响电动汽车普及的两大关键因素。电池对这两方面都起着至关重要的作用。增加电池容量意味着更长的续航里程，但也意味着更高的车辆成本。预计到2025年左右，电动汽车的成本将与传统燃油车持平，而从2030年左右开始，主要西方市场和中国的新燃油车销售预计将停止。制造商必须降低电动汽车电池的成本。虽然规模经济肯定会有所帮助，但最大限度地提高生产效率对于确保燃油车淘汰后电动汽车的普及也至关重要。
 
自动化是实现所需速度和可重复性的关键，而速度和可重复性是保证可靠性和成本效益的关键。定制的自动化设备通常用于电极箔的制备和涂覆、箔材卷绕、切割成条状以及电极焊接等工序。
 
圆柱形电池的制造过程中，首先将箔条卷绕成电池芯，电池芯由阳极、隔膜和阴极组成，然后将其插入圆柱形外壳中。外壳上设有凹槽以固定电池芯，注入电解液，密封后连接外部触点。扁平电池的制造流程类似，包括堆叠电极层、焊接棱柱形外壳，以及使用热封和真空密封工艺成型并密封软包。电池和电池组需经过电气测试和自动X射线检测，以确保其性能和完整性。
 
灵活自动化：
在制造流程中引入机器人可带来诸多优势，例如快速的循环时间和精确、可重复的操作。此外，使用商用可编程机器人可以加快系统集成。其他优势包括易于扩展，能够根据市场需求和客户要求的变化灵活调整工厂布局和装配流程。
雅马哈已向中国和韩国的电池制造商供应机器人，这两个国家是当今规模最大、最成功的电池制造中心。这些机器人执行制造流程中的特定工序。事实上，目前中国电池制造行业已部署了超过3000台SCARA机器人。它们广泛用于在电池从一个自动化制造工序转移到下一个工序的过程中，装卸原材料、组件和半成品。
 
精度和速度当然是这些装卸工序的先决条件。重复性和可靠性也同样重要；市场的高需求意味着生产通常需要全天候运转。领先的电池品牌已选择雅马哈的YKXG SCARA机器人用于这些应用（图1）。其高性能无皮带驱动机构采用垂直轴电机和直驱滚珠丝杠，能够长时间连续运行并保持稳定的精度。此外，它还消除了运动损耗以及传统皮带驱动方式带来的性能下降和断裂风险。免维护的无皮带驱动装置也降低了运营成本。

图 1. 雅马哈 YKXG SCARA 机器人以其无皮带驱动和高有效载荷能力而著称。
 
电动汽车的广泛普及催生了对更大续航里程的强劲市场需求。反过来，汽车制造商也要求使用更大容量的电池组。YKXG 系列机器人具备满足这一趋势的能力，其最大有效载荷可达 20 公斤，能够搬运大型电池和部分组装的电池组。雅马哈特殊的 R 轴设计实现了高转动惯量，使机器人能够处理大质量物体，最大限度地提高加减速性能，并保持稳定性，最终确保快速的循环时间。
 
笛卡尔坐标机器人也被广泛应用于方形电池组装的密封工艺中。耐用性和可靠性对于维持生产效率至关重要。雅马哈笛卡尔坐标机器人（图 2）采用的旋转变压器用于位置检测，其内部不含任何电子元件或光学元件，因此不受工厂油脂或灰尘的影响。这确保了其卓越的可靠性和始终如一的精度。此外，笛卡尔机器人导轨上的接触导轨采用双点设计，即使在处理高力矩负载时也能最大限度地减少摩擦并防止对准波动（
 
 图 2）。笛卡尔机器人结合了机械强度和强大的控制系统，从而提供高精度和可重复性。
 
虽然单轴机器人广泛应用于各种类型的工厂，但对于需要高速物品输送的应用，雅马哈的 LCMR200 线性输送模块可在工序之间以及装配单元内提供高速、精确且灵活的局部输送（图 3）。在电池工厂中，它们通常用于将成品组件输送到 X 射线检测站。由于 LCMR200 模块可以精确连接和协调，因此在 X 射线机入口处防护挡板的两侧各安装一个模块，即可将组件输送到检测工序，并确保附近操作人员的安全。
 
 

 
图 3. LCMR200 运输模块可实现零件的灵活运输。
 
 
目前，高性能锂电池的制造流程中，超过 80% 已实现自动化，这得益于传统工厂自动化与灵活可编程机器人的协同工作，从而最大限度地提高质量和生产效率。
 
雅马哈凭借其在亚洲的丰富经验（包括与领先的电池制造商和系统集成商的合作），正将其专业知识应用于欧洲，助力下一代电池制造的扩张。
 
结论：
选择机器人来自动化电池组装的某些环节，使制造商能够在极其严格的成本限制下，按照最严苛的规格制造电池。机器人不仅支持高速、高质量的组装，还具备灵活性和可扩展性。拥有独特功能、可提高精度和耐用性的机器人，已在当今领先的电池制造地区得到验证，有助于确保充足供应价格合理的电池，以满足全球不同市场日益增长的需求。

本文由 雅马哈机器人FA部门提供