Doppelseitige automatische Punktschweißmaschine für die Montage von Batteriepaketen

TOB-850DN-XZ-10000A KI-gesteuerte doppelseitige automatische Punktschweißmaschine für die Montage von Batteriemodulen und -packs

Produktübersicht und ideale Anwendungen

Hochgeschwindigkeits- und hochpräzises Widerstandspunktschweißen von Nickelstreifen an zylindrische Zellanschlüsse ist ein Engpass in jeder Produktionslinie für Lithium-Ionen-Batteriepacks. Fehlausrichtung, uneinheitlicher Strom oder langsame Zykluszeiten begrenzen direkt den Durchsatz und können schwache Schweißstellen verursachen, die die Sicherheit des Packs beeinträchtigen. Die TOB-850DN-XZ-10000A ist eine vollautomatische doppelseitige Punktschweißmaschine, die diese Herausforderungen durch die Integration künstlicher Intelligenz mit mehrachsiger Servobewegungssteuerung bewältigt. Sie wurde speziell für die wiederholte Fertigung großer Stückzahlen entwickelt, um Nickelstreifen gleichzeitig an die positiven und negativen Anschlüsse von zylindrischen Stahlgehäusezellen – 18650, 21700, 26650, 32700 und weitere – auf beiden Seiten der Zelle zu schweißen.

Im Gegensatz zu manuellen oder einseitigen Schweißstationen führt diese Maschine beide Endflächenschweißungen in einem einzigen Indexierungszyklus aus und erreicht eine werkseitig eingestellte Rate von 0,4 Sekunden pro Schweißung (9000 Schweißungen pro Stunde) mit programmierbaren Geschwindigkeiten von bis zu 10.500 Schweißungen pro Stunde. Die Schweißstromquelle ist eine 10.000 A unipolare Transistoreinheit (mit optionaler 6.000 B bipolaren Einheit, die effektiv 12.000 A liefert), die eine Stromgradientensteuerung für eine gleichmäßige Bildung der Schweißlinse sowie eine integrierte Erkennung von Unterstrom-, Unterspannungs- und Schweißspritzerfehlern bietet.

Die Schweißgenauigkeit wird durch vier servogesteuerte Achsen (X, zwei Y, zwei R, zwei Z) mit einer Positioniergenauigkeit von ±0,02 mm gewährleistet, während KI-basierte Selbstkorrekturroutinen automatisch die Zelllänge messen, den Verschleiß der Punktschweißnadeln erkennen und die Grenzpositionen überprüfen. Die Maschine kann DXF-Dateien importieren, um Schweißpfade zu erzeugen, die Echtzeit-Schweißposition mit farbcodiertem Status anzeigen und die Fortsetzung nach einem Haltepunkt nach einem ungewöhnlichen Abschalten unterstützen. Mit anpassbarem Barcode-Scannen, Druckerkennung und MES-Daten-Upload ist sie für vollständige digitale Rückverfolgbarkeit in einer intelligenten Fabrik vorbereitet.

Ideal für:

• Produktionslinien für EV-Batteriemodule und -packs, die Nickelstreifen an 18650-, 21700-, 26650- oder 32700-Zellen in Reihen-Parallel-Konfigurationen schweißen.
• Hersteller von Energiespeichersystem-Packs (ESS), die hochvolumiges, gleichmäßiges und rückverfolgbares Punktschweißen für zylindrische Zellbaugruppen benötigen.
• Produzenten von E-Bike-, Elektrowerkzeug- und Unterhaltungselektronik-Batteriepacks, die manuelle Schweißstationen durch eine vollautomatische Inline-Lösung ersetzen möchten.
• Jeder Hersteller, der Schweißdaten in ein MES-/SCADA-System integrieren möchte, um eine vollständige Produktgenealogie zu ermöglichen.

Möchten Sie wissen, ob dieses Schweißgerät Ihre spezifische Nickelstreifendicke und Ihren Zellabstand verarbeiten kann? Senden Sie Ihre Pack-Designdatei oder Ihr Zellendatenblatt an unsere Automatisierungsingenieure. Wir erstellen eine Machbarkeitsbewertung für das Schweißen und eine Schätzung der Zykluszeit.

Position dieser Maschine in der Batteriepacksfertigung

In einer auf zylindrischen Zellen basierenden Pack-Produktionslinie ist die Prozessreihenfolge typischerweise:

1. Zellsortierung– Gruppierung der Zellen nach Kapazität und Innenwiderstand.
2. Einsetzen der Zellen in Vorrichtung/Halter– Zellen werden in einen Kunststoffträger eingesetzt, der die Modulgeometrie definiert.
3. Punktschweißen von Nickelstreifen– Die Streifen werden über die Zellanschlüsse gelegt und verschweißt, um die Reihen-Parallel-Elektroverbindungen herzustellen.
4. Anbringen von BMS- und Spannungserfassungsleitungen– wird häufig ebenfalls durch Widerstandsschweißen durchgeführt.
5. Isolierung, Prüfung und Endmontage.

Die TOB-850DN-XZ-10000A führt Schritt 3 aus und kann auch Schritt 4 übernehmen, wenn das Vorrichtungsdesign dies ermöglicht. Die doppelseitige Schweißfähigkeit ist besonders wertvoll, da eine Standard-Zylinderzelle sowohl einen positiven Anschluss (obere Kappe) als auch einen negativen Anschluss (unteres Gehäuse oder integrierter Ring) besitzt. Durch das gleichzeitige Schweißen beider Anschlüsse halbiert die Maschine die Anzahl der Handhabungsschritte und macht das Wenden der Vorrichtung überflüssig, wodurch die Zykluszeit reduziert und das Risiko einer Fehlausrichtung verringert wird.

Das Spannsystem der Maschine unterstützt Batteriepacks mit einer Länge von 260–680 mm, einer Höhe von 260–450 mm und einer Dicke, die durch Wechseln der seitlichen Vorrichtungsplatten zwischen 76,5 mm und 150 mm umgeschaltet werden kann. Dies deckt eine große Bandbreite an Modulgrößen ab, von kleinen E-Bike-Packs bis hin zu größeren EV-Teilmodulen. Die servogesteuerte X-Achse (620 mm Hub) transportiert die Vorrichtung, während die Y-Achsen die Schweißköpfe über den Zellreihen ausrichten und die R-Achsen die Schweißspitzen drehen, um kreisförmigen Anschlussmustern zu folgen. Die Z-Achsen bewegen die Schweißnadeln zum Kontakt vor, mit einer langsamen Endannäherung zur Vermeidung von Stoßschäden.

Integration in MES und digitale Fertigung:

Der industrielle PC der Maschine (Intel N100, 8 G RAM + 1 TB) mit einem proprietären Steuerungssystem kommuniziert über Web/API zur Übertragung von Produktionsdaten. Jedes Schweißereignis kann einer per Barcode gescannten Seriennummer des Packs zugeordnet werden, und die Schweißparameter (Strom, Spannung, Zeit, Druck) werden lokal im .xlsx-Format gespeichert. Diese Daten bilden die Grundlage für statistische Prozesskontrolle, Garantieanalysen und Kundenaudits.

Funktionsweise des KI-gesteuerten doppelseitigen Punktschweißsystems

Schweißtechnologie

Die TOB-850DN-XZ-10000A verwendet transistorbasiertes Widerstandspunktschweißen. Ein Hochstrom-Niederspannungsimpuls wird durch ein Paar gegenüberliegender Punktschweißnadeln entladen, die einen Nickelstreifen gegen den Stahlanschluss der Zelle drücken. Der Stromimpuls, präzise durch die Transistor-Stromversorgung gesteuert, erzeugt eine lokale Widerstandserwärmung an der Kontaktstelle, wodurch das Nickel schmilzt und mit dem Stahl verbunden wird. Da die Wärme am Punkt mit dem höchsten Widerstand (der Materialgrenzfläche) konzentriert wird, bleibt der Großteil der Zelle kühl und schützt den internen Separator sowie den Elektrolyten.

Die Standardkonfiguration umfasst eine 10.000 A unipolare Transistor-Stromversorgung mit Funktionen zur schrittweisen Stromerhöhung und Stromabsenkung. Diese Formung der Stromwellenform verhindert plötzliche Spitzen, die Schweißspritzer (Explosionen) oder Durchbrennen verursachen können. Die Stromversorgung überwacht automatisch Ausgangsstrom und -spannung; wenn einer der Werte außerhalb des eingestellten Bereichs liegt, wird ein Alarm ausgelöst und die Maschine kann gestoppt werden. Optional können MIYACHI MDA-8000B oder MDB-4000B Stromversorgungen für eine noch präzisere Steuerung spezifiziert werden.

Bewegungssteuerung und KI-Selbstkorrektur

Die Maschine verwendet sieben Servoachsen und eine pneumatische Druckachse:

• X-Achse (700 W Servo): bewegt die Vorrichtung längs durch die Schweißstation (1–620 mm Hub).
• Y-Achsen (2 × 700 W Servo): positionieren die Schweißköpfe entlang der Zellreihen (1–390 mm Hub).
• R-Achsen (2 × 400 W Servo): drehen die Schweißspitzen (0–100°), sodass sie einem Muster auf dem Zellanschluss folgen können.
• Z-Achsen (2 × 400 W Servo): bewegen die Schweißnadeln vor und zurück (40–160 mm Hub, einstellbar für Zelllängen von 20–150 mm).
• Pneumatische Druckachse: übt vor dem Schweißen die anfängliche Klemmkraft aus.

Die KI-Selbstkorrekturroutine läuft vor oder während des Schweißens, um die Präzision sicherzustellen:

• Längenerkennung:Das System misst die tatsächliche Zelllänge (basierend auf der Z-Achsenposition beim Kontakt) und passt die Schweißtiefe entsprechend an. Wenn die gemessene Länge vom erwarteten Wert abweicht, wird ein Alarm erzeugt.
• Nadelverschleißerkennung:Mithilfe der Strom- und Spannungssignatur kann die KI erkennen, wann Punktschweißnadeln verschleißen oder wann der Kontaktwiderstand gestiegen ist, und verhindert dadurch die Herstellung schwacher Schweißverbindungen.
• Grenzwert­erkennung:Die KI überprüft, ob die programmierten Schweißpositionen innerhalb der mechanischen Grenzen der Achsen liegen.

Programmierung und Visualisierung des Schweißwegs

Der Bediener importiert eine DXF-Zeichnung des Nickelstreifenmusters direkt in die Maschinensoftware. Das Steuerungssystem extrahiert automatisch die Koordinaten der Schweißpunkte. Arrays können als Blockarrays definiert werden, mit der Möglichkeit, redundante Punkte manuell zu löschen. Während des Schweißens zeigt das 24-Zoll-Display die Echtzeitposition jeder Schweißung an: geschweißte Punkte werden blau, ungeschweißte Punkte gelb dargestellt. Diese Visualisierung ermöglicht es dem Bediener, sofort zu sehen, welche Schweißungen abgeschlossen sind, selbst bei einem komplexen Streifen mit Hunderten von Punkten.

Die Maschine unterstützt außerdem regionales Schweißen (einen Bereich von Punkten festlegen, z. B. 20–50, und nur diese schweißen) sowie die Fortsetzung an Unterbrechungspunkten (nach einem Fehler gibt der Bediener die Nummer des zuletzt geschweißten Punkts ein, und die Maschine setzt dort fort, wodurch das erneute Schweißen bereits abgeschlossener Punkte entfällt).

Kühlung und Verbrauchsmaterialien

Beide Schweißköpfe werden durch einen eigenen Kühler (Huayou Intelligent HY-002HP) wassergekühlt, der Wasser mit etwa 6 L/min umwälzt und die Temperatur unter 20 °C hält. Dadurch wird eine Überhitzung der Punktschweißnadeln während des Betriebs mit hoher Auslastung verhindert. Die Standardnadeln bestehen aus ODSC-Material (USA), Durchmesser 1,7 × 100 mm; alternative Durchmesser von 1,5 mm, 2,0 mm und 3,0 mm sind verfügbar, ebenso konvexe Punktschweißnadeln für dickere Nickelstreifen.

Wichtige technische Vorteile der TOB-850DN-XZ-10000A

1. Doppelseitiges synchrones Schweißen verdoppelt den Durchsatz- Zwei unabhängige Z-Achsen-Schweißköpfe schweißen gleichzeitig beide Enden der Zelle. Die werkseitig eingestellte Rate von 0,4 s pro Schweißung (9000 Schweißungen pro Stunde), einstellbar auf 10.500 Schweißungen pro Stunde, ermöglicht extrem kurze Zykluszeiten für typische Mehrzellenmodule. Das Doppelkopfdesign halbiert effektiv die Schweißzeit und macht das Umdrehen der Vorrichtung überflüssig, wodurch Bedienereingriffe reduziert werden.
2. KI-Selbstkorrektur minimiert menschliche Fehler und Nacharbeit- Bei einer manuellen oder halbautomatischen Schweißstation können Abweichungen der Zelllänge (selbst ein Bruchteil eines Millimeters) zu unvollständigem Kontakt oder übermäßiger Kraft führen. Die KI-Routinen der TOB-850DN-XZ-10000A messen kontinuierlich die tatsächliche Zelllänge und den Nadelverschleiß und kompensieren diese Abweichungen in Echtzeit. Das Ergebnis ist eine deutliche Verringerung der Ausschussrate durch schwache Schweißungen und der damit verbundenen Nacharbeitskosten.
3. Leistungsstarkes 10.000 A-Transistor-Netzteil mit Gradientenkontrolle- Die Funktion zum allmählichen Erhöhen und Verringern formt den Schweißstromimpuls so, dass der Nickelstreifen sanft erwärmt wird und unter Druck abkühlen kann. Dadurch entsteht ein gleichmäßigerer, stärkerer Schweißpunkt mit weniger Rissen und weniger Spritzern. Die automatischen Alarme für Unterstrom, Unterspannung und Schweißspritzer bieten eine zusätzliche Qualitätssicherungsebene, die sowohl das Produkt als auch die Maschine schützt.
4. DXF-Import vereinfacht die Programmierung- Statt jeden Schweißpunkt manuell einzulernen, importiert der Bediener einfach die DXF-Datei des Nickelstreifenlayouts. Das Steuerungssystem erkennt die Lochpositionen oder Punktmarkierungen und erstellt das Schweißprogramm automatisch. Diese Fähigkeit ist besonders wertvoll für Lohnhersteller, die häufig Packungsdesigns ändern: Ein neues Programm kann in Minuten statt Stunden erstellt werden.
5. Vollständige digitale Rückverfolgbarkeit und MES-Integration- Jedes Schweißereignis wird mit Zeitstempel, Schweißparametern und Barcode-Daten protokolliert, lokal gespeichert und optional über Web/API hochgeladen. Dadurch entsteht eine vollständige digitale Prozesskette für jedes Batteriepack, von den eingehenden Zellen bis zum fertigen Produkt. Im Falle einer Garantie-Rücksendung aus dem Feld kann der Hersteller sofort überprüfen, ob die Punktschweißungen innerhalb der Spezifikation durchgeführt wurden. Die Option zur Druckerkennung (MS2009-20KG-Sensor + MI2008-Konverter) fügt eine weitere Dimension an Qualitätsdaten hinzu.
6. Robuste, servogetriebene Mechanik mit einer Genauigkeit von ±0,02 mm- Der Einsatz von Xinjie-Servomotoren und hochpräzisen Modulen (Runyang-Kugelgewindetriebe und Führungen) an allen Achsen stellt sicher, dass die Schweißspitzen immer exakt auf dem vorgesehenen Punkt landen. Die Positioniergenauigkeit von ±0,02 mm ist um eine Größenordnung feiner als die typischen Toleranzen manueller Schweißvorrichtungen und gewährleistet, dass jede Schweißung innerhalb des vorgesehenen Zielbereichs des Nickelstreifens platziert wird.
7. Flexibles Vorrichtungssystem für eine große Bandbreite an Zelltypen und Packgrößen- Der Verriegelungsmechanismus wechselt zwischen Vorrichtungsdicken von 76,5 mm und 150 mm, und die X-Achse verfügt über einen Verfahrweg von 620 mm. Zusammen mit dem Bereich der Y-Achsen von 390 mm und dem einstellbaren Hub der Z-Achsen kann die Maschine Packs von kleinen Digitalbatterie-Clustern bis hin zu großen Energiespeicher-Teilmodulen verarbeiten. Der Wechsel zwischen den Vorrichtungsbreiten erfolgt mechanisch und schnell, wodurch Umrüstzeiten minimiert werden.

Vollständige technische Spezifikationen

Technische Kernparameter (Transistor-Netzteil)

Kundenspezifische Funktionen (optional)

Empfohlene Schweißparameter (Ausgangswerte)

Dies sind typische Einstellungen für eine Standard-18650-Zelle mit 0,15 mm reinem Nickelband. Die endgültigen Parameter müssen für Ihre spezifische Zelle, das Bandmaterial und das Pack-Design optimiert werden.

Führen Sie bei den ersten Teilen jeder neuen Einrichtung immer einen zerstörenden Abziehtest und eine Querschnittsanalyse durch, um die Schweißqualität zu überprüfen.

Häufige Schweißprobleme und Fehlerbehebung

Technische FAQ — Automatisiertes Punktschweißen für Batteriepakete

F1: Kann diese Maschine Kupfer-Nickel-Verbundstreifen schweißen oder nur reines Nickel?

Die Maschine ist für reine Nickelbleche, vernickelte Bleche und Kupfer-Nickel-Verbundbleche ausgelegt. Kupfer-Nickel-Verbundwerkstoffe haben eine höhere Leitfähigkeit und einen geringeren Kontaktwiderstand als reines Nickel, benötigen jedoch einen höheren Schweißstrom und möglicherweise konvexe Nadeln, um den Strom zu konzentrieren. Die 10.000 A-Stromversorgung kann diese Materialien schweißen, wir empfehlen jedoch, eine Schweißbarkeitsprüfung mit Ihrer spezifischen Verbundqualität durchzuführen.

F2: Wie verarbeitet die Maschine Zellen unterschiedlicher Länge in derselben Vorrichtung?

Die KI-Längenerkennungsroutine misst jede Zelle einzeln, wenn die Z-Achse den ersten Kontakt herstellt, und passt den Hub entsprechend an. Dadurch können Zellen innerhalb einer einzelnen Vorrichtung gewisse Längenunterschiede aufweisen, ohne dass eine manuelle Neuprogrammierung erforderlich ist. Für eine optimale Konsistenz sollten die Zellen jedoch vorab nach Länge und Kapazität sortiert werden.

F3: Was passiert, wenn eine Zelle in der Vorrichtung fehlt oder falsch ausgerichtet ist?

Die KI-Grenzwerterkennungsfunktion erkennt, dass der Hub der Z-Achse außerhalb des erwarteten Bereichs liegt, und löst einen Alarm aus. Die Maschine kann so programmiert werden, dass sie stoppt und den Bediener benachrichtigt, oder dass sie den betreffenden Schweißpunkt überspringt, wenn die Zelle fehlt. Dies verhindert Schäden am Schweißkopf und an der Vorrichtung.

F4: Ist die MES-Integration kompliziert?

Die Maschine stellt eine Web/API-Schnittstelle für den Daten-Upload bereit. Solange Ihr MES Daten über diese Protokolle akzeptieren kann, ist die Integration unkompliziert. Die Daten werden lokal im Standardformat .xlsx auf dem Laufwerk D gespeichert, sodass Sie auch ohne MES vollständige Produktionsaufzeichnungen abrufen können, indem Sie ein USB-Laufwerk anschließen oder eine Netzwerkverbindung herstellen.

F5: Wie oft sollten die Punktschweißnadeln ersetzt werden und können sie nachgeschärft werden?

ODSC-Nadeln haben bei ordnungsgemäßer Kühlung und bei Schweißparametern innerhalb des empfohlenen Bereichs eine lange Lebensdauer. Bei Großserienproduktion (mehrere Tausend Schweißungen pro Tag) können Nadeln mehrere Wochen halten. Sie können leicht nachbearbeitet werden, jedoch ist es im Allgemeinen wirtschaftlicher, sie zu ersetzen, wenn sich die Spitzengeometrie deutlich verändert. Die KI-Nadelverschleißerkennung bietet eine frühzeitige Warnung, bevor die Schweißqualität beeinträchtigt wird.

Warum TOB-850DN-XZ-10000A gegenüber manuellen oder halbautomatischen Schweißstationen wählen

Warum aufrüsten:

Der Wechsel vom manuellen Punktschweißen zum TOB-850DN-XZ-10000A ist nicht nur eine Geschwindigkeitssteigerung – es ist eine Qualitätstransformation. Bei einem manuellen Prozess muss der Bediener Druck, Ausrichtung und Schweißzeit nach Gefühl beurteilen, was zu einer Streuung der Schweißfestigkeiten führt, die erst bei vollständigen Pack-Zyklustests sichtbar wird. Der TOB-850DN-XZ-10000A ersetzt diese Schwankungen durch servogesteuerte Präzision und KI-verifizierte Qualität und stellt sicher, dass jede Schweißung in einem 10.000-Schweißungen-Modul nicht von den anderen zu unterscheiden ist. Wenn dieses Modul in ein EV-Batteriepack eingebaut wird und eine Lebensdauer von 10 Jahren erwartet wird, ist diese Konsistenz unverzichtbar.

Installation, Inbetriebnahme und Schulung

• Installation: Sofern nicht anders vereinbart, ist der Käufer dafür verantwortlich, die Maschine entgegenzunehmen, auszupacken und zum Installationsort zu transportieren sowie die elektrischen Anschlüsse vorzubereiten.
• Inbetriebnahme: Der Verkäufer ist für die Installation der Ausrüstung, die Fehlerbehebung und die Systemintegration mit den Peripheriegeräten der Produktionslinie des Käufers verantwortlich.
• Probebetrieb: Nach der Installation wird ein kleinmaßstäblicher Probebetrieb mit den Zellen und Nickelstreifen des Käufers durchgeführt. Die formelle Massenproduktion beginnt erst, nachdem die Teststücke von der Qualitätsabteilung des Käufers genehmigt wurden.
• Schulung: Der Verkäufer bietet kostenlose Schulungen für die Bediener und das Wartungspersonal des Käufers an. Die Schulungsinhalte umfassen: normalen Betrieb, routinemäßige Wartung, Fehleranalyse und Fehlerbehebung, Betriebssicherheit sowie Notabschaltverfahren.

Betriebsumgebung

Bereit, Ihre Montage von zylindrischen Zellpacks von manuellen Stationen auf eine vollständig automatisierte, rückverfolgbare Punktschweißlinie umzustellen? Fordern Sie ein Angebot für den TOB-850DN-XZ-10000A an. Geben Sie Ihren Zelltyp, das DXF-Layout des Moduls und den angestrebten Durchsatz an; unser Automatisierungsteam erstellt eine detaillierte Schweißbarkeitsstudie und eine Zykluszeitanalyse.

tob.amy@tobmachine.com | +86 181 2071 5609

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