倍福 | XTS 在动力电池电芯装配线中的应用

隶属于 IMA Automation 的业务单元 IMA EV-Tech 开发出基于倍福集成技术的新型动力电池电芯装配线。其核心部件是 XTS 磁驱柔性输送系统，与传统解决方案相比，该系统具备更强大的软件功能与显著更紧凑的布局，由此打造出不仅运行效率高、质量稳定，同时系统占用空间更小的装配生产线。

每个 XTS 动子不仅能自己独立控制运动轨迹，还能与另一套 XTS 系统的动子实现高精度同步协同作业

拥有 60 多年丰富行业经验、7400 余名员工、3500 多项注册专利及全球工厂与子公司网络的 IMA S.p.A 公司是制药、化妆品、食品、茶以及咖啡加工与包装自动化设备领域的全球领导者。为深化在电动汽车领域的布局，集团旗下 IMA Automation 特别成立 IMA EV-TECH 业务单元，专注于研发覆盖电池电芯、氢燃料电池、牵引电机、电机定子和转子等全链条电动汽车解决方案的完整生产线与装配技术。IMA EV-Tech 销售经理 Fabio Tozzi 对此评价道：“我们最新推出的高性能电池电芯装配系统，其成功研发很大一部分得益于倍福自动化解决方案的创新助力。”

单个电池电芯形状类似于小型圆柱罐体。虽然其结构看似简单，但要实现规模化生产却是个相当复杂的过程。正极与负极之间由聚合物隔膜隔开，通过卷绕在一起形成卷芯。整个电芯由卷芯及其它元件组成，密封在圆柱形金属容器内，并注入电解液。

01 XTS 助力实现高性能与紧凑空间并存

凭借数十年专业技术积累，该公司能够满足全球各地差异化的严苛能源供应商规范，这些规范明确了电站在特定情况下为保障电网稳定所需实现的运行特性。“若发电厂在响应时间方面满足更严格的要求，便可提供所谓的辅助服务。”Power Electronics 应用工程部经理 David Dobón 在强调高性能控制技术重要性时指出。对运营商而言，其优势在于能以更高价格出售馈入电网的电力。“我们最初实现的系统切换性能为 130 毫秒内从消耗 150 兆瓦功率转变为输送 180 兆瓦，而现在这一过程仅需 110 毫秒。”Power Electronics 公司控制系统团队负责人 Agustin Cano 补充道。实现如此极速切换需要快速精准的自动化系统，Power Electronics 通过倍福的硬件与软件方案达成了这一目标，从而能全面控制太阳能组件、电池及混合型这三种功率模块类型。

“当前市场主要由亚洲制造商主导，尤其是来自中国和韩国的企业。”由于国际层面缺乏真正的竞争，现有解决方案的技术发展一直较为缓慢。在这样的市场环境下，我们的装配线凭借其高效率、卓越装配质量、紧凑占地面积，尤其是极具竞争力的总拥有成本脱颖而出。”

—— IMA EV-Tech 销售经理责人 Fabio Tozzi

XTS 和基于 PC 的控制技术对于 IMA 而言并非新兴技术，多年来，IMA 与倍福保持着紧密的合作关系，长期选用包括嵌入式控制器、面板型 PC、TwinCAT 自动化软件、EtherCAT 及相应 I/O 组件以及驱动技术在内的一系列成熟产品。除了这些倍福自动化架构的核心组件，IMA 此前已在制药、食品饮料等多个领域的最新解决方案中成功应用 XTS 系统。“XTS 为我们实现目标提供了极具吸引力的应用潜力。”Fabio Tozzi 表示，“得益于基于 PC 的控制技术所具备的灵活性，尤其是 TwinCAT 自动化软件，XTS 为我们带来了一项重要优势 — 即能够通过特殊运动曲线对每个动子进行独立控制。实践证明，这一特性完美契合本次应用的特定需求。”

装配线由五大模块构成

每个系统单元均配备一台 C6030 工业 PC 与 CP3916 多点触控控制面板,其中三个单元还额外集成了 CP3918 控制面板。整套控制系统搭载先进的伺服驱动技术，包括 AX8000 多轴伺服系统, the AM8000 伺服电机及 AMP8000 分布式伺服驱动系统，确保高性能与高可靠性。为进一步提升流程效率，系统内部配置了五套环形 XTS 系统，总长约 43.5 米，专用于产品线性输送。

据 IMA EV-Tech 介绍，该应用系统的显著特征在于采用模块化高效结构，可实现井然有序且易于扩展的生产流程管理。装配线按功能模块划分，符合清晰的操作逻辑；工业 PC 与现代控制面板的集成则确保了系统可靠性及便捷监控。XTS 系统的运用更实现了极其灵活且精密的工件搬运方案，完全符合工业自动化最新标准规范。

02 高精度电池装配

电池电芯装配过程面临诸多挑战，因为其搬运、加工以及检测等各个环节都需以极高速度运行，同时对成品质量还制定了极为严苛的标准。这就要求系统不仅要速度快，还必须确保极高的精度 — XTS 动子凭借 ±0.25 毫米的定位精度完美契合了这一严苛需求。

在这条新型装配线上，IMA EV-Tech 几乎全线采用倍福技术生态系统：包括 CPU、面板型 PC、通信模块、I/O 模块、AX8000 伺服驱动器、AM8000 伺服电机和 AMP8000 分布式伺服驱动系统、EtherCAT（Safety over EtherCAT，FSoE）、TwinCAT 自动化软件，以及作为整套系统核心的 XTS。对于 Fabio Tozzi 而言，这一选择顺理成章 — 特别是基于 PC 的控制系统的开放性架构还支持集成第三方设备，如电气检测系统、专用控制器或定制化搬运系统。他补充道：“倍福提供的技术支持至关重要。我们既能与意大利子公司直接沟通，在需要时还可获得德国总部的支持，这促使我们建立了真正的技术合作伙伴关系。通过参加专业培训，我们的团队得以全面掌握 XTS 系统，从而充分发挥其技术潜力。”

卓越的系统灵活性优势

尽管电芯的形状和尺寸已实现标准化，但装配线仍需具备处理特定产品变型的能力。这需要增加诸如加装塑料件等工序。此类系统若要快速适应不同生产需求，就必须保持极高运行效率。据 Fabio Tozzi 介绍，在此应用场景中，XTS 系统与 TwinCAT 自动化软件构成了确保项目成功的关键要素。

由 IMA EV-Tech 研发的该装配线还可按需集成新增工作站与设备。这一特性显著提升了系统灵活性 — 未来既可增补新工艺流程，也能选择性跳过特定工序。所有这些功能使得产品变型管理更为便捷，且不会影响整线性能。“在开发圆柱电池装配线的同时，我们已同步推出了方形电池的装配解决方案。”Fabio Tozzi 补充道。“方形电池在尺寸规格、工艺流程及装配组件方面存在显著差异，这要求设备具备更高的灵活性。我们的目标是为市场提供模块化解决方案，既能适配每位客户的个性化需求进行适配，又能集成所有必要的工艺流程。与此同时，我们致力于持续提升系统性能，并减少所需操作人员数量，这对于那些计划将生产基地从亚洲迁往欧洲或美国的企业而言，正是至关重要的考量因素。”