何佳春¹     李长春²

（1.深圳市欣学教育科技有限公司  广东  深圳  518103；2.欣旺达电子股份有限公司  广东  深圳  518103）

摘要：针对市场上没有专门为教学及技术人员学习的智能电池生产装备，智能产线技术人才大量的稀缺，而需要进行快速的培养和补充，在此情况之下，对手机锂电池PACK智能生产线进行重新的设计和改造，填补教育装备市场的空白。采用模块化的高度集成设计，在基于手机锂电池PACK产线的基础上进行新的开发和设计，增加智能化的应用场景和功能，重新设计硬件和软件部分，通过功能和整体结构的升级和优化，本款装备具备了良好的稳定性和适配性，显著的提升了教学任务和学习任务的应用场景，满足不同层次的技术人员和学生的学习场景，具有良好的市场和应用推广价值。

关键词：PACK智能产线 教学化设计 原因 手机电池

0  引言

随着新能源市场的快速崛起，全球能源加速转型，锂电池Pack生产正经历智能制造革命：自动视觉检测准确率超99.8%，智能焊接良率达99.9%，随着全球能源结构转型产业不断重构，锂电池作为核心动力源，其市场需求呈现爆发式增长。在这一背景下，锂电池Pack生产正经历从传统制造向智能制造的深刻变革。智能制造技术不仅提升了锂电池Pack的生产效率与产品一致性，更为整个产业链带来了质量革命与成本优化。新能源行业对技术人才的需求也日益的快速增加，各大院校和科研机构也在加速培养适应新能源市场的紧缺人才，但是目前市场和各高校实验室没有一款专门针对新能源装备学习的实验设备，在这样的情况之下，本文针对手机锂电池PACK智能产线进行教学化的重新设计和改造进行，以满足高校和技术人才在新能源装备领域实操的实验的设备，推动新能源装备人才的快速成长。

图1 手机电池PACK智能产线总体设计图

1  pack智能产线总体设计

PACK智能产线要能够满足手机电池PACK从上料、贴标、极片成型、检测、成品下线的几个关键工作流程，在设计的过程中要能够分模块进行设计，高度的集成化与开源化，不但要真实的还原手机电池PACK的工厂生产流程，还能够满足进行教学实验，对智能产线的核心工作任务进行拆分，能够使学生或者技术人员快速和高校的进行实操训练和学习。同时兼顾新能源材料机械制造与设计、新能源材料电气智能控制工程、新能源材料机器视觉检测技术、新能源材料工业互联应用技术、新能源材料智能产线维护与管理、新能源材料制造工业网络安全等相关知识要点的实验、实训、实操、研发、课题研究及课题创新。系统的总体设计如图1所示。

2  硬件模块设计与工作流程

2.1 上料与标识工作站设计

上料与标识工作站主要包含操作台、工业交换机、触摸屏系统、西门子PLC控制系统模块、伺服系统、步进驱动系统、故障设置系统、扫码传感器、直线模组机构、锂电池存储架、传输皮带模块、盒盖机构、电源模块、执行机构等组成，电芯自动上料与标识采用伺服驱动传动系统，伺服传动系统由直线模组平台、伺服电机、高精密丝杠、直线轴承及导杆、伺服控制器等组成。伺服机械取电芯自动上料模块，由伺服模组及配套机械手进行，机械手末端安装真空吸盘，通过真空吸附电芯，机械手将电芯从料盘里取出、搬运并放置到入料皮带上。

生产流程：接收订单命令后，由供料模块的直线模组移动到物料存储区抓取物料（锂电池包）放置在输送带上模具载体中，扫码器对锂电池包进行扫码识别检测后，通过盒盖装置把锂电池包模具载体的盖子盖起来，如图2所示。

图2 上料与标识工作站工作流程图

2.2  极片成型工作站设计

极片成型工作站主要由电源模组、工业交换机、PLC控制系统、触摸屏系统、SCADA系统、输送带模块、振动传感器、极耳整形装置、工装定位机构、故障设置装置、极耳裁切装置、等智能传感器组成。极片裁剪模块采用上下裁切刀组合动作，完成电芯极耳的定尺寸裁切极耳裁切机，可进行气缸组合机构的组装与调试，刀片定位调节、传感器的安装与调试、气缸组合机构动作逻辑的PLC编程。

生产流程：接收到订单指令下发后，由皮带输送线把锂电池包输送带极耳裁剪装置定位处，裁剪装置对极耳进行裁剪，裁剪完后皮带输送线输送到极耳整形装置处，对极耳进行整形，整形完后，进入下一个生产流程，如图3所示。

图3 极片成型工作站工作流程图

2.3  贴胶与检测工作站设计

贴胶与检测工作站主要由贴胶机构装置、尺寸检测机、输送单元、故障设置系统、电源模组、触摸屏系统、工装定位机构等组成。贴胶机模块为标准化机电组合模块机构，采用卷料胶纸，方便胶纸更换和保管。胶纸输送、定位、吸取、粘贴稳定，重复定位性好。尺寸检测机采用机器视觉系统对极耳的裁切长度、胶纸粘贴的距离和角度进行图像采集，并通过机器视觉软件对采集图像进行分析判断，将检测结果上传到上位机软件。机器视觉系统由工业相机、镜头、LED光源、光源控制器、视觉检测软件等组成。尺寸检测机，主要可进行工业机器视觉检测系统硬件的选型、组装与调试、机器视觉检测软件的设置及调试。

生产流程：工作站接收到订单指令下发后，由皮带输送线把锂电池包输送到贴胶装置定位处，对锂电池包进行贴胶纸工艺，贴完胶纸工艺后，视觉系统对产品及母模板进行比对，标注，检测是否有贴纸、贴纸是否贴好等，检测完成后进入下一流程，如图4所示。

图4 贴胶与检测工作站工作流程图

2.4   成品下线工作站设计

成品下线工作站主要由仓储管理系统、工业交换机、输送带单元、故障设置系统、电源模组、触摸屏系统、工装定位机构、开盖机构等组成。采用伺服驱动系统精确定位配套机械手及气缸，通过真空吸附电芯，机械手将电芯从载具内取出、搬运并放置到仓储区。可进行伺服系统机械组装与调试、伺服系统控制PLC编程。

生产流程：工作站接收到订单指令下发后，由皮带输送线把工件物料输送到开盖机构装置定位处，开盖机构装置旋转90°，打开锂电池包工装的盖子，通过上一站视觉检测系统检测判断结果，然后通过X轴及Z轴伺服精确定位系统抓取锂电池包到不合格品仓和合格品仓储中，如图5所示。

图5 成品下线工作站工作流程图

3  智能软件模块设计与工作流程

3.1  SCADA系统设计

SCADA系统是生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。

图6 SCADA系统设计主界面

3.2    工业互联网模块设计

实训平台提供基于工业互联云平台技术的智云物联数据中间件平台，支持海量工业数据的接入、分类存储、数据决策、数据分析及数据挖掘，主要软件功能模块包括：运营管理主页功能、运行监控中心、报警管理、模板管理、应用中心、客户管理、企业管理、日志管理、运营管理、数据分析、运维中心等功能模块，如图7所示。

图7 运营管理设计主界面

4  实验与应用

4.1    生产实验

根据设计方案进行PACK智能产线的样机搭建，通过多次的试运行，可进行新能源材料机械制造与设计、新能源材料电气智能控制工程、新能源材料机器视觉检测技术、新能源材料工业互联应用技术、新能源材料智能产线维护与管理、新能源材料制造工业网络安全、新能源材料制造MES系统应用与管理、新能源材料制造数据采集监控系统应用与开发、新能源材料制造智能产线创新实践教学和技能实践，设备实物如8所示。

图8 手机锂离子电池实验平台实物图

4.2    教学实验应用场景

本套设备还具备职业教育中的教学实验演示和实训任务完成等应用场景，根据学生的层次（中职、高职、本科），进行不同难度的教学实验设计，搭建不同的应用场景，具体如表所示。

5  结束语

在实际的应用中，此款新能源电池PACK智能装备表现出了良好的用户体验和实际应用的效果，主要表现在以下几个方面:

首先，在手机电池的检测和贴标应用中，生产效果稳定，生产良品率较之前的99.5%提升至99.8%，有着显著的质量提升，尤其是加入了视觉检测功能之后，联合互联网平台，能够实时的监测和纠正品质缺陷，从而大大的提升了生产效率，提升的设备在生产中的实际应用场景。

其次，在满足高校和技术人员的培训中，表现效果良好，在设计的初期，本着高度集成和模块化的设计，每一个工作站都可以进行独立的实操学习，其结构稳定、紧凑、安全、可靠，能够让学生进行多任务、多场景的技术学习，直至目前为止，多所高校和新能源企业已经开始使用本设备对进行人员进行技能实操学习，另外，该设备也应用在多个技能大赛中，收获了很多用户的高度好评。

最后，在软件的设计和应用中，加入了SCADA模块和工业互联网模块，使整个的设备系统具备：生产调度、物料控制、质量管理、设备维护、能源管理等。这些模块相互关联，形成一个完整的生产管理系统。SCADA系统是生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制。同时，工业互联网模块对云端数据进行分析，有效的实施监测，保障整个生产的品质，大大的的提升了生产效率。

总之，在新能源快速发展的今天，只有不断的进行探索和创新，在新能源技术人才培养的过程中开发和设计更多实用的教学装备，才能够更好的支撑人才的高质量输出，才能使新能源技术人才在市场上具有绝对的竞争优势。

参考文献

[1] 董信，王振.航天产品非标螺母自动拧紧机控制系统设计与开发[J].机械工程师，2026（02）:63-66+71

[2] XIE Y L, LIU P F, ZHANG Y. Handrail and stepsweeper in one machine [ C ] / / 2021 3rd International Academic Exchange Conference on Science andTechnology Innovation (IAECST).2021:986-989.

[3] 刘东升.锂电池制造工艺控制及潜在问题分析[J].科技与创新.2025（18）:163--166.

[4] 王兆波.基站智慧能源管理平台的设计与实现[J].信息与电脑.2026,38（04）:191--195.

[5] 颜龙,王俊怡,万里添,徐志胜,国巍.新能源锂电池灭火实验教学平台设计与实践[J].实验室研究与探索.2025 ,44 (12) :129--133.

[6] 丁洁,肖敏,周颖.基于电池测试平台的系统辨识综合实验设计[J].实验室科学.2025 ,28 (01) .2025 ,44 (12) :20-23+28.

[7] 刘亚利,白羽,陈彦如,刘俊杰,江小标.新型储能电池在轨验证平台设计[J].空间科学与试验学报 . 2025 ,2 (01) :54-58.

[8] 何明,柴二亮,何亮,李思尧,严铿博,佘乐欣.基于微服务架构的电力检修用移动锂电池BMS平台设计实验室科学.机械与电子.2024,42 (09)  :25-29.

[9] 王玉彪,巩擎宇,郭继崇.新能源汽车动力电池管理系统实验平台的设计与开发[J].实验室科学.2025 ,28 (01) .2025 ,44 (12) :20-23+28.

[10] 马艳,武汉交通职业学院.动力电池PACK智能制造复合型人才定向培养研究[J].武汉工程职业技术学院学报 . 2023 ,35 (02) :100-103.

[11] 刘蒙,曹贝,付方发,崔燕哲.一款电池管理芯片的硬件测试平台设计与实现[J].实验室科学.黑龙江大学自然科学学报.2023 ,40 (02)226-233.

[12] 李攀平,杨苗苗.纯电动汽车电池管理系统故障诊断实验平台设计[J].汽车维修技师.2026 (02):45-47.