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自动化生产是动力电池发展趋势 PACK定制化仍是主流

点击:3066 日期:2017-08-28 选择字号:

      随着新能源汽车市场爆发,动力电池产能逐步扩大,对其性能的要求也越来越高。通常地,锂离子电池生产的自动化水平直接关系着电池的品质,因此全自动化在锂电池行业内的应用日益被关注。而继《中国智能制造2025》规划发布后,智能制造更是开始上升为国家战略。

自动化生产是动力电池发展趋势 PACK定制化仍是主流

      值得注意的是,去年国内多家企业已经配置了全自动的模组生产线,产能得到了明显的提升且生产品质也有所提高。与此同时,伴随着智能化设备在动力电池生产、组装等环节的不断介入,MES系统也被各大电芯与电池PACK厂商广泛应用。
      PACK是连接上游和下游的关键环节
      MES是Manufactory Executive System的简称,动力电池企业要想实现智能化制造,就要借助MES系统来实现实时质量监控、工艺重要参数监控、产量及质量数据实时查询、追溯生产过程并实现无纸化的生产管理。
      目前看来,智能化的锂电池模组线及PACK生产线的出现,成为动力电池产业转型升级的一种新的思路。另外,锂电行业机器人应用已经过了试水阶段,并且在行业内已经有了较为成熟的案例。
      PACK定制化仍是主流
      动力电池的自动化集成业务一般包含模组和PACK的全自动/半自动组装线、自动化设备集成、信息采集与传输(MES)、无人化车间软硬件管理系统。
      PACK作为动力电池系统生产、设计和应用的关键步骤,是连接上游电芯生产与下游整车运用的核心环节,需要大量成熟技术的相互交叉与协作,主要包括电池管理系统的定制化开发技术、热管理技术、电流控制和检测技术、模组拼装设计技术、铝合金动力电池外箱铸造技术、计算机虚拟开发技术等。
      “动力电池系统PACK的定制化程度很高,针对不同整车厂商的不同车型,动力电池系统的性能参数和指标要求差别较大,需与具体车型严格匹配,要求动力电池系统PACK的设计、开发和调试均需与汽车整车设计理念相结合。”北京普莱德新能源电池科技有限公司常务副总裁杨槐表示,PACK需要按照整车设计理念规划动力电池系统的指标和参数,并经过多次性能测试和匹配性测试,才能大规模生产和应用。
      电池PACK自动化分选机
      杨槐告诉记者,动力电池系统研发需根据车厂客户定制的具体需求进行,经过立项、方案设计、内部试制、样品测试、联调联试、国标认证、产品定型、向工信部交申请、工信部审查、工信部发布公告等阶段,从立项到实现销售的周期较长,通常从设备制造到交货需要3-6个月的时间。
      由于当前市场上各家汽车厂商的要求不同,所以几乎没有两家车企的模组和生产工艺是一样的,这也对自动化产线提出了更多的要求。
      “好的自动化生产线除了满足以上硬件配置和工艺要求以外,还需要重点关注其兼容性和‘整线节拍’。由于模组的不固定,所以来料的电芯、壳体、PCB板、连接片等都可能发生变化。生产线的兼容性就显得尤其重要。”江苏拓新天机器人科技有限公司副总经理马志乐指出。
      而马志乐提到的“整线节拍”,是指整条自动线平均到每个工作站的工作时间节拍而非传统意义上见到的流水线。传统的生产线上,从上个工作站完成后传送到下个工作站,总有工作站在等待,这样就浪费了节拍和效率。
      由此可见,动力电池系统PACK的核心难点在于定制化的市场需求。优质的动力电池系统PACK能够基于车厂客户不同车型的个性化需求,对动力电池BMS方案、热管理、空间尺寸、结构强度、系统接口、IP等级和防护等进行定制化研发与设计,通过各种成熟技术的交互使用实现动力电池组各模块的有机结合,保障核心储能装置电芯的安全性和稳定性,同时有效升动力电池系统与不同厂商的不同车型的匹配性和应用性。
      “由于PACK的定制化程度很高,导致PACK很难真正的标准化,不过目前新能源大巴车的动力电池正在走标准化的路线。”杨槐坦言,早在2010年,普莱德就想实现PACK的标准化产线,但是由于各种因素并未大规模推广。
      自动化生产是电池行业发展趋势
      PACK系统是为电芯服务的,需要保证一致性和高可靠性。关键因素有两点,其一使用自动化程度高的先进智能装备,从生产环节上进行控制,保证电池在每个制造节点上的一致性;其二提升PACK工艺水平。据杨槐透露,不久之后,普莱德会推出PACK的模组自动化生产线,主要适用于电动大巴的动力电池上。
      对于当前的PACK行业来说,一般需要承担两个主要功能:传送和检测。目前各大龙头厂家普遍应用了全自动的PACK组装产线,当然也包括应对复杂的生产工艺、适应工作环境的要求等,一些PACK厂开始研究智能化和信息化。
      破解PACK智能化难题
      从目前国内PACK大厂的动向来看,均开始涉足智能化的锂电池模组产线及PACK生产线,将智能化作为动力电池产业转型升级的新思路。“实现PACK线的智能化,能够为锂电池企业提高生产效率、降低生产成本、完善数据追溯、提高电池质量,为企业最终实现智能制造打造坚实的基础。”马志乐说道。
      杨槐直言到,“整个新能源汽车产业的自动化还没有完全实现,PACK的自动化也还在不断推进之中。所以PACK智能化目前较多用于失效的判别、质量的甄别等,整体智能化的目标还没有达到”。
      一般来说,不管是软包电池、硬壳电池还是我们常见的18650圆柱电池,模组的自动化组装工艺流程都是从电芯上料开始的。这个来料可以是原供应商提供的包装,也可以是厂家经过检测后统一整理好的专用托盘。上料可以是人工操作,也可以通过传送带自动上料,然后通过机器人经由抓手抓取。
      上料的同时会进行电芯的读码(采集单个电芯的身份数据信息)、电芯极性检测(有无放反方向)、电芯分选和电阻值(DCIR)检测,并将不良品剔除。根据模组和工艺要求的不同,分别进行诸如等离子清洁-涂胶-电芯堆叠-电池盒组装-极耳裁切整形-模组壳焊接-模组打码-打螺丝-模组检测-连接片焊接-BMS系统连接-模组终检测-模组下料等工序。
      而通过软硬件的搭配之后,MES系统的集成可以直接将上述生产线打造成准无人化的生产车间,人工只需要在线外进行物料的补充即可。
      拓新天智能化PACK生产线
      在杨槐看来,目前PACK面临的挑战主要有以下四个方面:首先是安全性,这不仅仅是PACK面临的问题,也是整个行业一直在努力解决的问题,能量密度越高,安全性能面临的挑战就越大,所以安全性的设计和技术运用,这是比较大的挑战。
      其次是可靠性,动力电池和消费类电池区别很大,动力电池的运作比较大,如何在目前的技术基础之上达到可靠性的指标,这个对整个pack是一个比较大的挑战。
再次是环境适应性,因为新能源汽车作为交通运输工具,大部分时间是在露天工作,湿度、温度等不同导致电池性能要求有所不同,这也是动力电池系统要解决的课题,使其各种各样的环境下都能安全运行。
      最后是性价比,新能源汽车如何与传统汽车去竞争,获得消费者的青睐,就要从技术层面到价格层面去解决。
      “实现PACK自动化,提高了安全性不说,也减少了人为因素对于产品和生产过程的干涉,可靠性大大增加。从PACK的构成到模组的构成,再到每一道工序的具体参数、电芯的数据、其他来料的信息等,都可以通过MES系统快速查询并得到信息,从而有效提成生产管理水平,有效降低了生产成本。”马志乐表示。
      而这里面,AGV小车、助力机械臂、滚筒线、吊臂等都是简单而有效的工具。而柔性的线路串接等工作确实离不开人工的协助,所以半自动的PACK成为了各厂家的主流配置。当然越来越多的客户会要求将PACK和模组的MES系统集成在一起,以便更好的管理和快速的查询,这对于系统集成商来说又是一个小小的挑战。