繼《中國智能制造2025》規(guī)劃發(fā)布后，智能制造開始上升為國家戰(zhàn)略。隨著新能源汽車市場爆發(fā)，動力電池產(chǎn)能逐步擴大，對其性能的要求也越來越高。通常地，鋰離子電池生產(chǎn)的自動化水平直接關(guān)系著電池的品質(zhì)，因此全自動化在鋰電池行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用日益被關(guān)注。

值得注意的是，去年國內(nèi)多家企業(yè)已經(jīng)配置了全自動的模組生產(chǎn)線，產(chǎn)能得到了明顯的提升且生產(chǎn)品質(zhì)也有所提高。與此同時，伴隨著智能化設(shè)備在動力電池生產(chǎn)、組裝等環(huán)節(jié)的不斷介入，MES系統(tǒng)也被各大電芯與電池PACK廠商廣泛應(yīng)用。

PACK是連接上游和下游的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

MES是ManufactoryExecutiveSystem的簡稱，動力電池企業(yè)要想實現(xiàn)智能化制造，就要借助MES系統(tǒng)來實現(xiàn)實時質(zhì)量監(jiān)控、工藝重要參數(shù)監(jiān)控、產(chǎn)量及質(zhì)量數(shù)據(jù)實時查詢、追溯生產(chǎn)過程并實現(xiàn)無紙化的生產(chǎn)管理。

目前看來，智能化的鋰電池模組線及PACK生產(chǎn)線的出現(xiàn)，成為動力電池產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的一種新的思路。另外，鋰電行業(yè)機器人應(yīng)用已經(jīng)過了試水階段，并且在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有了較為成熟的案例。

PACK定制化仍是主流

動力電池的自動化集成業(yè)務(wù)一般包含模組和PACK的全自動/半自動組裝線、自動化設(shè)備集成、信息采集與傳輸(MES)、無人化車間軟硬件管理系統(tǒng)。

PACK作為動力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計和應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，是連接上游電芯生產(chǎn)與下游整車運用的核心環(huán)節(jié)，需要大量成熟技術(shù)的相互交叉與協(xié)作，主要包括電池管理系統(tǒng)的定制化開發(fā)技術(shù)、熱管理技術(shù)、電流控制和檢測技術(shù)、模組拼裝設(shè)計技術(shù)、鋁合金動力電池外箱鑄造技術(shù)、計算機虛擬開發(fā)技術(shù)等。

“動力電池系統(tǒng)PACK的定制化程度很高，針對不同整車廠商的不同車型，動力電池系統(tǒng)的性能參數(shù)和指標要求差別較大，需與具體車型嚴格匹配，要求動力電池系統(tǒng)PACK的設(shè)計、開發(fā)和調(diào)試均需與汽車整車設(shè)計理念相結(jié)合。”北京普萊德新能源電池科技有限公司常務(wù)副總裁楊槐表示，PACK需要按照整車設(shè)計理念規(guī)劃動力電池系統(tǒng)的指標和參數(shù)，并經(jīng)過多次性能測試和匹配性測試，才能大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

電池PACK自動化分選機

楊槐告訴記者，動力電池系統(tǒng)研發(fā)需根據(jù)車廠客戶定制的具體需求進行，經(jīng)過立項、方案設(shè)計、內(nèi)部試制、樣品測試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、國標認證、產(chǎn)品定型、向工信部交申請、工信部審查、工信部發(fā)布公告等階段，從立項到實現(xiàn)銷售的周期較長，通常從設(shè)備制造到交貨需要3-6個月的時間。

由于當(dāng)前市場上各家汽車廠商的要求不同，所以幾乎沒有兩家車企的模組和生產(chǎn)工藝是一樣的，這也對自動化產(chǎn)線提出了更多的要求。

“好的自動化生產(chǎn)線除了滿足以上硬件配置和工藝要求以外，還需要重點關(guān)注其兼容性和‘整線節(jié)拍’。由于模組的不固定，所以來料的電芯、殼體、PCB板、連接片等都可能發(fā)生變化。生產(chǎn)線的兼容性就顯得尤其重要。”江蘇拓新天機器人科技有限公司副總經(jīng)理馬志樂指出。

而馬志樂提到的“整線節(jié)拍”，是指整條自動線平均到每個工作站的工作時間節(jié)拍而非傳統(tǒng)意義上見到的流水線。傳統(tǒng)的生產(chǎn)線上，從上個工作站完成后傳送到下個工作站，總有工作站在等待，這樣就浪費了節(jié)拍和效率。

由此可見，動力電池系統(tǒng)PACK的核心難點在于定制化的市場需求。優(yōu)質(zhì)的動力電池系統(tǒng)PACK能夠基于車廠客戶不同車型的個性化需求，對動力電池BMS方案、熱管理、空間尺寸、結(jié)構(gòu)強度、系統(tǒng)接口、IP等級和防護等進行定制化研發(fā)與設(shè)計，通過各種成熟技術(shù)的交互使用實現(xiàn)動力電池組各模塊的有機結(jié)合，保障核心儲能裝置電芯的安全性和穩(wěn)定性，同時有效升動力電池系統(tǒng)與不同廠商的不同車型的匹配性和應(yīng)用性。

“由于PACK的定制化程度很高，導(dǎo)致PACK很難真正的標準化，不過目前新能源大巴車的動力電池正在走標準化的路線。”楊槐坦言，早在2010年，普萊德就想實現(xiàn)PACK的標準化產(chǎn)線，但是由于各種因素并未大規(guī)模推廣。

自動化生產(chǎn)是電池行業(yè)發(fā)展趨勢

PACK系統(tǒng)是為電芯服務(wù)的，需要保證一致性和高可靠性。關(guān)鍵因素有兩點，其一使用自動化程度高的先進智能裝備，從生產(chǎn)環(huán)節(jié)上進行控制，保證電池在每個制造節(jié)點上的一致性;其二提升PACK工藝水平。據(jù)楊槐透露，不久之后，普萊德會推出PACK的模組自動化生產(chǎn)線，主要適用于電動大巴的動力電池上。

對于當(dāng)前的PACK行業(yè)來說，一般需要承擔(dān)兩個主要功能：傳送和檢測。目前各大龍頭廠家普遍應(yīng)用了全自動的PACK組裝產(chǎn)線，當(dāng)然也包括應(yīng)對復(fù)雜的生產(chǎn)工藝、適應(yīng)工作環(huán)境的要求等，一些PACK廠開始研究智能化和信息化。

破解PACK智能化難題

從目前國內(nèi)PACK大廠的動向來看，均開始涉足智能化的鋰電池模組產(chǎn)線及PACK生產(chǎn)線，將智能化作為動力電池產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新思路。“實現(xiàn)PACK線的智能化，能夠為鋰電池企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、完善數(shù)據(jù)追溯、提高電池質(zhì)量，為企業(yè)最終實現(xiàn)智能制造打造堅實的基礎(chǔ)。”馬志樂說道。

楊槐直言到，“整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)的自動化還沒有完全實現(xiàn)，PACK的自動化也還在不斷推進之中。所以PACK智能化目前較多用于失效的判別、質(zhì)量的甄別等，整體智能化的目標還沒有達到”。

一般來說，不管是軟包電池、硬殼電池還是我們常見的18650圓柱電池，模組的自動化組裝工藝流程都是從電芯上料開始的。這個來料可以是原供應(yīng)商提供的包裝，也可以是廠家經(jīng)過檢測后統(tǒng)一整理好的專用托盤。上料可以是人工操作，也可以通過傳送帶自動上料，然后通過機器人經(jīng)由抓手抓取。

上料的同時會進行電芯的讀碼(采集單個電芯的身份數(shù)據(jù)信息)、電芯極性檢測(有無放反方向)、電芯分選和電阻值(DCIR)檢測，并將不良品剔除。根據(jù)模組和工藝要求的不同，分別進行諸如等離子清潔-涂膠-電芯堆疊-電池盒組裝-極耳裁切整形-模組殼焊接-模組打碼-打螺絲-模組檢測-連接片焊接-BMS系統(tǒng)連接-模組終檢測-模組下料等工序。

而通過軟硬件的搭配之后，MES系統(tǒng)的集成可以直接將上述生產(chǎn)線打造成準無人化的生產(chǎn)車間，人工只需要在線外進行物料的補充即可。

拓新天智能化PACK生產(chǎn)線

在楊槐看來，目前PACK面臨的挑戰(zhàn)主要有以下四個方面：首先是安全性，這不僅僅是PACK面臨的問題，也是整個行業(yè)一直在努力解決的問題，能量密度越高，安全性能面臨的挑戰(zhàn)就越大，所以安全性的設(shè)計和技術(shù)運用，這是比較大的挑戰(zhàn)。

其次是可靠性，動力電池和消費類電池區(qū)別很大，動力電池的運作比較大，如何在目前的技術(shù)基礎(chǔ)之上達到可靠性的指標，這個對整個pack是一個比較大的挑戰(zhàn)。

再次是環(huán)境適應(yīng)性，因為新能源汽車作為交通運輸工具，大部分時間是在露天工作，濕度、溫度等不同導(dǎo)致電池性能要求有所不同，這也是動力電池系統(tǒng)要解決的課題，使其各種各樣的環(huán)境下都能安全運行。

最后是性價比，新能源汽車如何與傳統(tǒng)汽車去競爭，獲得消費者的青睞，就要從技術(shù)層面到價格層面去解決。

“實現(xiàn)PACK自動化，提高了安全性不說，也減少了人為因素對于產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的干涉，可靠性大大增加。從PACK的構(gòu)成到模組的構(gòu)成，再到每一道工序的具體參數(shù)、電芯的數(shù)據(jù)、其他來料的信息等，都可以通過MES系統(tǒng)快速查詢并得到信息，從而有效提成生產(chǎn)管理水平，有效降低了生產(chǎn)成本。”馬志樂表示。

而這里面，AGV小車、助力機械臂、滾筒線、吊臂等都是簡單而有效的工具。而柔性的線路串接等工作確實離不開人工的協(xié)助，所以半自動的PACK成為了各廠家的主流配置。當(dāng)然越來越多的客戶會要求將PACK和模組的MES系統(tǒng)集成在一起，以便更好的管理和快速的查詢，這對于系統(tǒng)集成商來說又是一個小小的挑戰(zhàn)。