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鋰電制造亟需融合智能控制技術(shù)

h1654155972.5933 ? 來源:高工鋰電 ? 作者:高工鋰電 ? 2020-11-26 11:43 ? 次閱讀

智能制造從來不是裝備企業(yè)的孤軍奮戰(zhàn),與其并肩而行的,還有智能控制部件的升級,以及以芯片為核心的從底層到系統(tǒng)的階躍。

回溯過去近30年,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步給工業(yè)制造的躍遷帶來了巨大的紅利,芯片成本的降低帶動高性能運算設備成本的大幅下降,為制造業(yè)從半自動、自動化向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級打下了堅實基礎。

隨著智能制造在傳統(tǒng)制造領域的進一步滲透,作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),新能源汽車及動力電池產(chǎn)業(yè)的智能制造發(fā)展規(guī)劃也被明確提出。

根據(jù)國務院印發(fā)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年),要求提升智能制造水平,加快新能源汽車智能制造仿真、管理、控制等核心工業(yè)軟件開發(fā)和集成,開展智能工廠、數(shù)字化車間應用示范。攻關(guān)新能源汽車智能制造海量異構(gòu)數(shù)據(jù)組織分析、可重構(gòu)柔性制造系統(tǒng)集成控制等關(guān)鍵技術(shù)。
需要重視的是,作為新能源汽車的核心零部件,動力電池的規(guī)?;?、自動化制造已在路上。然而,基于全球新能源產(chǎn)業(yè)臨近大規(guī)模爆發(fā)前夜,動力電池從GWh到TWh的制造需求被提出,產(chǎn)品安全更被視為重中之重。

因此,實現(xiàn)智能化、柔性化、數(shù)字化生產(chǎn),成就產(chǎn)品高一致性、高安全性、高品質(zhì)、高效率生產(chǎn),成為現(xiàn)階段動力電池企業(yè)制造升級的迫切需求。

高工鋰電獲悉,依托物聯(lián)網(wǎng)IoT)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù),對傳統(tǒng)產(chǎn)線數(shù)字化改造及建設,提升制造業(yè)的智能化、效率和互聯(lián)互通,實現(xiàn)增效降本,已成為動力電池裝備制造升級或改造的共同思路。

瞄準此機遇,以英特爾為代表的芯片企業(yè)也正積極參與到動力電池智能制造過程當中,幫助企業(yè)提升生產(chǎn)自動化水平,優(yōu)化企業(yè)流程管理與運營能力,從邊緣到云端支持企業(yè)用戶實現(xiàn)智能制造的應用與部署,加快推動動力電池制造智能化轉(zhuǎn)型。

鋰電制造亟需融合智能控制技術(shù)

伴隨著新能源汽車和儲能領域等下游應用行業(yè)的高速發(fā)展,鋰電池制造需求升級,更多的生產(chǎn)企業(yè)正將鋰電池生產(chǎn)與工業(yè)智能化技術(shù)相結(jié)合,先進的智能化制造設備和生產(chǎn)技術(shù)正成為高品質(zhì)、高效率鋰電池生產(chǎn)的重要保障。

高工鋰電注意到,針對動力電池智能制造要求,由芯片企業(yè)、工控企業(yè)、智能裝備企業(yè)等三方協(xié)作的解決方案應運而生。通過提供鋰電智能制造成套解決方案,幫助鋰電生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和效益的全面提升。

眾所周知,動力電池制造工藝流程包括了勻漿、涂布、模切、疊片、繞卷、化成、分容等工序。

作為鋰電池制造工藝中的重要工序,化成環(huán)節(jié)直接影響著鋰電池的性能。

在這一環(huán)節(jié)中,在電池負極表面形成鈍化薄層,即固體電解質(zhì)相界?(Solid?Electrolyte?Interface,SEI)?膜的表面厚度會直接影響鋰電池的自放電性、循環(huán)壽命、安全性、穩(wěn)定性等電化學性能,因此需要其盡量保持均勻。

在實際生產(chǎn)中,企業(yè)通常采用階梯式充放電的方法來生成SEI膜,但每個階梯由于所用材料和具體工藝的差異,對充放電電流、電壓,以及擱置時間也有著不同的要求。

同時,化成后的鋰電池還需要通過熱壓和冷壓的方式進行電池界面的整型,在生產(chǎn)過程中,須對溫度和壓力情況進行準確監(jiān)測和控制,以減小壓合力波動帶來的影響,保證產(chǎn)品的質(zhì)量與一致性。

傳統(tǒng)的人工控制方式顯然無法應對這一復雜多變的場景,一方面,化成環(huán)節(jié)中的參數(shù)調(diào)整窗口在極端情況下可能非常短暫,有時會短至操作人員的手眼來不及反應;另一方面,多種參數(shù)聯(lián)動下的復雜場景,也使操作人員難以以人工方式快速計算出最優(yōu)方案。

此外,傳統(tǒng)的化成設備使用多?PLC?(Programmable?Logic Controller,可編程邏輯控制器)交互控制,每組分容單元配置一臺 PLC,至少需要 15 臺 PLC 才能完成整線控制,控制器之間存在相互干擾,且用戶的開發(fā)難度較大,編程復雜。

為保證產(chǎn)品品質(zhì),要求化成分容設備精確控制電池充放電時的電流和電壓,以及生產(chǎn)過程中的壓力和溫度。此外,還需要設備適用不同的電池生產(chǎn)工藝,支持靈活配置產(chǎn)能。

為應對上述挑戰(zhàn),蘇州瀚川智能科技股份有限公司?(下簡:瀚川智能?)采用匯川技術(shù)基于英特爾 酷睿 i5 處理器、英特爾 工業(yè)邊緣控制平臺研發(fā)的?AC800?系列高性能智能機械控制器,使得鋰電池化成分容設備能夠?qū)毫蜏囟戎笜诉M行高效采集和精確控制。

在保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時,通過單元模塊化設計和立體式堆疊架構(gòu),簡化控制,實現(xiàn)柔性高效生產(chǎn)作業(yè),幫助鋰電生產(chǎn)企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量并降低總擁有成本 (Total Cost of Ownership,TCO)。

通過三方的協(xié)作努力,基于 AC800 系列控制系統(tǒng),全新構(gòu)建的鋰電池化成分容智能設備解決方案,已在實際部署應用中取得了顯著成效。

?設備通過采用單元模塊化設計,各工藝單元數(shù)量可根據(jù)電池工藝不同靈活配置,在化控制的同時,提高了柔性生產(chǎn)能力。

?實現(xiàn)了階梯充放電環(huán)節(jié)中電流和電壓的高精度控制,保證電池的化成品質(zhì)。

?準確監(jiān)測和控制壓力及溫度指標,保證電池的一致性,其中熱電阻的阻值精度能夠控制在 +/-0.2 歐姆,對應的溫度誤差控制在 +/-0.5 攝氏度,壓合力波動控制在 ±1牛頓,且無超調(diào)量。

?通過 AC802?總線控制方案,優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu),只需要兩臺?PLC?即可完成整線控制,避免控制器間的干擾的同時,簡化開發(fā)和運維,幫助企業(yè)降低了 TCO。

?設備采用立體式堆疊架構(gòu),內(nèi)部集成電源模塊,減小占地空間,提高了單位面積能。

瀚川智能表示,通過引進基于英特爾 酷睿 i5 處理器和英特爾 工業(yè)邊緣控制平臺的匯川 AC800系列控制系統(tǒng),公司的化成分容設備獲得了強大的處理能力和邊緣計算優(yōu)勢,可幫助生產(chǎn)企業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時,簡化控制,實現(xiàn)高效柔性生產(chǎn)。

基于IoT的鋰電智能制造有望提速

如果將眼界放寬,基于IoT的鋰電池智能制造有望進一步提速。

在智能制造轉(zhuǎn)型道路上,核心基礎的支撐平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,其底層為物聯(lián)網(wǎng)(IoT),物聯(lián)網(wǎng)負責采集數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。

因此,動力電池企業(yè)想走智能制造升級道路,物聯(lián)網(wǎng)是繞不開的環(huán)節(jié)。

此前,英特爾亞太區(qū)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)部中國區(qū)行業(yè)銷售經(jīng)理謝青山在公開訪談中指出,與普通用戶經(jīng)常接觸到的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有著兩個獨特的需求:

一是工業(yè)設備本身的功能安全性,設備在生產(chǎn)制造和運行過程中,保障安全運行,避免故障事故等;

二是信息安全,物聯(lián)網(wǎng)將人、物、數(shù)據(jù)、應用全部互聯(lián),打穿原來的封閉性工業(yè)總線網(wǎng)絡,這意味著企業(yè)在運營過程中,將有更大量的信息數(shù)據(jù)需要互通分析,領先的技術(shù)及工藝需求保密。

謝青山表示,站在英特爾角度,公司需要做的,是保障信息安全的同時,搭建公開透明的信息共享平臺,提供一站式智能物聯(lián)網(wǎng)解決方案,使智能制造實現(xiàn)更加簡單。

目前,英特爾依托于成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(IoT)應用基礎,與供應鏈及合作伙伴一起,做了大量以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為基礎的對設備管理和控制的各種各樣的硬件模塊、軟件。在能夠保障產(chǎn)線安全生產(chǎn)的同時,使之更加穩(wěn)定高效的運轉(zhuǎn)并實現(xiàn)更加低延時、高精確的控制,并在生產(chǎn)過程中做到實時反饋、閉環(huán)控制和預測性維護。

值得一提的是,雖說算力水平的提升已在不同程度上推動了制造業(yè)的智能化進程,但是智能物聯(lián)網(wǎng)解決方案從前期調(diào)研、開發(fā)人員程序編寫、最后將功能集成到芯片,前后需要三到五年才能實現(xiàn)。

在此大環(huán)境下,對于普通企業(yè)而言,尋找一套完全契合行業(yè)應用場景的解決方案仍需要付出高昂的研發(fā)成本與時間成本。

而英特爾成熟、通用、一體化的解決方案,正在成為智能制造快速落地的有力推動,這套技術(shù)的優(yōu)勢將有望在動力電池工廠中體現(xiàn),通過提高機器視覺等技術(shù),達到降本增效,成為集約化、智能化、數(shù)字化發(fā)展的“芯”引擎。

結(jié)語

總體來看,芯片巨頭的入局、技術(shù)方案的提升,在制造業(yè)的提質(zhì)、增效、降本、減耗等方面已經(jīng)開始發(fā)揮作用,智能制造在動力電池領域的滲透率有望進一步加快。隨著數(shù)據(jù)持續(xù)的積累和技術(shù)的升級迭代,智能制造的前景也將明朗開闊。

責任編輯:lq

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原文標題:動力電池智能制造“芯”引擎

文章出處:【微信號:weixin-gg-lb,微信公眾號:高工鋰電】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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