破解動力鋰離子電池模組＆PACK線智能化

繼《我國智能制造2025》規劃公布后，智能制造開始上升為國家戰略。隨著新能源汽車市場爆發，動力鋰離子電池產量逐步張大，對其性能的要求也越來越高。通常地，鋰電池加工的自動化水平筆直關系著電池的品質，因此全自動化在鋰電池行業內的使用日益被關注。

值得留意的是，去年國內多家公司已經配置了全自動的模組加工線，產量得到了分明的提升且加工品質也有所提高。與此同時，伴隨著智能化設備在動力鋰離子電池加工、組裝等環節的不斷介入，MES系統也被各大電芯與電池PACK廠商廣泛使用。

MES是ManufactoryExecutiveSystem的簡稱，動力鋰離子電池公司要想實現智能化制造，就要借助MES系統來實實際時質量監控、工藝緊要參數監控、產量及質量數據實時查詢、追溯加工過程并實現無紙化的加工管理。

目前看來，智能化的鋰電池模組線及PACK加工線的出現，成為動力鋰離子電池產業轉型升級的一種新的思路。另外，鋰電行業機器人使用已經過了試水階段，并且在行業內已經有了較為成熟的案例。

PACK定制化仍是主流

動力鋰離子電池的自動化集成業務一般蘊含模組和PACK的全自動/半自動組裝線、自動化設備集成、信息采集與傳輸（MES）、無人化車間軟硬件管理系統。

PACK作為動力鋰離子電池系統加工、設計和使用的關鍵步驟，是連接上游電芯加工與下游整車運用的核心環節，要大量成熟技術的相互交織與協作，緊要包括電池管理系統的定制化開發技術、熱管理技術、電流控制和測試技術、模組拼裝設計技術、鋁合金動力鋰離子電池外箱鑄造技術、計算機虛擬開發技術等。

“動力鋰離子電池系統PACK的定制化程度很高，針對不同整車廠商的不同車型，動力鋰離子電池系統的性能參數和指標要求差別較大，需與詳盡車型嚴格匹配，要求動力鋰離子電池系統PACK的設計、開發和調試均需與汽車整車設計理念相結合。”北京普萊德新能源電池科技有限公司常務副總裁楊槐表示，PACK要按照整車設計理念規劃動力鋰離子電池系統的指標和參數，并經過多次性能探測和匹配性探測，才能大規模加工和使用。

楊槐告訴記者，動力鋰離子電池系統研發需依據車廠客戶定制的詳盡需求進行，經過立項、辦法設計、內部試制、樣品探測、聯調聯試、國標認證、產品定型、向工信部交申請、工信部審查、工信部公布通告等階段，從立項到實現銷售的周期較長，通常從設備制造到交貨要3-6個月的時間。

由于當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加工工藝是相同的，這也對自動化產線提出了更多的要求。

“好的自動化加工線除了滿足以上硬件配置和工藝要求以外，還要重點關注其兼容性和‘整線節拍’。由于模組的不固定，所以來料的電芯、殼體、PCB板、連接片等都可能發生變化。加工線的兼容性就顯得尤其緊要。”江蘇拓新天機器人科技有限公司副總經理馬志樂指出。

而馬志樂提到的“整線節拍”，是指整條自動線均勻到每個工作站的工作時間節拍而非傳統意義上見到的流水線。傳統的加工線上，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，這樣就浪費了節拍和效率。

由此可見，動力鋰離子電池系統PACK的核心難點在于定制化的市場需求。優質的動力鋰離子電池系統PACK能夠基于車廠客戶不同車型的個性化需求，對動力鋰離子電池BMS辦法、熱管理、空間尺寸、結構強度、系統接口、IP等級和防護等進行定制化研發與設計，通過各種成熟技術的交互使用實現動力鋰離子電池包各模塊的有機結合，保障核心儲能裝置電芯的安全性和穩定性，同時有效升動力鋰離子電池系統與不同廠商的不同車型的匹配性和使用性。

“由于PACK的定制化程度很高，導致PACK很難真正的標準化，不過目前新能源大巴車的動力鋰離子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PACK的標準化產線，但是由于各種因素并未大規模推廣。

PACK系統是為電芯服務的，要保證一致性和高可靠性。關鍵因素有兩點，其一使用自動化程度高的先進智能裝備，從加工環節上進行控制，保證電池在每個制造節點上的一致性；其二提升PACK工藝水平。據楊槐透露，不久之后，普萊德會推出PACK的模組自動化加工線，緊要適用于電動大巴的動力鋰離子電池上。

關于當前的PACK行業來說，一般要承擔兩個緊要功能：傳送和測試。目前各大龍頭廠家普遍使用了全自動的PACK組裝產線，當然也包括應對復雜的加工工藝、適應工作環境的要求等，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PACK大廠的動向來看，均開始涉足智能化的鋰電池模組產線及PACK加工線，將智能化作為動力鋰離子電池產業轉型升級的新思路。“實現PACK線的智能化，能夠為鋰電池公司提高加工效率、降低加工成本、完善數據追溯、提高電池質量，為公司最終實現智能制造打造堅實的基礎。”馬志樂說道。

楊槐直言到，“整個新能源汽車產業的自動化還沒有完全實現，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商供應的包裝，也可以是廠家經過測試后統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據信息）、電芯極性測試（有無放反方向）、電芯分選和電阻值（DCIR）測試，并將不良品剔除。依據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-模組測試-連接片焊接-BMS系統連接-模組終測試-模組下料等工序。

而通過軟硬件的搭配之后，MES系統的集成可以筆直將上述加工線打造成準無人化的加工車間，人工只要在線外進行物料的補充即可。

在楊槐看來，目前PACK面對的挑戰緊要有以下四個方面：首先是安全性，這不僅僅是PACK面對的問題，也是整個行業一直在努力處理的問題，能量密度越高，安全性能面對的挑戰就越大，所以安全性的設計和技術運用，這是比較大的挑戰。

其次是可靠性，動力鋰離子電池和消費類電池差別很大，動力鋰離子電池的運作比較大，要怎么樣在目前的技術基礎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。

再次是環境適應性，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、溫度等不同導致電池性能要求有所不同，這也是動力鋰離子電池系統要處理的課題，使其各種各樣的環境下都能安全運行。

最后是性價比，新能源汽車要怎么樣與傳統汽車去競爭，獲得消費者的酷愛，就要從技術層面到價格層面去處理。

“實現PACK自動化，提高了安全性不說，也減少了人為因素關于產品和加工過程的干涉，可靠性大大新增。從PACK的構成到模組的構成，再到每一道工序的詳盡參數、電芯的數據、其他來料的信息等，都可以通過MES系統快速查詢并得到信息，從而有效提成加工管理水平，有效降低了加工成本。”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實在離不開人工的協助，所以半自動的PACK成為了各廠家的主流配置。當然越來越多的客戶會要求將PACK和模組的MES系統集成在一起，以便更好的管理和快速的查詢，這關于系統集成商來說又是一個小小的挑戰。

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