鉅大LARGE | 點擊量：1248次 | 2021年06月17日
動力鋰電池智能制造“芯”引擎
智能制造從來不是裝備公司的孤軍奮戰(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(shè)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(chǔ)。
隨著智能制造在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域的進一步滲透，作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，新能源汽車及動力鋰電池產(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(wù)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，開展智能廠、數(shù)字化車間應(yīng)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)。
要重視的是，作為新能源汽車的核心零部件，動力鋰電池的規(guī)模化、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，動力鋰電池從GWh到TWh的制造需求被提出，產(chǎn)品安全更被視為重中之重。
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充電溫度：0~45℃
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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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)階段動力鋰電池公司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(shè)，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，已成為動力鋰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公司也正積極參與到動力鋰電池智能制造過程當(dāng)中，幫助公司提升生產(chǎn)自動化水平，優(yōu)化公司流程管理與運營能力，從邊緣到云端支持公司用戶實現(xiàn)智能制造的應(yīng)用與部署，加快推動動力鋰電池制造智能化轉(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(lǐng)域等下游應(yīng)用行業(yè)的高速發(fā)展，鋰離子電池制造需求升級，更多的生產(chǎn)公司正將鋰離子電池生產(chǎn)與工業(yè)智能化技術(shù)相結(jié)合，先進的智能化制造設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)正成為高品質(zhì)、高效率鋰離子電池生產(chǎn)的重要保障。
高工鋰電注意到，針對動力鋰電池智能制造要求，由芯片公司、工控公司、智能裝備公司等三方協(xié)作的解決方法應(yīng)運而生。通過供應(yīng)鋰電智能制造成套解決方法，幫助鋰電生產(chǎn)公司實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和效益的全面提升。
眾所周知，動力鋰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。
作為鋰離子電池制造工藝中的重要工序，化成環(huán)節(jié)直接影響著鋰離子電池的性能。
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(SolidElectrolyteInterface，SEI)膜的表面厚度會直接影響鋰離子電池的自放電性、循環(huán)壽命、安全性、穩(wěn)定性等電化學(xué)性能，因此要其盡量保持均勻。
在實際生產(chǎn)中，公司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，化成后的鋰離子電池還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(yīng)對這一復(fù)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(yīng)；另一方面，多種參數(shù)聯(lián)動下的復(fù)雜場景，也使操作人員難以以人工方式快速計算出最優(yōu)方法。
此外，傳統(tǒng)的化成設(shè)備使用多PLC(ProgrammableLogicController，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(fù)雜。
為保證產(chǎn)品品質(zhì)，要求化成分容設(shè)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，還要設(shè)備適用不同的電池生產(chǎn)工藝，支持靈活配置產(chǎn)量。
為應(yīng)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，使得鋰離子電池化成分容設(shè)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(shè)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)公司提升產(chǎn)品質(zhì)量并降低總擁有成本(TotalCostofOwnership，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)建的鋰離子電池化成分容智能設(shè)備解決方法，已在實際部署應(yīng)用中取得了顯著成效：
1、設(shè)備通過采用單元模塊化設(shè)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)量力。
2、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)。
3、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(yīng)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。
4、通過AC802總線控制方法，優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)，只要兩臺PLC即可完成整線控制，防止控制器間的干擾的同時，簡化開發(fā)和運維，幫助公司降低了TCO。
5、設(shè)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。
川智能表示，通過引進基于英特爾酷睿?i5處理器、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(shè)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)公司在保證產(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
假如將眼界放寬，基于IoT的鋰離子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(chǔ)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(zé)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，動力鋰電池公司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)部我國區(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(shè)備本身的功能安全性，設(shè)備在生產(chǎn)制造和運行過程中，保障安全運行，防止故障事故等；
二是信息安全，物聯(lián)網(wǎng)將人、物、數(shù)據(jù)、應(yīng)用全部互聯(lián)，打穿原來的封閉性工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)，這意味著公司在運營過程中，將有更大量的信息數(shù)據(jù)要互通分析，領(lǐng)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，供應(yīng)一站式智能物聯(lián)網(wǎng)解決方法，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(yīng)用基礎(chǔ)，與供應(yīng)鏈及合作伙伴一起，做了大量以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的對設(shè)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(yù)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)解決方法從前期調(diào)研、開發(fā)人員程序編寫、最后將功能集成到芯片，前后要三到五年才能實現(xiàn)。
在此大環(huán)境下，關(guān)于普通公司而言，尋找一套完全契合行業(yè)應(yīng)用場景的解決方法仍要付出高昂的研發(fā)成本與時間成本。
而英特爾成熟、通用、一體化的解決方法，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)勢將有望在動力鋰電池廠中體現(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)方法的提升，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)揮用途，智能制造在動力鋰電池領(lǐng)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。
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