鉅大LARGE | 點擊量：1260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的階躍。
回溯過去近30年，互聯網技術的進步給工業(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、數字化轉型升級打下了堅實基礎。
隨著智能制造在傳統制造領域的進一步滲透，作為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)，新能源汽車及動力鋰電池產業(yè)的智能制造發(fā)展規(guī)劃也被明確提出。
根據國務院印發(fā)的新能源汽車產業(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、數字化車間應用示范。攻關新能源汽車智能制造海量異構數據組織分析、可重構柔性制造系統集成控制等關鍵技術。
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)?；?、自動化制造已在路上。然而，基于全球新能源產業(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，產品安全更被視為重中之重。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
因此，實現智能化、柔性化、數字化生產，成就產品高一致性、高安全性、高品質、高效率生產，成為現階段動力鋰電池公司制造升級的迫切需求。
高工鋰電獲悉，依托物聯網（IoT）、大數據等新興技術，對傳統產線數字化改造及建設，提升制造業(yè)的智能化、效率和互聯互通，實現增效降本，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中，幫助公司提升生產自動化水平，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智能制造的應用與部署，加快推動動力鋰電池制造智能化轉型。
鋰電制造亟需融合智能控制技術
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，鋰離子電池制造需求升級，更多的生產公司正將鋰離子電池生產與工業(yè)智能化技術相結合，先進的智能化制造設備和生產技術正成為高品質、高效率鋰離子電池生產的重要保障。
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作的解決方法應運而生。通過供應鋰電智能制造成套解決方法，幫助鋰電生產公司實現產品質量、生產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)定性等電化學性能，因此要其盡量保持均勻。
在實際生產中，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，保證產品的質量與一致性。
傳統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)中的參數調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，多種參數聯動下的復雜場景，也使操作人員難以以人工方式快速計算出最優(yōu)方法。
此外，傳統的化成設備使用多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，編程復雜。
為保證產品品質，要求化成分容設備精確控制電池充放電時的電流和電壓，以及生產過程中的壓力和溫度。此外，還要設備適用不同的電池生產工藝，支持靈活配置產量。
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備能夠對壓力和溫度指標進行高效采集和精確控制。
在保證產品品質的同時，通過單元模塊化設計和立體式堆疊架構，簡化控制，實現柔性高效生產作業(yè)，幫助鋰電生產公司提升產品質量并降低總擁有成本(TotalCostofOwnership，TCO)。
通過三方的協作努力，基于AC800系列控制系統，全新構建的鋰離子電池化成分容智能設備解決方法，已在實際部署應用中取得了顯著成效：
1、設備通過采用單元模塊化設計，各工藝單元數量可根據電池工藝不同靈活配置，在化控制的同時，提高了柔性生產量力。
2、實現了階梯充放電環(huán)節(jié)中電流和電壓的高精度控制，保證電池的化成品質。
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，且無超調量。
4、通過AC802總線控制方法，優(yōu)化拓撲結構，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、設備采用立體式堆疊架構，內部集成電源模塊，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，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，可幫助生產公司在保證產品質量的同時，簡化控制，實現高效柔性生產。
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。
在智能制造轉型道路上，核心基礎的支撐平臺是工業(yè)互聯網平臺，其底層為物聯網（IoT），物聯網負責采集數據、管理數據、存儲數據和分析數據。
因此，動力鋰電池公司想走智能制造升級道路，物聯網是繞不開的環(huán)節(jié)。
此前，英特爾亞太區(qū)物聯網事業(yè)部我國區(qū)行業(yè)銷售經理謝青山在公開訪談中指出，與普通用戶經常接觸到的互聯網技術相比，工業(yè)互聯網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，物聯網將人、物、數據、應用全部互聯，打穿原來的封閉性工業(yè)總線網絡，這意味著公司在運營過程中，將有更大量的信息數據要互通分析，領先的技術及工藝需求保密。
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，供應一站式智能物聯網解決方法，使智能制造實現更加簡單。
目前，英特爾依托于成熟的物聯網技術（IoT）應用基礎，與供應鏈及合作伙伴一起，做了大量以工業(yè)物聯網為基礎的對設備管理和控制的各種各樣的硬件模塊、軟件。在能夠保障產線安全生產的同時，使之更加穩(wěn)定高效的運轉并實現更加低延時、高精確的控制，并在生產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，但是智能物聯網解決方法從前期調研、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。
在此大環(huán)境下，關于普通公司而言，尋找一套完全契合行業(yè)應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，這套技術的優(yōu)勢將有望在動力鋰電池廠中體現，通過提高機器視覺等技術，達到降本增效，成為集約化、智能化、數字化發(fā)展的“芯”引擎。
結語
總體來看，芯片巨頭的入局、技術方法的提升，在制造業(yè)的提質、增效、降本、減耗等方面已經開始發(fā)揮用途，智能制造在動力鋰電池領域的滲透率有望進一步加快。隨著數據持續(xù)的積累和技術的升級迭代，智能制造的前景也將明朗開闊。
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