鋰電制造亟需融合智能控制技術(shù)

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(jí)，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(jìn)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(dòng)高性能運(yùn)算設(shè)備成本的大幅下降，為制造業(yè)從半自動(dòng)、自動(dòng)化向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隨著智能制造在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域的進(jìn)一步滲透，作為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，新能源汽車及動(dòng)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(guó)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，開展智能工廠、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)。
需要重視的是，作為新能源汽車的核心零部件，動(dòng)力電池的規(guī)?；?、自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)力電池企業(yè)制造升級(jí)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(duì)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(shí)現(xiàn)增效降本，已成為動(dòng)力電池裝備制造升級(jí)或改造的共同思路。

瞄準(zhǔn)此機(jī)遇，以英特爾為代表的芯片企業(yè)也正積極參與到動(dòng)力電池智能制造過程當(dāng)中，幫助企業(yè)提升生產(chǎn)自動(dòng)化水平，優(yōu)化企業(yè)流程管理與運(yùn)營(yíng)能力，從邊緣到云端支持企業(yè)用戶實(shí)現(xiàn)智能制造的應(yīng)用與部署，加快推動(dòng)動(dòng)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(chǔ)能領(lǐng)域等下游應(yīng)用行業(yè)的高速發(fā)展，鋰電池制造需求升級(jí)，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(jìn)的智能化制造設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)正成為高品質(zhì)、高效率鋰電池生產(chǎn)的重要保障。

高工鋰電注意到，針對(duì)動(dòng)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(yīng)運(yùn)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(shí)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(dòng)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(fù)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(huì)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(xué)性能，因此需要其盡量保持均勻。

在實(shí)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(gè)階梯由于所用材料和具體工藝的差異，對(duì)充放電電流、電壓，以及擱置時(shí)間也有著不同的要求。

同時(shí)，化成后的鋰電池還需要通過熱壓和冷壓的方式進(jìn)行電池界面的整型，在生產(chǎn)過程中，須對(duì)溫度和壓力情況進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和控制，以減小壓合力波動(dòng)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(duì)這一復(fù)雜多變的場(chǎng)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(shí)會(huì)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(dòng)下的復(fù)雜場(chǎng)景，也使操作人員難以以人工方式快速計(jì)算出最優(yōu)方案。

此外，傳統(tǒng)的化成設(shè)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(tái) PLC，至少需要 15 臺(tái) 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(shí)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(shè)備適用不同的電池生產(chǎn)工藝，支持靈活配置產(chǎn)能。

為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，蘇州瀚川智能科技股份有限公司?(下簡(jiǎn)：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(tái)研發(fā)的?AC800?系列高性能智能機(jī)械控制器，使得鋰電池化成分容設(shè)備能夠?qū)毫蜏囟戎笜?biāo)進(jìn)行高效采集和精確控制。

在保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，通過單元模塊化設(shè)計(jì)和立體式堆疊架構(gòu)，簡(jiǎn)化控制，實(shí)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(shè)備解決方案，已在實(shí)際部署應(yīng)用中取得了顯著成效。

?設(shè)備通過采用單元模塊化設(shè)計(jì)，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(shí)，提高了柔性生產(chǎn)能力。

?實(shí)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(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和控制壓力及溫度指標(biāo)，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(duì)應(yīng)的溫度誤差控制在 +/-0.5 攝氏度，壓合力波動(dòng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只需要兩臺(tái)?PLC?即可完成整線控制，避免控制器間的干擾的同時(shí)，簡(jiǎn)化開發(fā)和運(yùn)維，幫助企業(yè)降低了 TCO。

?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。

瀚川智能表示，通過引進(jìn)基于英特爾 酷睿 i5 處理器和英特爾 工業(yè)邊緣控制平臺(tái)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(qiáng)大的處理能力和邊緣計(jì)算優(yōu)勢(shì)，可幫助生產(chǎn)企業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，簡(jiǎn)化控制，實(shí)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(jìn)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(tái)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，其底層為物聯(lián)網(wǎng)（IoT），物聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。

因此，動(dòng)力電池企業(yè)想走智能制造升級(jí)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(guó)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(gè)獨(dú)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(yùn)行過程中，保障安全運(yùn)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(yīng)用全部互聯(lián)，打穿原來的封閉性工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)，這意味著企業(yè)在運(yùn)營(yíng)過程中，將有更大量的信息數(shù)據(jù)需要互通分析，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，公司需要做的，是保障信息安全的同時(shí)，搭建公開透明的信息共享平臺(tái)，提供一站式智能物聯(lián)網(wǎng)解決方案，使智能制造實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)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(duì)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(shí)，使之更加穩(wěn)定高效的運(yùn)轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)更加低延時(shí)、高精確的控制，并在生產(chǎn)過程中做到實(shí)時(shí)反饋、閉環(huán)控制和預(yù)測(cè)性維護(hù)。

值得一提的是，雖說算力水平的提升已在不同程度上推動(dòng)了制造業(yè)的智能化進(jìn)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(shí)現(xiàn)。

在此大環(huán)境下，對(duì)于普通企業(yè)而言，尋找一套完全契合行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的解決方案仍需要付出高昂的研發(fā)成本與時(shí)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(dòng)，這套技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將有望在動(dòng)力電池工廠中體現(xiàn)，通過提高機(jī)器視覺等技術(shù)，達(dá)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(dòng)力電池領(lǐng)域的滲透率有望進(jìn)一步加快。隨著數(shù)據(jù)持續(xù)的積累和技術(shù)的升級(jí)迭代，智能制造的前景也將明朗開闊。

責(zé)任編輯：lq