鋰電后段分容設(shè)備技術(shù)醞釀“變天”

當(dāng)產(chǎn)品進入成熟周期，在制造端實現(xiàn)極致節(jié)能、極致提效、極致降本，成為中國動力電池企業(yè)提升核心競爭力及全球話語權(quán)的必經(jīng)之路。

應(yīng)對極致節(jié)能、極致提效、極致降本需求，中國鋰電智能裝備企業(yè)正在致力于技術(shù)迭代與挖潛革新，提升產(chǎn)品價值與技術(shù)輸出，以領(lǐng)先的商業(yè)化方案構(gòu)筑超強護城河。

作為電芯產(chǎn)線能耗最高的環(huán)節(jié)之一，化成分容設(shè)備能耗占據(jù)整線能耗約40%。尤其隨著單線產(chǎn)能越來越高，無論是從減少電能消耗、節(jié)省電費成本角度，還是從面向雙碳目標(biāo)減少碳排放需求來看，解決化成分容設(shè)備能耗問題已經(jīng)迫在眉睫。

傳統(tǒng)并聯(lián)分容分體機單條拉線配電容量達(dá)到68%，即便發(fā)展到了二代的分容一體機方案，單條拉線配電容量仍達(dá)54%。這也意味著，繼續(xù)沿用此前的技術(shù)和設(shè)備已無法滿足要求。

高工鋰電注意到，由于降本增效優(yōu)勢明顯，同時滿足電能智慧調(diào)度需求，寧德時代、弗迪電池、中創(chuàng)新航、億緯鋰能、LGES、SK On等頭部電池企業(yè)在新一輪化成分容線招標(biāo)大多數(shù)以“高壓直流母線”方案為主，2023年預(yù)計該方案的滲透率會不斷加快。而在電源器件革新上，頭部電池企業(yè)也開始采用氮化鎵DC/DC電源方案來取代原有硅半導(dǎo)體DC/DC電源方案。

在近期舉行的2023CIBF上，鋰電后段整線解決方案供應(yīng)商智佳能，在行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先推出第三代氮化鎵分容水冷一體機，采用?壓直流?線技術(shù)，氮化鎵并聯(lián)電源模塊設(shè)計，提升整機效率。實現(xiàn)模塊充電效率≥90%，模塊放電效率≥88%，單條拉線綜合耗電量僅25.7%。

高壓直流母線方案滲透加快

從鋰電化成分容電源技術(shù)趨勢看，鋰電池化成分容線正在導(dǎo)入高壓直流母線方案替代原有的AC/DC+DC/DC方案。核心原因在于：

1、集成后的電源模塊直接放在電池頂端和探針連接，能夠節(jié)省銅線，可以降低成本15-20%。

2、集成電源的充放電效率能提升8-10%，從而節(jié)省電耗成本。

3、高壓直流母線方案可擴展功能性強，不僅能夠應(yīng)用在化成分容電源領(lǐng)域，也可應(yīng)用在儲能領(lǐng)域，形成高壓直流微網(wǎng)，光伏、PCS等可以接到母線上，存儲多余能量，并可實現(xiàn)波峰波谷的智能調(diào)度。

根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）預(yù)計，2025年中國鋰電池化成分容生產(chǎn)線市場規(guī)模有望達(dá)到250億元。到2025年，除小型實驗室用電芯充放電測試設(shè)備及高電壓的PACK充放電測試設(shè)備市場，高壓直流母線方案將成為鋰電池企業(yè)化成分容生產(chǎn)線的主流技術(shù)。

智佳能創(chuàng)始人、CEO張昆明介紹，智佳能推出第三代分容水冷一體機，電源模塊采用高壓直流母線技術(shù)，解決了目前困擾電芯廠分容工藝包括產(chǎn)線建設(shè)成本高、容量測試精度控制難、系統(tǒng)擴展功能受限等行業(yè)痛點難題。

相較于第一代并聯(lián)分體分容機方案，第三代分容水冷一體機方案系統(tǒng)效率高，1條拉線配電容量僅25.7%，每平方米空調(diào)功率僅需0.1P，排風(fēng)量0.1L，報建成本更具優(yōu)勢。由于設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省?量導(dǎo)線?度，有效降低設(shè)備成本，交流端PCS僅需配置0.6P功率，使得建設(shè)成本也進一步降低。

在建設(shè)周期方面，無論是在廠房風(fēng)管、水管安裝，還是在設(shè)備接線調(diào)試階段，時間僅需并聯(lián)分體分容機方案的1/3，且無交叉施工，大幅縮短建設(shè)周期。

在容量測試精度控制上，電流精度為絕對精度，所有電芯溫度可控制在±3℃，工藝精度容量偏差更小。

在系統(tǒng)擴展功能上，數(shù)據(jù)分析采用數(shù)據(jù)存儲，查詢速度快，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，容量預(yù)測算法導(dǎo)入。界面部署采取服務(wù)器+web界面廣播形式，web界面可以布置在IOS、安卓等平臺，分布式操作界面，操作簡易。

此外，該方案母線預(yù)留了光伏擴展接口，為后續(xù)綠電接入提供充足便利。

高工鋰電分析認(rèn)為，隨著新一代分容水冷一體機的推出，智佳能在鋰電池后段智能裝備整線的技術(shù)優(yōu)勢、方案優(yōu)勢上將實現(xiàn)更大的“躍階”。

分容水冷一體機

第三代氮化鎵電源方案“崛起”

張昆明表示，智佳能第三代分容水冷一體機除了采用高壓直流母線技術(shù)之外，單條拉線綜合耗電量成本大幅降低，背后的關(guān)鍵在于公司最新研發(fā)的氮化鎵并聯(lián)電源模塊。

相較于第一代并聯(lián)分體分容機方案，智佳能第三代分容水冷一體機采用氮化鎵并聯(lián)電源模塊設(shè)計，電流電壓精度達(dá)到±0.025%FS+±0.025%RD，庫位電芯溫度可控制在±3℃。實現(xiàn)模塊充電效率≥90%，模塊放電效率≥88%，1條拉線綜合耗電量壓縮至25.7%。

氮化鎵被譽為第三代半導(dǎo)體材料，具有高頻率、寬禁帶、超耐溫的特性，具有更小的晶體管、更短的電流路徑和超低的電阻及電容等優(yōu)勢，可以在更小的器件空間內(nèi)處理更大的電場。

與硅半導(dǎo)體材料相比，氮化鎵的優(yōu)勢在于能夠大幅提升電源系統(tǒng)的效率并且減小系統(tǒng)的體積，使得電源系統(tǒng)體積縮小4倍，重量減輕4倍，效率提升4倍，大幅降低分容設(shè)備能耗，并且可以進一步降低系統(tǒng)其他部件成本。

需要指出的是，氮化鎵電源模塊在行業(yè)內(nèi)仍存在較高的技術(shù)門檻。如：采用氮化鎵器件，在高頻下磁元件損耗會顯著增大，磁性元件散熱受阻。除了開關(guān)頻率提高外，開關(guān)過程的上升沿也會變陡，增大電磁干擾的頻譜頻率和幅值。

此外，使用氮化鎵器件的電源，為配合發(fā)揮氮化鎵材料的高頻、高溫工作特性，相對適配傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體材料而言，電源對變壓器和電感器的用料和設(shè)計都有更高的要求。

而智佳能是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)少數(shù)實現(xiàn)氮化鎵電源模塊技術(shù)突破及量產(chǎn)的后段智能裝備企業(yè)。

張昆明指出，智佳能第三代氮化鎵電源容量一體機技術(shù)方案已經(jīng)成熟。在頭部電池企業(yè)引領(lǐng)下，氮化鎵技術(shù)方案走向行業(yè)一統(tǒng)只是時間上的事。

值得一提的是，CIBF展會上，智佳能與TüV南德簽署自動化產(chǎn)線類設(shè)備檢測、認(rèn)證的全方位戰(zhàn)略合作。這一動作，也將進一步提升智佳能在海外的品牌影響力與競爭力。

當(dāng)前，隨著歐洲能源危機逐漸加深，要解決歐洲短期能源危機和長期內(nèi)實現(xiàn)碳中和，節(jié)約能源與增加可再生能源規(guī)模至關(guān)重要。容量一體機氮化鎵技術(shù)方案，無論對于中國動力電池企業(yè)出海建廠，還是對于歐洲崛起的電池企業(yè)而言，目前而言都是“最優(yōu)解”。

整體來看，智佳能在后段檢測設(shè)備已擁有分容機、OCV測試機、CT離線檢測機等核心檢測產(chǎn)品。在后段核心單機產(chǎn)品上，公司形成了堆垛機、滾筒輸送線、NG挑選機、RGV穿梭??、機械?拆組盤機、拆疊盤機、拔釘機、插釘機、提升機、?精密?潔凈度提升機等完整產(chǎn)品矩陣。兼具FGS化成分容及檢測系統(tǒng)、WMS倉庫管理系統(tǒng)、WCS倉儲控制系統(tǒng)構(gòu)等智能軟件系統(tǒng)的自主研發(fā)。

毫無疑問，新一代容量一體機氮化鎵技術(shù)方案的推出，也將讓智佳能在鋰電后段整線方案的競爭力進一步升維。

審核編輯：劉清