海目星：精準狙擊行業(yè)痛點(diǎn)，提升中段裝配效率和質(zhì)量
在高確定性需求下，動(dòng)輒數十GWh的動(dòng)力、儲能電池項目頻頻落地，頭部電池企業(yè)在建、規劃產(chǎn)能已達數百GWh。動(dòng)力電池已進(jìn)入大規模生產(chǎn)階段，電池企業(yè)對于產(chǎn)線(xiàn)的設備集成度、工序銜接水平、智能化產(chǎn)線(xiàn)能力，以及整體生產(chǎn)節拍、員工素養都提出了顛覆性的要求，極大考驗著(zhù)鋰電裝備企業(yè)的研發(fā)、創(chuàng )新和快速響應能力。
與此同時(shí)，從多項目、多品種電池產(chǎn)線(xiàn)和多批次供應商來(lái)料管理，以及電池廠(chǎng)商自身工藝差別來(lái)看，電池企業(yè)對中段裝配產(chǎn)線(xiàn)的個(gè)性化能力需求也愈發(fā)凸顯。
日前，“第七屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2022)”在中國上海舉辦。本屆峰會(huì )由宏工科技總冠名，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )、電池中國網(wǎng)主辦，明冠鋰膜、東方證券聯(lián)合主辦，動(dòng)力電池應用分會(huì )、壹能(北京)網(wǎng)絡(luò )科技有限公司承辦，無(wú)錫先導智能、申能東方能源研究院聯(lián)合承辦。
海目星激光科技集團股份有限公司高級研發(fā)總監龍蓉在“新能源汽車(chē)核心技術(shù)迭代與升級”主題論壇上，發(fā)表了題為“鋰電池中段裝配線(xiàn)集成方案，精準狙擊行業(yè)痛點(diǎn)”的主題演講。
圖為海目星激光科技集團股份有限公司高級研發(fā)總監龍蓉發(fā)表演講
據悉，鋰電裝配線(xiàn)主要用于裸電芯成型、相關(guān)配件(如轉接片、蓋板、MYLAR膜等)組接，通過(guò)不同連接工藝進(jìn)行組裝、以及電芯與殼體的焊接封口。傳統裝配線(xiàn)設備主要包括預熱爐、熱壓機、配對機、超聲波焊接機、轉接片焊接機、包膜機、入殼機、頂蓋焊接機、氦檢機等設備。
值得注意的是，目前每家電池廠(chǎng)商為了差異化競爭，或結合自身研發(fā)優(yōu)勢，在電池制造工藝，尤其是中段工藝方面也會(huì )有諸多區別，以目前的方形電池為例，就包括卷繞/疊片工藝、疊片工藝(兩側出極耳)、刀片工藝(短刀)等多種。
在龍蓉看來(lái)，電池工藝多樣化、生產(chǎn)制程管控難度大、電池質(zhì)量難以提升、運維成本高等是目前整個(gè)裝配線(xiàn)存在較為普遍的痛點(diǎn)。
針對電池工藝多樣化，龍蓉表示，最好的出路就是實(shí)現標準化。“中段裝配線(xiàn)跟電池工藝關(guān)聯(lián)性比較強，每一家工藝，包括制程、生產(chǎn)迅速都可能會(huì )有所差別，相較于卷繞機、疊片機等前端設備，中段設備設計、采購、生產(chǎn)周期都會(huì )長(cháng)一些，備品品鑒種類(lèi)更多，設備成本更高，”龍蓉進(jìn)一步解釋道，在這種情況下，對成熟模塊進(jìn)行標準化就是非常好的策略，通過(guò)模塊標準化或者基材標準化，可以縮短生產(chǎn)開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費用，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低維護的人力和備品換件成本。
圖為海目星中段裝配線(xiàn)標準化圖譜
基于對鋰電中段產(chǎn)線(xiàn)的深度理解，以及在中段環(huán)節鋰電裝備的研發(fā)和應用經(jīng)驗，海目星結合現有電池制造痛點(diǎn)和產(chǎn)線(xiàn)、技術(shù)和工藝發(fā)展趨勢，依托相關(guān)技術(shù)，針對通用共性模塊和專(zhuān)機等提出了不同的標準化模塊及設備。
考慮到不同電池廠(chǎng)家生產(chǎn)的藍本電池可能會(huì )有多種，如何實(shí)現快速換型?龍蓉表示，快速換型主要與夾制具、抓手、電池接觸部分有關(guān)，海目星在設計時(shí)考慮將夾制具、抓手做到自動(dòng)調節，兼容不同的厚度和不同的寬度。
設備安全方面，海目星綜合考慮和實(shí)現了上料口安全物理隔離、維護口安全光柵防護、電池斷電斷氣保護、重點(diǎn)工位高清攝相頭監控、激光工位自動(dòng)滅火裝置、帶電電池工站絕緣防護、電氣互鎖防呆和軟控數據自動(dòng)備份。
產(chǎn)線(xiàn)OEE提升方面，龍蓉指出，首先要對生產(chǎn)的數據精準采集，可以通過(guò)在MES或軟控把需要采集的數據寫(xiě)進(jìn)去，“寫(xiě)進(jìn)去的數據是要具備分析價(jià)值的，不是為了采集數據而采集?！監EE主要體現在四個(gè)部分：
第一個(gè)，輔料的備料時(shí)間，有些頻繁換料的工位，盡量考慮實(shí)現自動(dòng)換料。
第二個(gè)，易損件，如何提高易損件的壽命，設計時(shí)盡量考慮減少易損件的設計。
第三個(gè)，各工序CT平衡，提高每個(gè)工站的連貫性。
第四個(gè)，標準化內容，提高低儲模塊的穩定性。
中段裝配粉塵控制對提升電池安全性、質(zhì)量至關(guān)重要。龍蓉表示，要實(shí)現中段環(huán)節粉塵控制，首先要弄清楚粉塵產(chǎn)生的機理;其次針對性地作出優(yōu)化和改進(jìn)。
據龍蓉介紹，基于粉塵產(chǎn)生機理分析，主要是通過(guò)：減少金屬與金屬摩擦、選擇耐磨非金屬材質(zhì)、設備環(huán)境管控FFU、除塵方案流體仿真和粉塵源物理隔離等。
以仿真模擬分析為例，龍蓉指出，在裝配線(xiàn)環(huán)節，一般企業(yè)在做仿真時(shí)只關(guān)注超聲波焊接中的仿真模擬，往往會(huì )忽略超聲波焊接后的仿真模擬，“有些粉塵在焊接過(guò)程中會(huì )有一些死角除不干凈，焊接完后進(jìn)行仿真模擬，可以保證盡量減少粉塵的黏附?！?/p>
提高焊接質(zhì)量方面，龍蓉指出，入殼前對蓋板及鋁殼進(jìn)行擦拭清潔;前端夾具盡量少接觸頂蓋側邊、接觸位置進(jìn)行材質(zhì)優(yōu)選;增大外環(huán)光斑，使用100/600芯徑的環(huán)形光斑激光器，提升焊接穩定性等都對提高焊接質(zhì)量有所助益。
降低廠(chǎng)房運維成本方面，龍蓉給出的建議是，一是廠(chǎng)房能耗：精準分析計算水電氣使用量，避免過(guò)設計;合理設計，減少能量流失;善于使用能量轉換結構，如小動(dòng)力增力等。
人員技能方面，龍蓉指出，受電池廠(chǎng)商擴產(chǎn)影響，鋰電產(chǎn)線(xiàn)不斷增加，人員需求成倍增加，但是人員培訓遠遠跟不上產(chǎn)線(xiàn)增長(cháng)速度，這就要求在設計時(shí)，充分考慮如何人性化設計，操作簡(jiǎn)單，降低人工要求;設計充分考慮維護性，降低調試難度;設備可視化，基準化，縮短調試周期。
耗品備品方面，通過(guò)標準化設計，減少備品種類(lèi);設計考慮快插或快換式，甚至自動(dòng)更換;軟件數據化提示，縮短備料等待時(shí)間。
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