海目星：精準狙擊行業(yè)痛點，提升中段裝配效率和質(zhì)量
在高確定性需求下，動輒數(shù)十GWh的動力、儲能電池項目頻頻落地，頭部電池企業(yè)在建、規(guī)劃產(chǎn)能已達數(shù)百GWh。動力電池已進入大規(guī)模生產(chǎn)階段，電池企業(yè)對于產(chǎn)線的設(shè)備集成度、工序銜接水平、智能化產(chǎn)線能力，以及整體生產(chǎn)節(jié)拍、員工素養(yǎng)都提出了顛覆性的要求，極大考驗著鋰電裝備企業(yè)的研發(fā)、創(chuàng)新和快速響應(yīng)能力。
與此同時，從多項目、多品種電池產(chǎn)線和多批次供應(yīng)商來料管理，以及電池廠商自身工藝差別來看，電池企業(yè)對中段裝配產(chǎn)線的個性化能力需求也愈發(fā)凸顯。
日前，“第七屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2022)”在中國上海舉辦。本屆峰會由宏工科技總冠名，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、電池中國網(wǎng)主辦，明冠鋰膜、東方證券聯(lián)合主辦，動力電池應(yīng)用分會、壹能(北京)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司承辦，無錫先導(dǎo)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(jiān)龍蓉在“新能源汽車核心技術(shù)迭代與升級”主題論壇上，發(fā)表了題為“鋰電池中段裝配線集成方案，精準狙擊行業(yè)痛點”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(jiān)龍蓉發(fā)表演講
據(jù)悉，鋰電裝配線主要用于裸電芯成型、相關(guān)配件(如轉(zhuǎn)接片、蓋板、MYLAR膜等)組接，通過不同連接工藝進行組裝、以及電芯與殼體的焊接封口。傳統(tǒng)裝配線設(shè)備主要包括預(yù)熱爐、熱壓機、配對機、超聲波焊接機、轉(zhuǎn)接片焊接機、包膜機、入殼機、頂蓋焊接機、氦檢機等設(shè)備。
值得注意的是，目前每家電池廠商為了差異化競爭，或結(jié)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有諸多區(qū)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(cè)出極耳)、刀片工藝(短刀)等多種。
在龍蓉看來，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裝配線存在較為普遍的痛點。
針對電池工藝多樣化，龍蓉表示，最好的出路就是實現(xiàn)標準化。“中段裝配線跟電池工藝關(guān)聯(lián)性比較強，每一家工藝，包括制程、生產(chǎn)迅速都可能會有所差別，相較于卷繞機、疊片機等前端設(shè)備，中段設(shè)備設(shè)計、采購、生產(chǎn)周期都會長一些，備品品鑒種類更多，設(shè)備成本更高，”龍蓉進一步解釋道，在這種情況下，對成熟模塊進行標準化就是非常好的策略，通過模塊標準化或者基材標準化，可以縮短生產(chǎn)開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)費用，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低維護的人力和備品換件成本。
圖為海目星中段裝配線標準化圖譜
基于對鋰電中段產(chǎn)線的深度理解，以及在中段環(huán)節(jié)鋰電裝備的研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗，海目星結(jié)合現(xiàn)有電池制造痛點和產(chǎn)線、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機等提出了不同的標準化模塊及設(shè)備。
考慮到不同電池廠家生產(chǎn)的藍本電池可能會有多種，如何實現(xiàn)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(shè)計時考慮將夾制具、抓手做到自動調(diào)節(jié)，兼容不同的厚度和不同的寬度。
設(shè)備安全方面，海目星綜合考慮和實現(xiàn)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、重點工位高清攝相頭監(jiān)控、激光工位自動滅火裝置、帶電電池工站絕緣防護、電氣互鎖防呆和軟控數(shù)據(jù)自動備份。
產(chǎn)線OEE提升方面，龍蓉指出，首先要對生產(chǎn)的數(shù)據(jù)精準采集，可以通過在MES或軟控把需要采集的數(shù)據(jù)寫進去，“寫進去的數(shù)據(jù)是要具備分析價值的，不是為了采集數(shù)據(jù)而采集。”O(jiān)EE主要體現(xiàn)在四個部分：
第一個，輔料的備料時間，有些頻繁換料的工位，盡量考慮實現(xiàn)自動換料。
第二個，易損件，如何提高易損件的壽命，設(shè)計時盡量考慮減少易損件的設(shè)計。
第三個，各工序CT平衡，提高每個工站的連貫性。
第四個，標準化內(nèi)容，提高低儲模塊的穩(wěn)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，要實現(xiàn)中段環(huán)節(jié)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。
據(jù)龍蓉介紹，基于粉塵產(chǎn)生機理分析，主要是通過：減少金屬與金屬摩擦、選擇耐磨非金屬材質(zhì)、設(shè)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，在裝配線環(huán)節(jié)，一般企業(yè)在做仿真時只關(guān)注超聲波焊接中的仿真模擬，往往會忽略超聲波焊接后的仿真模擬，“有些粉塵在焊接過程中會有一些死角除不干凈，焊接完后進行仿真模擬，可以保證盡量減少粉塵的黏附。”
提高焊接質(zhì)量方面，龍蓉指出，入殼前對蓋板及鋁殼進行擦拭清潔;前端夾具盡量少接觸頂蓋側(cè)邊、接觸位置進行材質(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(wěn)定性等都對提高焊接質(zhì)量有所助益。
降低廠房運維成本方面，龍蓉給出的建議是，一是廠房能耗：精準分析計算水電氣使用量，避免過設(shè)計;合理設(shè)計，減少能量流失;善于使用能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，如小動力增力等。
人員技能方面，龍蓉指出，受電池廠商擴產(chǎn)影響，鋰電產(chǎn)線不斷增加，人員需求成倍增加，但是人員培訓(xùn)遠遠跟不上產(chǎn)線增長速度，這就要求在設(shè)計時，充分考慮如何人性化設(shè)計，操作簡單，降低人工要求;設(shè)計充分考慮維護性，降低調(diào)試難度;設(shè)備可視化，基準化，縮短調(diào)試周期。
耗品備品方面，通過標準化設(shè)計，減少備品種類;設(shè)計考慮快插或快換式，甚至自動更換;軟件數(shù)據(jù)化提示，縮短備料等待時間。
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