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CIBF丨佛山市天劲新能源吴卫华:软包动力智能制造探讨

盖世直播 2021-03-19 18:40:00

2021年3月18日,由中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会联合电池中国网共同举办的第二届新能源汽车及动力电池(CIBF深圳)国际交流会在深圳隆重召开。大会期间,佛山市天劲新能源科技有限公司副总经理吴卫华以《软包动力智能制造探讨》为题发表了主题报告。

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以下为演讲实录:

首先感谢组委会这个平台,今天非常荣幸的在这里与大家一起探讨。设备经过十年多年的发展,自动化智能生产的持续创新,促使新能源动力电池快速发展。将来还需要更科学更智能化的制造与管理。是锂电池智能制造发展的方向。针对软包动力电池,大家从各种体系原材料、工艺路线、市场分析等,对未来的趋势与发展方向做了分享,我今天的课题很简单,是针对软包智能制造现场装备的痛点、难点和大家一起探讨,需要电池制造厂家和设备制造厂家共同一起突破。

设备效率:锂电池有三种,圆柱、铅壳与软包,设备效率最高是圆柱,每分钟效果可达300ppm,方型铝壳每分钟可达30ppm,目前软包每分钟还在12ppm,不管效率还是设备的稳定性都有点差距。近几年软包动力电池在市场需求量每年增加,行业需要快速增加产能来满足市场。特别是软包设备效率提升,要加快研发和设计高效率软包动力电池的生产设备来满足市场的需求。

智能化:从产线的自动化到智能化,其中有设备的运行控制系统、EMS系统、智能物流及仓储系统组合,我的话题是以下要讲的一部分单机设备还缺少一些实时在线对产品效果全检及闭环控制功能,同时把所有在线全检的结果系统性的数字化,可视化。

保质降本:通过高效稳定的智能制造,保障产品提升质量和降低成本。

一. 匀浆在线实时检测监控系统

     传统搅拌基本上都是以时间为标准进行搅拌,过程中的粘度值、固含需要人工介入检测。时间与人力上都可能造成浪费。换个角度,以结果为导向,我们的成品浆料粘度值与固含量范围值是固定的,从搅拌,合格浆料自动输送,中转罐储存,输送到涂布机,整过程的检测粘度值与固含量在线实时全检加监控,当浆料检测在结果范围之内,自动进行下一个步骤。避免了时间上的浪费,智能化体现在过程自动实时检测与设备数据交互进行闭环控制。既保证出来的成品浆料合格性,也降低了过程的时间与人力的浪费。那么如何来实现过程的实时监控呢?搅拌粘度,依据我们粘度测试仪原理,转动力矩大小判定粘度高低,讲粘度测试仪原理加载到搅拌机的搅拌桨上,或者独立设计?这个就需要大家一起努力开发了。

二、涂布湿膜密度检测与闭环控制

     众所周知涂布是电池制造最关紧工序,如何保证涂布密度可靠性与一致性是大家一直关注与努力的。再说一下传统的涂布过程,浆料准备,基材准备,首件制作(一般都要多次),过程冲孔检测,末件检测。此过程不管是基材接带,首件制作,过程检测,收卷末件检测,都会出现设备的频繁设备启动,停止,启动,停止…… 造成浪费非常大。湿膜密度实时检测与涂布挤压模头闭环控制系统,在浆料投入进来开始,挤压压力,涂布密度,涂布尺寸都进行数字化,可视化控制,每一个检测系统的数据都与控制系统进行闭环控制,那么我们做首件就可以直观看到涂布的密度,根据密度范围,自动调节模头或者压力,整个过程不再需要停机,根据涂布出来的湿膜实时检测,数据收集与反馈,模头及压力控制系统依据反馈的数据实时调节。避免多次首件浪费,过程检测停机浪费,收卷末件浪费等。配套的自动放卷,自动收卷,涂布过程不再有接头,不再有冲孔,质量上,时间上都可以大幅提升。

三、实时检测焊接封装

软包封装检测是关键,如何保证焊接可靠性,封装可靠性。极耳焊接后就直接贴胶并进行短路测试,焊接可靠是影响整个电芯的使用质量,封装气密性检测更是行业难题。先说极耳焊接,超声波焊接实时检测系统,通过大量收集焊接过程数据对结果进行研判,焊接过程的振幅,压力,频率,时间数据变化进行分析筛选,当极耳焊接正常情况下收集正常范围的各项数据,批量验证;当焊接不良同样收集大量数据,进行比对。如:压力不足,振幅相应变大,焊接出现焊裂,从中收集标准。通过焊接过程所产生的数据收集、比对、研判给出焊接最后结果,而且数据与电芯编码对应上,通过大量数据研判,自学习,系统判断准确性越来越高。

封装封印质量可靠性检测,传统利用撕溶胶进行结果判定,时间与人力上造成大量浪费。需要实时在线封印测厚系统,但是由于铝塑膜溶胶后PP层膨胀的不规则性,厚度变化也不规则,封头增加stopper,目的就是给到铝塑膜PP层溶化在固定空间,厚度一致性提高,既然解决了PP溶胶不规则性,那么通过实时电子尺与激光厚度检测,并收集数据,结果进行判定,数据反馈到封装控制系统,如果出现连续的超规格,封装机构压力或封装时间进行闭环控制。

四、烘烤水含量实时监控系统

电芯烘烤,传统还是以固定真空烘烤时间进行干燥电芯(或极片),烘烤时间长短需要做大量数据验证,在不同厚度的电芯,不同真空度的条件,不同材料体系等都会使用不同的烘烤时间,而且烘烤完成还要对产品进行水含量测试。时间长短评估难度大,造成时间与人力浪费。烘烤也一样以结果为导向,电芯在真空下烘烤,同时实时对电芯做同步的水含量测试,当水含量在标准工艺范围内,自动出炉进行下一工序,不合格电芯持续烘烤。水含量在线实时检测系统,避免了固定时间烘烤的时间浪费,出炉后的水含量测试时间浪费,过程人力浪费,最重要的是杜绝了不合格电芯出炉的风险。

智能化是制造行业的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术。专家系统技术可以用于工程设计,工艺过程设计,生产调度,故障诊断等。可以将先进的计算机智能方法应用于产品的过程加工,生产调度,数据信息收集反馈等,实现制造过程的全方位智能化。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

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