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【中国制造2025】当动力电池遇上智能制造

2018-04-28 10:34:59.0 来源:http://dc.99114.com

近两年,我国新能源汽车产业飞速发展,为动力电池等相关产业带来了难得的机遇。随着动力电池和储能电池市场的快速扩大,对电池品质提出了更高的要求,电池制造将朝着“高品质、高效率、高稳定性”和“信息化、无人化、可视化”的方向发展。因此,我国电池企业必须通过技术创新、生产自动化和管理规范化,加快推进电池的智能制造步伐,推动电池产品更多地进入高端市场,满足新能源汽车和储能应用对电池品质的高要求。


动力电池行业现状

2016 年,我国新能源汽车销售量高达 50.7 万辆;其中纯电动汽车 40.9 万辆,插电式混合动力汽车 9.8 万辆。虽然近三年来新能源汽车发展迅猛,但是 2016 年新能源电动汽车销量仅占全国汽车总销量的 1.8%,新能源汽车仍有广阔的增长空间,新能源汽车的快速崛起也带动了电动汽车产业链上其他各环节的增长。根据工信部印发的《汽车产业中长期发展规划》,2020 年新能源汽车产销达到 200 万辆,保有量达到 500 万辆;2025 年新能源汽车占汽车产销 20%以上。我们看好国家对新能源汽车产业的预计目标,到 2020 年,动力电池产业也将随新能源汽车产业的增长而大幅扩张。我国动力锂离子电池产业迎来了难得的发展机会,各动力锂离子电池厂家都出现供不应求的局面。

近年来,我国新能源汽车产业发展迅猛,其中的原因除了人们节能减排、环保意识的提高之外,更主要的是国家财政补贴等各种利好政策的大力支持,众多企业纷纷投身新能源汽车领域。然而,高额的补贴以及补贴的普惠性虽然加速了新能源汽车的推广,却带来了诸如骗补、产能过剩、粗制滥造等一系列问题,在客观上影响了技术路径的选择甚至影响了技术创新。

当前,我国新能源汽车动力电池行业仍然存在小、散、乱和整个行业盲目投资、低水平建设现象,技术水平和产品质量需要进一步提高。短期内,动力锂电池整体产能过剩,低端产能供应远大于需求,行业竞争激烈,高端产能不足或者空白的局面,超级梯队与一级梯队差较大,2018年,动力电池企业将加速优胜劣汰


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加速智能化改造是关键


新能源汽车是中国制造2025十大重点突破领域之一,动力电池是新能源汽车的核心部件。目前,全球动力电池产业集中在中、日、韩三国,三者占据全球95%左右的市场份额,日韩一流锂电企业自动化比例在70%以上,国内一线企业约50%,二线企业仅20%,较低的自动化程度,导致中国动力电池在一致性上有较大差距,同时生产效率的低下甚至导致了成本优势的丧失。

当前为提高生产的动力电池一致性,提高生产效率,提高信息化管理,减少用工,降低劳动强度;同时也为了满足动力电池生产过程中不同规格电池的混线生产等需求,建设自动化、智能化的生产物流系统及智能制造系统成为必然趋势

一方面对动力电池企业来说,实施智能制造可以改善效率、降低成本、提升质量、提升材料利用率、缩短产品研发周期、降低单位产能人工成本,加速现场管理透明度,从而增强企业的竞争力;另一方面在推动动力电池转型升级的同时,可以促进动力电池高端装备的发展,因此智能制造也是实现动力电池各项指标的重要的手段。


智造发展遭遇重重障碍

一是目前国内锂电制造企业硬件设备多为分段采集,设备之间存在兼容性和多样性的问题,导致各类工业软件之间集成度低、数据无法共享流通。

二是锂电的产品生产和测试数据的采集量大、每个工序有不同管控需求、制造模式属于流程型和离散型的混合模式,加剧了产业数字化/智能制造的难度;

三是动力电池尺寸标准规格不统一,我们国内企业生产了150多种不同规格的电芯,导致单一车型销量相对较少,限制了标准化规模化智能化的制造发展。

四是动力电池的产品设计和制造工艺技术没有完全成熟,特别是电池模组的关键生产工艺设计不成熟,验证不够充分,一次通过率低,且较难实现在线自动测试及品质追踪。因此,动力电池系统生产仍以半自动化为主,仅有少数电池厂商实现了动力电池模块或模组的自动化生产。

国内动力电池行业目前还处于智能制造的“打地基”阶段,国产动力电池处于低端的突出瓶颈是核心工艺和成套装备。动力电池装备涉及动力电池数十道生产工序、七大模块,与国外设备相比,国内设备在包括精度、速度、可靠性、无人化、可视化、信息化等方面存在一定差距,因此中高端设备目前以进口为主。

因此,行业的当务之急是要建立一套电池工厂产品、工艺、质量的信息模型,在信息模型的建立的基础上实现数字化、在大数据分析、累积、优化实现智能化,同时,要加快制造工艺及装备标准化的推进,两头并进能加速实现制造环节的标准化、模块化及数字化,然后才能做到基于数据的智能化。


电池企业智能制造热


2017年6月,工信部发布了《2017年智能制造综合标准化与新模式应用拟立项项目名单》,乐凯胶片、湖南科霸、富朗特、孚能科技、宁波杉杉、青海时代新能源、欣旺达、巴莫科技、天津力神、微宏动力等共14家锂电企业申报项目成功入围,占比接近10%。


2017年智能制造综合标准化与新模式应用拟立项项目名单

随后,2017年9月,工信部又发布了《2017年智能制造试点示范项目名单》,共有7家锂电企业入选,涵盖钛酸锂材料智能制造试点示范、钛酸锂电池数字化车间试点示范,以及新能源汽车动力电池智能制造/智能工厂试点项目等。(注:标*的项目同时为工业互联网应用试点示范项目)

2017年智能制造试点示范项目名单(动力电池部分)

目前,一些试点示范企业已在智能制造方面取得良好成效。有数据显示,国家首批109个智能制造试点示范项目智能化改造后生产效率平均提高30%以上,最高达到2倍以上;运营成本平均降低20%以上,最高降低60%。

1亿纬锂能


2001年,亿纬锂能在惠州成立之初,由于资金紧张,无法采购关键设备,公司只能采取“人+机器”的半自动化方式。这些年,亿纬锂能不断加大对自主研发的投入力度,实现了“手工——自动化——工业4.0”的技术变革。

2016年6月,亿纬锂能投产的锂离子动力电池全自动生产线,是国内自动化水平较高的“无人工厂”,人均产值从过去的80万~90万元增长到了如今的1000万元,翻了十倍之多。亿纬锂能发布的半年报显示,2017年上半年,公司实现营业收入13.44亿元,比上年同期增长63.65%,其中,锂离子电池业务实现营业收入3.97亿,比上年同期增长155.63%。


2沃特玛


沃特玛打造的全新动力电池自动化pack车间,也称为沃特玛智慧工厂,集自动化、信息化、智能化于一体,通过云数据处理实现以机带人的自动化作业,形成集数据、信息、服务为一体的综合体系。

沃特玛智慧工厂采用新型的生产模式,通过云数据库管理和人机信息对接,仅需10人即可完成全部生产过程。目前,沃特玛pack生产线的所有工序:配档、电焊、包膜、锁模、组装和测试,已经全部由人工转为了自动,可以说,工人的双手已经走下了产线。

除了自动化设备,在测试区,一台机器人正在勤勤恳恳地给所有已经完成组装的电池箱进行充电测试前的接插线工作,然后将它们送上自动驶来的AGV小车进行充放电测试。尽管从速度上看机器人的动作并不比手工更快,但其背后所带来的规范化、标准化和全自动化,则是未来车间作业的方向。从统计数据来看,这条产线下来的成品,合格率高达99%。

沃特玛智慧化生产车间可实现信息数据化、过程可视化和决策智能化,从智慧车间出去的所有电池,都会纳入到沃特玛自主打造的沃联网大数据监控平台,实现数据共享;整个生产过程可视化,实现有效监管;此外,智慧车间可做到一键完成工艺流程设计,所有设备能够进行智能检测,对有效数据实行监控和实时记录,异常情况及时报警。



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