值得注意的是，去年國內多家企業已經配置了全自動的模組生產線，產能得到了明顯的提升且生產品質也有所提高。與此同時，伴隨著智能化設備在動力電池生產、組裝等環節的不斷介入，MES系統也被各大電芯與電池PACK廠商廣泛應用。

 

PACK是連接上游和下游的關鍵環節

 

MES是Manufactory Executive System的簡稱，動力電池企業要想實現智能化制造，就要借助MES系統來實現實時質量監控、工藝重要參數監控、產量及質量數據實時查詢、追溯生產過程并實現無紙化的生產管理。

 

目前看來，智能化的鋰電池模組線及PACK生產線的出現，成為動力電池產業轉型升級的一種新的思路。另外，鋰電行業機器人應用已經過了試水階段，并且在行業內已經有了較為成熟的案例。

 

PACK定制化仍是主流

 

動力電池的自動化集成業務一般包含模組和PACK的全自動/半自動組裝線、自動化設備集成、信息采集與傳輸（MES）、無人化車間軟硬件管理系統。

 

PACK作為動力電池系統生產、設計和應用的關鍵步驟，是連接上游電芯生產與下游整車運用的核心環節，需要大量成熟技術的相互交叉與協作，主要包括電池管理系統的定制化開發技術、熱管理技術、電流控制和檢測技術、模組拼裝設計技術、鋁合金動力電池外箱鑄造技術、計算機虛擬開發技術等。

 

“動力電池系統PACK的定制化程度很高，針對不同整車廠商的不同車型，動力電池系統的性能參數和指標要求差別較大，需與具體車型嚴格匹配，要求動力電池系統PACK的設計、開發和調試均需與汽車整車設計理念相結合。”北京普萊德新能源電池科技有限公司常務副總裁楊槐表示，PACK需要按照整車設計理念規劃動力電池系統的指標和參數，并經過多次性能測試和匹配性測試，才能大規模生產和應用。

 

電池PACK自動化分選機

 

楊槐告訴記者，動力電池系統研發需根據車廠客戶定制的具體需求進行，經過立項、方案設計、內部試制、樣品測試、聯調聯試、國標認證、產品定型、向工信部交申請、工信部審查、工信部發布公告等階段，從立項到實現銷售的周期較長，通常從設備制造到交貨需要3-6個月的時間。

 

由于當前市場上各家汽車廠商的要求不同，所以幾乎沒有兩家車企的模組和生產工藝是一樣的，這也對自動化產線提出了更多的要求。

 

“好的自動化生產線除了滿足以上硬件配置和工藝要求以外，還需要重點關注其兼容性和‘整線節拍’。由于模組的不固定，所以來料的電芯、殼體、PCB板、連接片等都可能發生變化。生產線的兼容性就顯得尤其重要。”江蘇拓新天機器人科技有限公司副總經理馬志樂指出。

 

而馬志樂提到的“整線節拍”，是指整條自動線平均到每個工作站的工作時間節拍而非傳統意義上見到的流水線。傳統的生產線上，從上個工作站完成后傳送到下個工作站，總有工作站在等待，這樣就浪費了節拍和效率。

 

由此可見，動力電池系統PACK的核心難點在于定制化的市場需求。優質的動力電池系統PACK能夠基于車廠客戶不同車型的個性化需求，對動力電池BMS方案、熱管理、空間尺寸、結構強度、系統接口、IP等級和防護等進行定制化研發與設計，通過各種成熟技術的交互使用實現動力電池組各模塊的有機結合，保障核心儲能裝置電芯的安全性和穩定性，同時有效升動力電池系統與不同廠商的不同車型的匹配性和應用性。

 

“由于PACK的定制化程度很高，導致PACK很難真正的標準化，不過目前新能源大巴車的動力電池正在走標準化的路線。”楊槐坦言，早在2010年，普萊德就想實現PACK的標準化產線，但是由于各種因素并未大規模推廣。

 

自動化生產是電池行業發展趨勢

 

PACK系統是為電芯服務的，需要保證一致性和高可靠性。關鍵因素有兩點，其一使用自動化程度高的先進智能裝備，從生產環節上進行控制，保證電池在每個制造節點上的一致性；其二提升PACK工藝水平。據楊槐透露，不久之后，普萊德會推出PACK的模組自動化生產線，主要適用于電動大巴的動力電池上。

 

對于當前的PACK行業來說，一般需要承擔兩個主要功能：傳送和檢測。目前各大龍頭廠家普遍應用了全自動的PACK組裝產線，當然也包括應對復雜的生產工藝、適應工作環境的要求等，一些PACK廠開始研究智能化和信息化。

 

破解PACK智能化難題

 

從目前國內PACK大廠的動向來看，均開始涉足智能化的鋰電池模組產線及PACK生產線，將智能化作為動力電池產業轉型升級的新思路。“實現PACK線的智能化，能夠為鋰電池企業提高生產效率、降低生產成本、完善數據追溯、提高電池質量，為企業最終實現智能制造打造堅實的基礎。”馬志樂說道。

 

楊槐直言到，“整個新能源汽車產業的自動化還沒有完全實現，PACK的自動化也還在不斷推進之中。所以PACK智能化目前較多用于失效的判別、質量的甄別等，整體智能化的目標還沒有達到”。

 

一般來說，不管是軟包電池、硬殼電池還是我們常見的18650圓柱電池，模組的自動化組裝工藝流程都是從電芯上料開始的。這個來料可以是原供應商提供的包裝，也可以是廠家經過檢測后統一整理好的專用托盤。上料可以是人工操作，也可以通過傳送帶自動上料，然后通過機器人經由抓手抓取。

 

上料的同時會進行電芯的讀碼（采集單個電芯的身份數據信息）、電芯極性檢測（有無放反方向）、電芯分選和電阻值（DCIR）檢測，并將不良品剔除。根據模組和工藝要求的不同，分別進行諸如等離子清潔-涂膠-電芯堆疊-電池盒組裝-極耳裁切整形-模組殼焊接-模組打碼-打螺絲-模組檢測-連接片焊接-BMS系統連接-模組終檢測-模組下料等工序。

 

而通過軟硬件的搭配之后，MES系統的集成可以直接將上述生產線打造成準無人化的生產車間，人工只需要在線外進行物料的補充即可。

 

拓新天智能化PACK生產線

 

在楊槐看來，目前PACK面臨的挑戰主要有以下四個方面：首先是安全性，這不僅僅是PACK面臨的問題，也是整個行業一直在努力解決的問題，能量密度越高，安全性能面臨的挑戰就越大，所以安全性的設計和技術運用，這是比較大的挑戰。

 

其次是可靠性，動力電池和消費類電池區別很大，動力電池的運作比較大，如何在目前的技術基礎之上達到可靠性的指標，這個對整個pack是一個比較大的挑戰。

 

再次是環境適應性，因為新能源汽車作為交通運輸工具，大部分時間是在露天工作，濕度、溫度等不同導致電池性能要求有所不同，這也是動力電池系統要解決的課題，使其各種各樣的環境下都能安全運行。

 

最后是性價比，新能源汽車如何與傳統汽車去競爭，獲得消費者的青睞，就要從技術層面到價格層面去解決。

 

“實現PACK自動化，提高了安全性不說，也減少了人為因素對于產品和生產過程的干涉，可靠性大大增加。從PACK的構成到模組的構成，再到每一道工序的具體參數、電芯的數據、其他來料的信息等，都可以通過MES系統快速查詢并得到信息，從而有效提成生產管理水平，有效降低了生產成本。”馬志樂表示。

 

而這里面，AGV小車、助力機械臂、滾筒線、吊臂等都是簡單而有效的工具。而柔性的線路串接等工作確實離不開人工的協助，所以半自動的PACK成為了各廠家的主流配置。當然越來越多的客戶會要求將PACK和模組的MES系統集成在一起，以便更好的管理和快速的查詢，這對于系統集成商來說又是一個小小的挑戰。