大咖講堂 | 助力鋰電池生產降本增效的工業自動化技術-圖爾克
http://www.sharifulalam.com 2024-11-08 17:03 來源：圖爾克（天津）傳感器有限公司
在鋰電池生產制造中，電池質量與容量的評估是一個不容忽視的成本因素。通過什么方式實現降本增效？
Q
目前在鋰電池生產制造過程中，可以通過技術升級對哪些環節進行降本增效？
A: 在鋰電池生產制造中，電池質量與容量的評估是一個不容忽視的成本因素。據相關資料的統計數據，電芯生產中的化成分容環節需要相當長的存儲和測試時間，約占鋰離子電池生產成本的三分之一。
此外，電池生產中的廢品率是另一個成本動因，例如制漿環節中的攪拌均勻程度、是否有雜質混入；涂布環節中的漿料粘度、輸出質量的干燥程度和極片空隙率；焊接環節中的焊渣殘余量和焊縫尺寸以及裝配環節中的機械損傷等等。
為了實現這類成本的優化，可以采用對生產制程進行全面質量管理的方法。除了確定生產期間的相關質量參數外，目標還包括對整個生產鏈進行實時控制，從而控制質量波動，通過早期發現偏差來降低廢品率。
Q
通過什么方式實現降本增效？
A: 為了實現這一點，在電極制造和電池組裝中進行連續的數據采集和數據評估是必要的。這需要全面了解電池生產中的工藝過程和相互關系。由于大量的工藝步驟及其多樣性、工藝過程可變性以及工藝之間的交互作用，所以在確定與質量相關的工藝參數和中間產品特性的基礎上，需要收集最重要的特性并建立數據庫。
其中非常重要的是記錄電池生產的數據。每個電芯都擁有一個明確的ID。對于每個工藝步驟，生產參數和質量特征都會被記錄到數據庫中。通過網絡接口采集和傳輸相關數據，并且將數據與電芯的ID進行自動綁定，也可以由生產負責人通過操作界面手動補充數據。
Q
目前現有的技術是否可以實現上述的降本增效方式？
A:這里涉及的底層技術主要是工業大數據采集技術，其中主要包括智能傳感器技術和射頻識別RFID技術。
通過智能傳感器采集生產過程中的關鍵數據，主要包括產品/半成品加工精度、設備運行狀態、生產環境數據。舉例來講，如電極卷的涂布厚度、電解液注液量、攪拌設備的電機振動頻率、涂布設備內部的溫濕度信息等。這些關鍵數據通過數據通訊接口（如OPC UA）傳送至生產管理系統以用于對電池的質量進行評估。
在生產過程中通過RFID技術保證每卷電級、每塊電芯都具備自身的ID識別信息，并且實現電極-電芯-模組-PACK各個工藝環節的數據透明性，從而可以保證打通整個制程的數據流，避免數據孤島。與此同時，在成品/半成品的周轉環節以及化成分容環節，通過RFID物流門技術記錄出入庫信息，實現生產物流與數據流的高效同步。
除了數據收集和數據有效性，有效的質量模型也是實現上述降本增效方式的必要條件。鑒于鋰電池的品類及生產工藝的多樣性，這里需要生產廠商和系統集成商密切配合，通過如人工神經網絡、支持向量機、決策樹和多元線性回歸等技術建立模型并進行模型評估。舉例來講，基于涂敷過程中的干燥曲線、涂層厚度和填充電解液體積的波動等關鍵參數，通過使用決策樹研究同一個數據集從而確定相互關系，并且基于生產數據預測電池容量。
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