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走进天津力神“动力电池智能制造试点示范”项目
来源: 高新技术处          ( 2019-04-01 )
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  天津力神电池股份有限公司成立于1997年,专门从事锂离子蓄电池技术研发、生产和经营,经过20年的发展,已成为国际一流、国内领先的专业锂离子蓄电池制造商,拥有业内领先的核心技术和自主知识产权、授权专利1800多项。力神公司坚持“小型电池打基础,动力电池谋发展”的战略指引,在保持小型电池市场领先地位,着力提升工厂智能化水平,大力发展动力电池智能制造。2018年,公司“动力电池智能制造试点示范”入选国家工业和信息化部公布了智能制造试点示范项目名单。根据入选要求,入选项目技术应处于国内领先或国际先进水平,项目使用的关键技术装备、工业软件需安全可控;项目须已投入运营,且在降低运营成本、缩短产品研制周期、提高生产效率、降低产品不良品率、提高能源利用率等方面已取得显著成效并持续提升,具有良好的成长性。

  力神动力电池智能制造试点示范项目为促进我市制造业向智能制造的高质量发展提供新思路和有益借鉴。

  一、智能装备贯穿到整个制造过程

  与传统动力电池产线人工参与较多、数据采集不方便和流程智能化偏低不同,基于该项目建造的智能工厂,几乎所有环节均采用了智能装备和系统,产线自动化、数字化、信息化、智能化水平大幅提升。

  在电池制造的匀浆环节,项目采用了智能匀浆系统,通过引入连续混料制浆系统,各种原料在特定的储罐中被连续加入混浆系统中,经充分混合直接产出浆料成品,产品的一致性较传统的间歇式混料系统有较大提升,同时能耗和占地面积也大幅下降。此外,物料信息数据采集,与所生产浆料批次进行绑定;设备运行时的状态量(物料流量、电机扭矩、螺杆转速等)可自动监测。

  在涂布环节,项目采用了连续涂布系统,项目电极采用连续双层涂布系统,将箔材上料后一次性在箔材两面完成涂布,一方面提高了生产效率,另一方面降低了周转次数、提高了成品率,同时产品的可靠性和一致性也有相应提升。

  传统的卷绕方式是人工上料开始卷绕,人工将卷好的极组放入储存料盒然后流转至下一工序,由于员工熟练程度的差异会在此工序造成一定的浪费和废品率的增加,本项目在此工序全部改进为机械自动上料,而且在每卷卷绕完成后自动换料,产出的极组通过自动下料系统收集转运至下一道工序,这样就完全避免了由员工操作不当而带来的不良和浪费,同时也大大提高了换料速度,进而提升生产效率。

  注液环节,项目采用等压腔体式智能注液系统,全电脑程序控制自动注液技术,实现对电池注液的全自动操作,控制电池注液精度,提高注液环节一致性。

  项目的化成、后处理、老化和分选系统全部采用全自动仓储式系统,此系统采用自动化的仓储系统,利用可自动寻址和定位的机械人系统按程序对电池进行化成、后处理、老化和分选,此系统独立于其他生产工序之外,将带电电池与无电电池完全隔离,大大降低了带电电池的安全隐患。

  PACK环节,项目引入了动力电池智能PACK系统,根据ERP系统下发的订单和产品出货工艺,对成品库内的电芯进行配组,通过机械手将电芯抓取至流水线按照CCD检测、清洗、贴胶、绝缘测试等工艺对电芯进行挑选。对于不良品自动剔除,同时通过额外配组电池来补充,做到完全无人工干预保证了电芯配组和上线之前的准确性、可靠性。

  此外,本项目引入了全自动物流系统,物料从进入生产线开始即按照生产指令由自动物流系统进行物料分配,每个工序之间的物料转移全部由设备自动完成,不同生产车间的物料也通过自动传输系统进行分配,一方面减少操作人员的数量,另一方面也提高了物料的周转效率。

  二、动力电池智能工厂设备国产化率达90%

  近年来,在新能源汽车产业快速发展带动下,动力电池和锂电装备产业也齐头并进,相关产品和技术已居于世界前列。据力神电池相关负责人透露,基于该项目建设的电动汽车用锂离子动力电池智能工厂采用90%的国产设备,涵盖了锂离子动力电池的研发、生产、质量、物流、服务等环节,并通过大数据平台建设,采用全新一代工业物联网技术实现企业和用户各个环节的数据互通互联,资源的整合优化,并在此基础上,建设基于新一代电动汽车动力电池研发、设计、生产以及使用的数据平台,实现对于新一代高比能电池数据分析和仿真应用。

  三、生产效率大幅提升产品不良率明显降低

  与未使用智能制造设备相比,该项目的开展,通过自动化率的提升和MES系统的应用,能够提高(按现行业生产效率)20%的生产效率;通过局部干燥方案、隧道式烘干方案以及充放电工艺优化等改良工序可以降低单位产值能耗10%以上;通过自动化和少人化生产线的应用,使产品不良率降低20%以上;通过柔性生产线的开发以及快速换型技术,可以使产品研制周期缩短30%以上;通过上述改善,使总体运营成本降低20%以上。

  据了解,通过该项目的实施,力神电池将建成一个具有全线自动化、数字化、虚拟化、互联集成化、智能决策化等五大显著特征的智能工厂,形成年产3亿安时的方型锂离子动力电池生产线,满足精益化生产管理,企业交互管控,快速响应用户需求,在动力电池产能提升的同时带动整个行业发展,使我国自主研制锂动力电池自动化生产线工艺及成套装备达到国际先进水平。作为全国最早开始进行产业化的锂电企业之一,公司目前有一些较老的产线,其产生水平已经难以跟上全公司的智能化进程。据力神电池相关负责人透露,下一步天津力神将通过智能制造试点示范的运行,将智能化改造推广至公司其他生产基地,逐步开展全公司整体智能制造工作,最终形成覆盖整个公司的集团化智能网络。

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