原创《库卡：以先进智能制造助力电池产业升级》
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2017年我国新能源汽车产量79.4万辆,销量77.7万辆,产量占比达到了汽车总产量的2.7%.同时,一系列相关政策也相继发布,体现了中国政府推动汽车产业优化升级的决心.过去的十多年里,新能源汽车已经形成了产业化发展的基础,在电池、电机、电子控制和系统集成等关键技术方面已经具备一定的规模.然而目前新能源汽车的市场占有量还非常低,这主要受消费者对动力电池系统的接受度和目前动力电池所面临的技术难题的影响.
至关重要的动力电池系统
作为新能源汽车的心脏,动力电池系统对电池续驶里程有着至关重要的作用,如车辆续驶里程很大程度上影响着消费者的选择,也是新能源汽车产业发展的关键.目前市场上动力电池产品性能、质量和成本还难以满足新能源汽车推广普及需求,尤其是在基础关键材料、系统集成技术、制造装备和工艺等方面受技术条件制约.
动力电池系统是由一个或多个电池包以及电池管理（控制）系统组成.受整车设计影响,新能源汽车的动力电池系统需同时考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面.这就要求在有限的空间约束下,合理布置整个系统,保证电池高能量密度和产品的一致性,提高电池系统的寿命与安全,满足用户驾驶需求.
动力电池系统面临的难题
目前,在整车上常见的动力电池系统是由电池包和其内的电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统这4个主要部分构成.而动力电池整体容量是非常符合木桶理论,动力电池系统的整体充放电性能取决于其中容量最小的一个模块,因此保证电池包内模组和电芯的一致性就非常重要.此外,电池如何实现装配及保证整体电池的一致性也是一个较大难题.
实现更高工艺和产品一致性
动力电池生产需要经过多道工序,如图1所示.这些工序越少的人为干预,能够保证最终成品具有越高的安全性和一致性,所以上自动化生产、装配线成为很多电池产业企业的重要选择.
高效、成功的自动化生产需要大量的技术和项目经验积累,以确保所有设备以最优状态运行,减少因故障停机带来的损失.库卡在整车和零部件产线的丰富经验,将大批量量产产线风险管控做到最好,并发挥在产线调试、系统集成能力等方面的优势,提前避免很多不必要的时间及能源成本浪费.
此外,动力电池模组的装配涉及到的精细操作、表面处理、产品加工和焊接等任务,不仅仅涉及必要的自动化硬件,同时也需要有高超的工艺技术.以一辆纯电动乘用车举例,它的典型技术参数包含续驶里程、电池容量、充电时间、使用寿命等.
电池容量受电芯处理的一致性影响,进而影响到续驶里程.在电芯生产处理中,不同材料之间的焊接是一道很有挑战性的工艺.库卡的尖端技术（如旋转摩擦焊和搅拌摩擦焊等技术）经过60多年的实践验证已经非常可靠,在生产过程中可以保证较高的工艺一致性,继而提高产品的一致性.
新能源汽车的充电时间也受这些工艺的影响.若要降低充电时间,充电电流就需要加大.因而产品所有连接的地方都需要过大的电流,这对于通电材料本身和不同材料表面连接的处理一致性提出了更高的要求.同时也会受到加工设备（如夹具、激光头、焊接程序等）的影响,因而经过多个项目验证的库卡专业技术,是企业非常可靠的选择.
电池的使用寿命也是影响消费者选择的重要因素.因为电池系统的成本很高,若做不到与车同寿命,车辆的维护成本将非常高昂,这令不少用户却步.以常见的家用乘用车为例,通常需要满足近8年12万km的寿命要求.这种严格的寿命要求,在保证车辆机械部件使用寿命的情况下,唯有通过提高电芯的成组技术和系统的能量管理等实现.库卡利用成熟的系统集成技术可以实现电池模组的高一致性,继而提高电池系统的使用寿命.
实现动力电池的高效装配生产
动力电池产业对自动化的需求不仅仅体现在产品一致性的需求上,也体现在目前不断增长的产能需求上.动力电池生产装配中涉及到很多原料处理工艺,这些工艺有不少属于化学工艺危险工艺,对人体会产生一定的危害.自动化生产不但能降低人工作业面临的风险,也能够提高生产效率,满足市场需求.
电池装配生产中,每一道工序都在源源不断地产生数据.通过充分利用这些数据,KUKA追溯系统可以实现对任意一个PACK电池包在各关键工位的装配数据和测量数据的追溯查询.在后续的工厂仓储物流方面,库卡充分考虑了半成品库,原料库,成品库和各装配线之间的关系,使生产工艺物流和原料供应物流通畅,并设有专门的物流通道.
库卡的工艺技术涵盖了电池装配的整个工艺链.库卡的业务足迹遍及全球,为全球新能源车企提供服务,在美国、在德国以及中国众多知名新能源车企及电池厂家的案例是最好的例证. 库卡将自动化生产和系统集成方面的丰富项目经验与公司在“工业4.0”方面的研究成果相结合,以期助力汽车企业更好地应对未来市场发展,实现产业升级.
智能制造论文参考资料：
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