前言
目前國(guó)內(nèi)車用鋰電池組裝技術(shù)并不成熟，關(guān)鍵問題是沒有成熟的電源管理系統(tǒng)，如果一節(jié)單體電池?zé)龤?，整個(gè)電池組都有燒毀的危險(xiǎn)。目前看來(lái)，解決這一問題是推動(dòng)中國(guó)汽車鋰動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重中之重。
車載動(dòng)力電池的成本占混合動(dòng)力汽車總成本的30%-50%，是產(chǎn)業(yè)鏈中利潤(rùn)最豐厚的環(huán)節(jié)，但目前國(guó)內(nèi)能夠真正工業(yè)化生產(chǎn)汽車動(dòng)力電池的廠家?guī)缀鯖]有。
但由于鋰電池技術(shù)的進(jìn)步，電池組循環(huán)壽命已超過1000次，每千瓦時(shí)電池的成本低于3000元。鋰電汽車在10年內(nèi)用電成本約為1萬(wàn)元。傳統(tǒng)燃油車在10年內(nèi)的加油費(fèi)用至少8萬(wàn)元。即使10年內(nèi)更換一次電池，使用成本多花7.2萬(wàn)元，總共8.2萬(wàn)元。兩種車的使用成本基本相同。
01 新能源汽車電池?fù)Q電儲(chǔ)能簡(jiǎn)介
此大型中心換電站充分體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)模式，達(dá)到快速換電池目的。該站符合國(guó)家新能源發(fā)展戰(zhàn)略的需求，提出了集充電、換電、儲(chǔ)能、無(wú)功補(bǔ)償為一體的新能源理念。該項(xiàng)目主要為北京北汽出租項(xiàng)目研發(fā)。主要解決新能源汽車電池充電慢，易老化，維護(hù)難的問題。
新能源汽車電池?fù)Q電站，見圖一。
換電站項(xiàng)目主要包含了電池碼垛存儲(chǔ)和電池拆卸安裝兩個(gè)部分。整體框架圖如下圖一：
(1)左邊部分為碼垛部分，主要用于存儲(chǔ)電池，為更換電池服務(wù)。將拆卸后的電池和新安裝的電池進(jìn)行分門別類。
(2)右邊部分為電池更換部分，主要是使用小車進(jìn)行電池的安裝和拆卸。其中小車配合拆卸平臺(tái)以及相機(jī)視覺自動(dòng)完成動(dòng)作。
(3)中間部分為中央控制系統(tǒng)，主要用于產(chǎn)品追溯，數(shù)據(jù)庫(kù)跟蹤記錄，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，最大程度上提高效率。
圖一 新能源汽車換電站工藝
02 Lenze解決方案
設(shè)備的解決方案主要包括兩部分：碼垛部分和電池更換部分。見圖二。
碼垛部分：Lenze采用最新的i900驅(qū)動(dòng)器，采用Profinet 作為驅(qū)動(dòng)器和控制器二者之間的通信，伺服電機(jī)采用倫茨高精度的MCS同步伺服電機(jī)+MCA異步伺服電機(jī)，整個(gè)方案中：
(1)i900內(nèi)嵌運(yùn)動(dòng)功能，邏輯指令由上位機(jī)發(fā)出，具體的運(yùn)動(dòng)指令均由i900內(nèi)部自動(dòng)完成，具有結(jié)構(gòu)清晰，操作簡(jiǎn)單，通信穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
(2)i900自帶雙閉環(huán)控制，同時(shí)配備了電機(jī)的反饋接口以及外部編碼器反饋接口，方便雙閉環(huán)同時(shí)控制以及同步控制等。
電池更換部分：Lenze采用3200控制器+i700驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行電池自動(dòng)更換動(dòng)作，控制器中使用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和視覺數(shù)據(jù)的通信，使用Profinet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和第三方控制器之間的數(shù)據(jù)交換。
圖二 新能源汽車換電站系統(tǒng)拓?fù)鋱D
程序部分：采用和工藝相對(duì)應(yīng)的模塊化解決方案，對(duì)于小車部分采用位置控制，升降臺(tái)部分采用同步控制，安裝拆卸電池部分采用Ethernet實(shí)現(xiàn)與視覺的數(shù)據(jù)交換補(bǔ)償控制。
主速度：此速度為設(shè)備的運(yùn)行線速度。所有的生產(chǎn)速度都以此速度進(jìn)行同步運(yùn)行。
升降臺(tái)：升降臺(tái)包含4臺(tái)伺服電機(jī)，需要進(jìn)行位置同步，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的校準(zhǔn)，確保升降臺(tái)處于同一水平面。
搬運(yùn)小車：用于新能源汽車電池的安裝和拆卸的搬運(yùn)，是連接升降臺(tái)和碼垛的橋梁，也實(shí)現(xiàn)通過視覺糾偏位置。
程序功能塊圖如下：
其中MachineControl 負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的邏輯控制部分，如啟動(dòng)、停止和急停等功能。
03 Lenze優(yōu)勢(shì)
1.采用倫茨基于DriveBase和ControlBase方案的組合，為客戶提供合理的解決方案。
2. Lenze推出的FAST功能塊，為用戶的設(shè)備提供像硬件安裝一樣的軟件系統(tǒng)，省去去了復(fù)雜的編程環(huán)節(jié)，可以節(jié)省用戶80%的調(diào)試時(shí)間，縮短了設(shè)備的研發(fā)周期。
3. 強(qiáng)大的I950伺服控制器，可以獨(dú)立完成全閉環(huán)控制，并執(zhí)行上位plc的簡(jiǎn)單控制指令實(shí)現(xiàn)堆垛機(jī)的最優(yōu)的取貨控制。
4. 倫茨強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制器，采用Codesys3.0編程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)汽車平臺(tái)的校準(zhǔn)算法，并結(jié)合基恩士視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)取電池小車的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。
04 展望
首先，全球電池行業(yè)將持續(xù)回暖。隨著全球經(jīng)濟(jì)逐步復(fù)蘇，下游市場(chǎng)需求釋放，全球電池行業(yè)有望實(shí)現(xiàn)中高速增長(zhǎng)。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2023年中國(guó)電池行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，2016年，全球電池行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到7315.6億元，同比增長(zhǎng)了16.3%，回暖趨勢(shì)明顯。
其次，儲(chǔ)能市場(chǎng)逐步形成。儲(chǔ)能電池發(fā)展?jié)摿薮?，但由于成本、技術(shù)、政策等原因仍處于市場(chǎng)導(dǎo)入階段，相對(duì)于動(dòng)力電池增長(zhǎng)滯后。未來(lái)隨著技術(shù)逐漸成熟、成本的逐步下降，儲(chǔ)能市場(chǎng)也將有望成為拉動(dòng)鋰電池消費(fèi)的另一增長(zhǎng)點(diǎn)。
第三，電池企業(yè)逐漸重視回收體系。擴(kuò)大再生資源的利用效率，通過將廢舊鋰離子電池中的鎳鈷錳鋰等有價(jià)金屬進(jìn)行循環(huán)利用，生產(chǎn)鋰離子電池正極材料，使鎳鈷錳鋰資源在電池產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)循環(huán)，是規(guī)避原生礦產(chǎn)短缺及價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。目前電池回收行業(yè)規(guī)范仍處于起始階段，隨著動(dòng)力電池報(bào)廢規(guī)模逐步增長(zhǎng)、動(dòng)力電池回收規(guī)則明確、回收渠道規(guī)范、動(dòng)力電池拆解回收技術(shù)進(jìn)步，鋰電池梯次利用和報(bào)廢回收的規(guī)模將逐年擴(kuò)大。
第四，新材料體系不斷成熟，三元體系將快速崛起。相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料，高鎳三元材料由于鎳元素比例的提高，在比能量上有更大的優(yōu)勢(shì)，今后動(dòng)力電池體系的升級(jí)換代將突出表現(xiàn)在三元鋰電池領(lǐng)域。除了在技術(shù)路線上引入高鎳三元材料之外，硅碳負(fù)極、復(fù)合隔膜、新型鋰鹽、石墨烯導(dǎo)電劑等新型材料也將更多的進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
最后，智能制造加速落地。在全球“智能制造”的大背景下，電池產(chǎn)品傳統(tǒng)的制造工藝、分散訂單發(fā)展模式等很難滿足電池市場(chǎng)的高質(zhì)量、一致性要求，只有瞄準(zhǔn)高精度、全自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)線制造方式，才能適應(yīng)新市場(chǎng)。未來(lái)，電池制造企業(yè)對(duì)于設(shè)備自動(dòng)化、智能化的需求將變得越來(lái)越緊迫。
（轉(zhuǎn)載）
