?一方面，中國(guó)的鋰電行業(yè)持續(xù)升溫，新能源汽車(chē)的爆發(fā)更是帶動(dòng)了鋰動(dòng)力電池行業(yè)的新發(fā)展。另一方面，從國(guó)家大力補(bǔ)貼扶植電動(dòng)汽車(chē)?yán)瓌?dòng)中國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)潛力，出過(guò)熱的行業(yè)泡沫，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)也正在步入健康有序的發(fā)展道路。施耐德電氣的全線自動(dòng)化和數(shù)字化解決方案，正在幫助鋰電設(shè)備制造商從單一的OEM設(shè)備制造商全面轉(zhuǎn)型升級(jí)為動(dòng)力電池?cái)?shù)字化工廠的“交鑰匙”者。
從整個(gè)鋰電池的生產(chǎn)線來(lái)看，大體可以分為電極制作、電芯合成和模組PACK等3個(gè)階段工藝，在每個(gè)工藝段都需要數(shù)個(gè)核心的加工工藝設(shè)備。譬如在電極制作過(guò)程中，需要攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)、模切機(jī)等設(shè)備，電芯合成過(guò)程需要卷繞機(jī)、疊片機(jī)、入殼機(jī)、注液機(jī)、頂焊機(jī)，而在模組PACK過(guò)程則需要烘箱、化成機(jī)、分容機(jī)、檢測(cè)機(jī)和PACK線……在全線的鋰電設(shè)備，尤其是其中的一些核心設(shè)備上，施耐德電氣為設(shè)備制造商們提供了全方位的電氣自動(dòng)化與數(shù)字化解決之道，并為客戶帶來(lái)更多價(jià)值。
01
電極制作——涂布機(jī)
涂布機(jī)是將成卷的基材涂上一層特定功能的膠、涂料或油墨等,烘干后并收卷的設(shè)備。主要控制環(huán)節(jié)包括恒張力放卷、涂布過(guò)程多級(jí)同步控制、溫度控制、恒張力收卷。具體來(lái)看，整機(jī)恒張力控制需要收放卷專用功能塊精確計(jì)算卷徑變化，通過(guò)收放卷的恒張力控制，使涂布基材不拉伸變形，保證圖層長(zhǎng)度精確度，需要收卷錐度控制，實(shí)現(xiàn)平整端面等；通過(guò)凸輪表/電子齒輪實(shí)現(xiàn)涂鋼輥和上料軸間的速度比控制，實(shí)現(xiàn)間隙涂布消頭去尾；在反面涂布階段，通過(guò)位置捕捉功能，實(shí)現(xiàn)高速高精度定位，不受控制器掃描周期影響。
總體而言，當(dāng)前的高速涂布機(jī)對(duì)控制精度、響應(yīng)速度和可靠性有很高的要求，施耐德電氣的主要解決方案則是基于CANopen和SERCOSIII運(yùn)動(dòng)總線的PacDrive3運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、LMC078運(yùn)動(dòng)控制器、LXM28/LXM32系列伺服驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高速多軸同步控制、減小設(shè)計(jì)尺寸和機(jī)器開(kāi)發(fā)成本，并搭配ATV320緊湊型變頻器和上位的GXU人機(jī)界面HMI，解決了間隙涂布頭尾消厚、正反面涂布留白對(duì)齊、恒張力控制、端面平整等關(guān)鍵工藝要求，為涂布機(jī)制造商提供了靈活的架構(gòu)，最終縮短機(jī)器研發(fā)周期，降低機(jī)器成本。
02
電極制作——輥壓機(jī)
電池極片輥壓機(jī)用于鋰離子電池極片材料的軋制，實(shí)現(xiàn)電池極片卷料的連續(xù)冷壓生產(chǎn)，達(dá)到電池極片工藝要求的規(guī)格尺寸及品質(zhì)。設(shè)備主要需求體現(xiàn)能夠?qū)堉屏υ诰€調(diào)整，設(shè)定操作方便；恒張力收放卷控制；速度控制和輸出穩(wěn)定；，總線，設(shè)備透明化管理等。
施耐德電氣的解決方案主要基于雙核CoreCPU的M241PLC、Canopen，以及ATV340變頻器系列。M241控制器核心為多任務(wù)配置，高內(nèi)存，雙CPU架構(gòu)（一個(gè)CPU處理程序，一個(gè)CPU處理通訊）,CANopen，Modbus接口并具備EIP主站功能，主要優(yōu)勢(shì)在于開(kāi)放性好，方便連接第三方儀表，實(shí)現(xiàn)全透明化管理。該方案通過(guò)CANopen總線連接變頻器，通訊控制不受干擾，，方便了遠(yuǎn)程服務(wù)并為MES提供數(shù)據(jù)接口。而驅(qū)動(dòng)部分的ATV340變頻器內(nèi)置通訊口、安裝方便，具有高過(guò)載能力和寬電壓設(shè)計(jì)，可以驅(qū)動(dòng)同步異步多種電機(jī)。
03
電芯合成——卷繞機(jī)
電池卷繞機(jī)是整個(gè)電池成型的重要一環(huán)。電池的壽命和它的衰減率，也影響電池注液的均勻性，電池卷繞的性能是決定電池品質(zhì)的重要一環(huán)。其主要工藝要求包括恒線速度控制（定制變轉(zhuǎn)速功能塊，實(shí)現(xiàn)卷繞線速度恒定，張力波動(dòng)穩(wěn)定）；追剪裁剪控制（利用專用追剪裁切控制功能塊，實(shí)現(xiàn)極片切刀在卷繞中跟隨裁切）；設(shè)備，支持設(shè)備熱插拔……
施耐德電氣PacDrive3運(yùn)動(dòng)控制器基于SERCOSIII自動(dòng)化高速響應(yīng)總線，可采取環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，伺服部分采用LXM52高精高速伺服產(chǎn)品及支持CANopen總線的LXM28經(jīng)濟(jì)型伺服產(chǎn)品，并將卷繞設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)控、故障信息集成在施耐德電氣MagelisGTO人機(jī)面板顯示屏上，從而實(shí)現(xiàn)恒線速度控制、追剪裁剪控制，。
04
電芯合成——疊片機(jī)
疊片機(jī)的作用在于將正、負(fù)極片裝入料盒中，機(jī)械手左右運(yùn)動(dòng)，在正、負(fù)極料盒中拾取極片，經(jīng)二次定位，交替將正、負(fù)極片放在疊片臺(tái)上。隔膜主動(dòng)放卷，疊片臺(tái)帶動(dòng)隔膜左右往復(fù)移動(dòng)形成Z字疊繞。疊片完成后，按照設(shè)定長(zhǎng)度切斷，自動(dòng)送出人工貼膠。疊片機(jī)的控制挑戰(zhàn)在于：隔膜張力穩(wěn)定控制、疊片整齊度和疊片臺(tái)橫移軸高速定位實(shí)現(xiàn)。
施耐德電氣提供的最大支持24軸同步或差補(bǔ)的LMC078運(yùn)動(dòng)控制器、SERCOSⅢ高速總線以及緊湊型設(shè)計(jì)的LXM28系列經(jīng)濟(jì)型伺服解決方案，可以基于橫移軸與緩沖輥位置關(guān)系，通過(guò)電子凸輪實(shí)現(xiàn)高速疊片，張力波動(dòng)小，提升疊片速度和節(jié)拍；基于激光糾偏傳感器遮光量的算法處理，調(diào)整糾偏速度，實(shí)現(xiàn)高精度的糾偏控制，保證端面整齊，通過(guò)LXM28伺服振動(dòng)抑制功能減小橫移軸高，，提升疊片質(zhì)量和效率。
05
電芯合成——頂焊機(jī)
電池頂蓋焊接機(jī)主要用于實(shí)現(xiàn)鋰電池的頂蓋與殼體之間的自動(dòng)激光焊接。該設(shè)備主要功能包括：電池Barcode掃描、電池入夾具定位基準(zhǔn)、焊接、焊接翻邊檢測(cè)判定、焊接爆點(diǎn)外觀不良檢測(cè)、焊接過(guò)程惰性氣體保護(hù)、焊接飛濺物以及煙塵吸收處理、設(shè)備內(nèi)部環(huán)境潔凈控制、MES追溯系統(tǒng)等功能。頂焊機(jī)激光焊接過(guò)程需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料、雙工位交互交替的高速度焊接工作。采用施耐德電氣LMC078運(yùn)動(dòng)控制器和LXM32/LXM28系列伺服驅(qū)動(dòng)器，基于SERCOSIII和CANopen總線，可以達(dá)到移動(dòng)速度1500mm/s，焊接速度200mm/s，焊接效率10pcs/min，焊接拐角處降速＜5%。
06
模組PACK——化成庫(kù)
化成庫(kù)將初次充電的鋰電池在加溫、加壓的環(huán)境中進(jìn)行充放電，進(jìn)而達(dá)到激活電池的目的。因此，需要實(shí)現(xiàn)精確的壓力控制（S曲線定位）、碼垛機(jī)平穩(wěn)取放料，以及安全保障。通過(guò)施耐德電氣的高性能PLC控制器、ATV340變頻器和LXM32伺服驅(qū)動(dòng)，幫助減小/消除定位過(guò)沖，減少了20%~40%，；控制碼垛機(jī)平穩(wěn)取放料達(dá)到精度±2mm，15m以上防震（防擺）更佳，架構(gòu)性能超0.5m/s2的加減速；在電器和安全總線通訊，可以防止電流過(guò)大損傷電池組，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓/欠壓/斷流/欠流/過(guò)溫等保護(hù)功能，保護(hù)人、設(shè)備和電池產(chǎn)品。
07
模組PACK——PACK線
作為典型的裝配過(guò)程，動(dòng)力電池包的模組和PACK是非常適合進(jìn)行自動(dòng)化應(yīng)用的：從電芯自動(dòng)上料開(kāi)始，經(jīng)過(guò)電芯分選-打螺釘-組裝-焊接-清洗檢測(cè)-入庫(kù)-成串PACK等主要工藝過(guò)程，將若干電芯組成模組，再由若干單元組成PACK，每個(gè)工位都可以借助機(jī)器人設(shè)備和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無(wú)縫集成。其工藝特點(diǎn)包括：
●關(guān)鍵部位采用六軸標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人提高自動(dòng)化水平和穩(wěn)定性，諸如電芯入殼、裝配等速度快且關(guān)鍵工位做減法、盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)產(chǎn)品、盡量減少非標(biāo)設(shè)備。
●在激光焊接站配有CCD定位，焊接主機(jī)具有能量負(fù)反饋，保證焊接質(zhì)量和一致性。
●PACK吊臂上下料，操作簡(jiǎn)單，維修和操作人員安全有保障。
●配置有數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，滿足MES信息采集需求，在關(guān)鍵站配有電子顯示屏，信息
●柔性化設(shè)計(jì)布局（高度穩(wěn)定生產(chǎn)）
針對(duì)PACK線的工藝特點(diǎn)，施耐德電氣的解決之道是提供高性能開(kāi)放性控制器如M262/M251，支持Ethernet/IP、ModbusTCP、RS485、RS232、CANopen、OPC等多種通訊，解決PACK線各設(shè)備通訊問(wèn)題；通過(guò)OneSoMachine統(tǒng)一編程軟件，并采用遠(yuǎn)程分布式I/O分區(qū)段連接方式，減少配置隨工藝變化改動(dòng)的工作；庫(kù)實(shí)現(xiàn)多款串聯(lián)機(jī)器人無(wú)縫通訊示教……
施耐德電氣正在憑借齊全的軟硬件產(chǎn)品和適用的鋰電設(shè)備解決方案，幫助鋰電行業(yè)諸多關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，并為打造數(shù)字化的鋰電工廠奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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