前言

　　目前國內(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?，整個電池組都有燒毀的危險。目前看來，解決這一問題是推動中國汽車鋰動力電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重中之重。

　　車載動力電池的成本占混合動力汽車總成本的30%-50%，是產(chǎn)業(yè)鏈中利潤最豐厚的環(huán)節(jié)，但目前國內(nèi)能夠真正工業(yè)化生產(chǎn)汽車動力電池的廠家?guī)缀鯖]有。

　　但由于鋰電池技術(shù)的進步，電池組循環(huán)壽命已超過1000次，每千瓦時電池的成本低于3000元。鋰電汽車在10年內(nèi)用電成本約為1萬元。傳統(tǒng)燃油車在10年內(nèi)的加油費用至少8萬元。即使10年內(nèi)更換一次電池，使用成本多花7.2萬元，總共8.2萬元。兩種車的使用成本基本相同。

01 新能源汽車電池換電儲能簡介

　　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，達到快速換電池目的。該站符合國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略的需求，提出了集充電、換電、儲能、無功補償為一體的新能源理念。該項目主要為北京北汽出租項目研發(fā)。主要解決新能源汽車電池充電慢，易老化，維護難的問題。

　　新能源汽車電池換電站，見圖一。

　　換電站項目主要包含了電池碼垛存儲和電池拆卸安裝兩個部分。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，主要是使用小車進行電池的安裝和拆卸。其中小車配合拆卸平臺以及相機視覺自動完成動作。

　　(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)動器，采用Profinet 作為驅(qū)動器和控制器二者之間的通信，伺服電機采用倫茨高精度的MCS同步伺服電機+MCA異步伺服電機，整個方案中：

　　(1)i900內(nèi)嵌運動功能，邏輯指令由上位機發(fā)出，具體的運動指令均由i900內(nèi)部自動完成，具有結(jié)構(gòu)清晰，操作簡單，通信穩(wěn)定的優(yōu)點。

　　(2)i900自帶雙閉環(huán)控制，同時配備了電機的反饋接口以及外部編碼器反饋接口，方便雙閉環(huán)同時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)動器進行電池自動更換動作，控制器中使用以太網(wǎng)實現(xiàn)和視覺數(shù)據(jù)的通信，使用Profinet網(wǎng)絡(luò)實現(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)拓撲圖

　　程序部分：采用和工藝相對應(yīng)的模塊化解決方案，對于小車部分采用位置控制，升降臺部分采用同步控制，安裝拆卸電池部分采用Ethernet實現(xiàn)與視覺的數(shù)據(jù)交換補償控制。

　　主速度：此速度為設(shè)備的運行線速度。所有的生產(chǎn)速度都以此速度進行同步運行。

　　升降臺：升降臺包含4臺伺服電機，需要進行位置同步，實現(xiàn)平臺的校準，確保升降臺處于同一水平面。

　　搬運小車：用于新能源汽車電池的安裝和拆卸的搬運，是連接升降臺和碼垛的橋梁，也實現(xiàn)通過視覺糾偏位置。

　　程序功能塊圖如下：

　　其中MachineControl 負責(zé)整個設(shè)備的邏輯控制部分，如啟動、停止和急停等功能。

03 Lenze優(yōu)勢

　　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)試時間，縮短了設(shè)備的研發(fā)周期。

　　3. 強大的I950伺服控制器，可以獨立完成全閉環(huán)控制，并執(zhí)行上位plc的簡單控制指令實現(xiàn)堆垛機的最優(yōu)的取貨控制。

　　4. 倫茨強大的運動控制器，采用Codesys3.0編程環(huán)境，實現(xiàn)汽車平臺的校準算法，并結(jié)合基恩士視覺系統(tǒng)實現(xiàn)取電池小車的自動校準系統(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)濟逐步復(fù)蘇，下游市場需求釋放，全球電池行業(yè)有望實現(xiàn)中高速增長。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2023年中國電池行業(yè)市場需求預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》數(shù)據(jù)顯示，2016年，全球電池行業(yè)市場規(guī)模達到7315.6億元，同比增長了16.3%，回暖趨勢明顯。

　　其次，儲能市場逐步形成。儲能電池發(fā)展?jié)摿薮?，但由于成本、技術(shù)、政策等原因仍處于市場導(dǎo)入階段，相對于動力電池增長滯后。未來隨著技術(shù)逐漸成熟、成本的逐步下降，儲能市場也將有望成為拉動鋰電池消費的另一增長點。

　　第三，電池企業(yè)逐漸重視回收體系。擴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金屬進行循環(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)中實現(xiàn)循環(huán)，是規(guī)避原生礦產(chǎn)短缺及價格波動風(fēng)險，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(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，隨著動力電池報廢規(guī)模逐步增長、動力電池回收規(guī)則明確、回收渠道規(guī)范、動力電池拆解回收技術(shù)進步，鋰電池梯次利用和報廢回收的規(guī)模將逐年擴大。

　　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，今后動力電池體系的升級換代將突出表現(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的高質(zhì)量、一致性要求，只有瞄準高精度、全自動化、智能化的生產(chǎn)線制造方式，才能適應(yīng)新市場。未來，電池制造企業(yè)對于設(shè)備自動化、智能化的需求將變得越來越緊迫。

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