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    【行業洞察】成就客戶價值:施耐德電氣的鋰電設備解決之道

      2019年07月02日  

      一方面,中國的鋰電行業持續升溫,新能源汽車的爆發更是帶動了鋰動力電池行業的新發展。另一方面,從國家大力補貼扶植電動汽車拉動中國未來經濟增長潛力,到當前市場與行政手段相結合擠出過熱的行業泡沫,中國電動汽車行業也正在步入健康有序的發展道路。施耐德電氣的全線自動化和數字化解決方案,正在幫助鋰電設備制造商從單一的OEM設備制造商全面轉型升級為動力電池數字化工廠的“交鑰匙”者。

      從整個鋰電池的生產線來看,大體可以分為電極制作、電芯合成和模組PACK等3個階段工藝,在每個工藝段都需要數個核心的加工工藝設備。譬如在電極制作過程中,需要攪拌機、涂布機、輥壓機、分條機、模切機等設備,電芯合成過程需要卷繞機、疊片機、入殼機、注液機、頂焊機,而在模組PACK過程則需要烘箱、化成機、分容機、檢測機和PACK線……在全線的鋰電設備,尤其是其中的一些核心設備上,施耐德電氣為設備制造商們提供了全方位的電氣自動化與數字化解決之道,并為客戶帶來更多價值。

    01、電極制作——涂布機

      涂布機是將成卷的基材涂上一層特定功能的膠、涂料或油墨等,烘干后并收卷的設備。主要控制環節包括恒張力放卷、涂布過程多級同步控制、溫度控制、恒張力收卷。具體來看,整機恒張力控制需要收放卷專用功能塊精確計算卷徑變化,通過收放卷的恒張力控制,使涂布基材不拉伸變形,保證圖層長度精確度,需要收卷錐度控制,實現平整端面等;通過凸輪表/電子齒輪實現涂鋼輥和上料軸間的速度比控制,實現間隙涂布消頭去尾;在反面涂布階段,通過位置捕捉功能,實現高速高精度定位,不受控制器掃描周期影響。

      總體而言,當前的高速涂布機對控制精度、響應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運動總線的PacDrive3運動系統、LMC078運動控制器、LXM28/LXM32系列伺服驅動器等產品實現高速多軸同步控制、減小設計尺寸和機器開發成本,并搭配ATV320緊湊型變頻器和上位的GXU人機界面HMI,解決了間隙涂布頭尾消厚、正反面涂布留白對齊、恒張力控制、端面平整等關鍵工藝要求,為涂布機制造商提供了靈活的架構,最終縮短機器研發周期,降低機器成本。

    02、電極制作——輥壓機

      電池極片輥壓機用于鋰離子電池極片材料的軋制,實現電池極片卷料的連續冷壓生產,達到電池極片工藝要求的規格尺寸及品質。設備主要需求體現能夠對軋制力在線調整,設定操作方便;恒張力收放卷控制;速度控制和輸出穩定;集成以太網,總線,設備透明化管理等。

      施耐德電氣的解決方案主要基于雙核Core CPU的M241 PLC、Canopen以太網總線,以及ATV340變頻器系列。M241控制器核心為多任務配置,高內存,雙CPU架構(一個CPU處理程序,一個CPU處理通訊),集成了以太網和CANopen,Modbus 接口并具備EIP主站功能,主要優勢在于開放性好,方便連接第三方儀表,實現全透明化管理。該方案通過CANopen總線連接變頻器,通訊控制不受干擾,靈活的網絡架構實現了一網到底,方便了遠程服務并為MES提供數據接口。而驅動部分的ATV340變頻器內置通訊口、安裝方便,具有高過載能力和寬電壓設計,可以驅動同步異步多種電機。

    03、電芯合成——卷繞機

      電池卷繞機是整個電池成型的重要一環。電池卷繞機卷繞時的張力波動決定了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的重要一環。其主要工藝要求包括恒線速度控制(定制變轉速功能塊,實現卷繞線速度恒定,張力波動穩定);追剪裁剪控制(利用專用追剪裁切控制功能塊,實現極片切刀在卷繞中跟隨裁切);設備通訊實現環網冗余,支持設備熱插拔……

      施耐德電氣PacDrive3運動控制器基于SERCOS III自動化高速響應總線,可采取環形拓撲結構實現所要求的環網冗余,伺服部分采用LXM52高精高速伺服產品及支持CANopen總線的LXM28經濟型伺服產品,并將卷繞設備參數、運行數據、設備監控、故障信息集成在施耐德電氣Magelis GTO人機面板顯示屏上,從而實現恒線速度控制、追剪裁剪控制,以及高速環網通訊。

    04、電芯合成——疊片機

      疊片機的作用在于將正、負極片裝入料盒中,機械手左右運動,在正、負極料盒中拾取極片,經二次定位,交替將正、負極片放在疊片臺上。隔膜主動放卷,疊片臺帶動隔膜左右往復移動形成Z字疊繞。疊片完成后,按照設定長度切斷,自動送出人工貼膠。疊片機的控制挑戰在于:隔膜張力穩定控制、疊片整齊度和疊片臺橫移軸高速定位實現。

      施耐德電氣提供的最大支持24軸同步或差補的LMC078運動控制器、SERCOS Ⅲ高速總線以及緊湊型設計的LXM28系列經濟型伺服解決方案,可以基于橫移軸與緩沖輥位置關系,通過電子凸輪實現高速疊片,張力波動小,提升疊片速度和節拍;基于激光糾偏傳感器遮光量的算法處理,調整糾偏速度,實現高精度的糾偏控制,保證端面整齊,通過LXM28伺服振動抑制功能減小橫移軸高速運動結束時的震動,減小等待時間,提升疊片質量和效率。

    05、電芯合成——頂焊機

      電池頂蓋焊接機主要用于實現鋰電池的頂蓋與殼體之間的自動激光焊接。該設備主要功能包括:電池Barcode掃描、電池入夾具定位基準、焊接、焊接翻邊檢測判定、焊接爆點外觀不良檢測、焊接過程惰性氣體保護、焊接飛濺物以及煙塵吸收處理、設備內部環境潔凈控制、MES追溯系統等功能。頂焊機激光焊接過程需要實現自動上下料、雙工位交互交替的高速度焊接工作。采用施耐德電氣LMC078運動控制器和LXM32/LXM28系列伺服驅動器,基于SERCOSIII和CANopen總線,可以達到移動速度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

      化成庫將初次充電的鋰電池在加溫、加壓的環境中進行充放電,進而達到激活電池的目的。因此,需要實現精確的壓力控制(S曲線定位)、碼垛機平穩取放料,以及安全保障。通過施耐德電氣的高性能PLC控制器、ATV340變頻器和LXM32伺服驅動,幫助減小/ 消除定位過沖,減少了20%~40%加減速時間,同時減小機械振動;控制碼垛機平穩取放料達到精度±2mm,15m 以上防震(防擺)更佳,架構性能超0.5m/s2的加減速;在安全方面同時采用施耐德電氣安全繼電器和安全總線通訊,可以防止電流過大損傷電池組,實現 過壓/欠壓/斷流/欠流/過溫等保護功能,保護人、設備和電池產品。

    07、模組PACK——PACK線

      作為典型的裝配過程,動力電池包的模組和PACK是非常適合進行自動化應用的:從電芯自動上料開始,經過電芯分選-打螺釘-組裝-焊接-清洗檢測-入庫-成串PACK等主要工藝過程,將若干電芯組成模組,再由若干單元組成PACK,每個工位都可以借助機器人設備和控制系統實現自動化無縫集成。其工藝特點包括:

      ●關鍵部位采用六軸標準工業機器人提高自動化水平和穩定性,諸如電芯入殼、裝配等速度快且關鍵工位做減法、盡可能采用標準工業產品、盡量減少非標設備。

      ●在激光焊接站配有CCD定位,焊接主機具有能量負反饋,保證焊接質量和一致性。

      ●PACK吊臂上下料,操作簡單,維修和操作人員安全有保障。

      ●配置有數據采集和處理系統,滿足MES信息采集需求,在關鍵站配有電子顯示屏,實時顯示整個電池線的生產信息

      ●柔性化設計布局(高度穩定生產)

      針對PACK線的工藝特點,施耐德電氣的解決之道是提供高性能開放性控制器如M262/M251,支持Ethernet/IP、ModbusTCP、RS485、RS232、CANopen、OPC等多種通訊,解決PACK線各設備通訊問題;通過One SoMachine統一編程軟件,并采用遠程分布式I/O分區段連接方式,減少配置隨工藝變化改動的工作;利用多網通訊介質和機器人功能庫實現多款串聯機器人無縫通訊示教……

      施耐德電氣正在憑借齊全的軟硬件產品和適用的鋰電設備解決方案,幫助鋰電行業諸多關鍵設備實現高度自動化,并為打造數字化的鋰電工廠奠定堅實的基礎。

    標簽:施耐德電氣 LMC078運動控制器我要反饋
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