04　高性能锂电池智能制造试点示范——中天储能科技有限公司

一、项目实施背景与状况

本项目主要围绕锂电池的研发、制造、交付及运维，搭建涵盖智能设计、智能制造、智能物流、智能控制、智能运维的智能制造车间，旨在降低产品全生命周期内的产品成本，缩短研发周期，提升生产效率和能源利用率，提升产品安全性；探索建设锂电池智能制造标准体系，提升连续工艺制造系统集成技术，提高我国锂电池的智能制造水平。

本项目通过智能装备提升，涵盖生产过程监控中心、物流监控中心、质量控制中心、先进制程控制、生产辅助系统、锂电池制造执行系统（MES），并与企业资源计划（ERP）系统集成，开发配套的电池管理系统（BMS），打造电池全生命周期的集成综合管理，形成具备智能决策、智能设计、智能制造、智能监测、智能运维的锂电池智能化工厂，如图4-1所示。

在生产制造上，中天储能科技有限公司（以下简称“中天储能”）针对传统锂电池行业生产线兼容产品规格过多、设备自动化程度低、设备精度不高、产品稳定性不佳等问题，通过专线生产、开发系列自动化生产设备、引入高精度检测控制设备等手段，有效保证了产品的质量稳定。无须经常切换在产产品，有助于生产线效率发挥及产品质量稳定。中天储能生产线与行业传统生产线现场的比较如图4-2所示。

二、项目主要实施内容

（一）模拟与仿真

1.使用三维仿真系统对工厂总体设计及布局规划

使用三维仿真系统，通过模拟生产情况及波动做好预案：一方面能够精确模拟生产线的空间布置、运行情况，验证生产线产能、节拍、存储等规划设计要素的合理性，发现系统运行的瓶颈及对方案进行优化，使生产线布局更合理有效；另一方面，能够预测生产线的性能、制造成本等，从而更经济、有效、灵活地组织制造生产，使资源得到合理配置，进而提高整条生产线的生产效率，培训员工的设备操作能力及生产宏观掌控能力。如图4-3所示为中天储能电芯装配段3D模拟。

2.电池组建模仿真设计

客户对于电池组外观及容量都有独立需求，中天储能拥有独特的产品仿真软件系统，用于电池组产品生产工艺流程的仿真。通过计算机软件的模拟仿真，指导生产工艺的标准化，满足客户的个性化需求。

（二）装备智能化及集成

中天储能研发的国内首条24道工序一体的全自动装配线，拥有15项专利。各工序间实现机器人、机械手、机械臂自动流转，实现全自动生产；同时配备各种过程检测设备，如CCD、短路测试、气密性测试等装备。实现现场级和车间级自动化系统的横向集成，满足锂电池生产的柔性化生产需求。如图4-4所示为中天储能电芯全自动装配线。

（三）仓储式智能“化成分容”系统

本项目建立了集仓储、化成、分容、自放电测试、分选等多工序于一体的仓储式智能“化成分容”系统和电池系统测试。广泛应用机器人、机械手、机械臂，有效整合生产线，通过条码、二维码、射频识别（RFID）实现产品智能化物流流转。实现智能物料高效自动检测、筛选、定位、配送；实现制造过程、在线检测与智能仓储高效集成。

（四）全物料（粉体、液体）智能制浆系统

采用密闭连续式自动上料系统，隔绝环境湿度影响；通过分段式制浆系统，将干混、高黏度搅拌、稀释、高速分散等工步专机化，保障制浆高效、稳定。中控室全程操控管理，按照工艺方案自动运行；整套系统连通配料、涂布工序，实现工序间无缝对接。

（五）智能检测装备应用

1.极片涂布面密度自动控制系统

应用基于面密度实现自动控制涂布的方法及控制系统，通过双面穿透式贝他传感器检测极片面密度，所检测数据直接采集至数据采集系统，通过数据传输网络将面密度的数据传送到相应的涂布生产线控制系统，通过面密度与供料量之间的对应关系，实现自动控制生产过程中的涂布腔体内压力，从而实现涂布浆料稳定供给，实现涂布极片面密度的稳定控制。

2.极片厚度自动控制系统

实施在线监控极片生产质量，实时监控画面显示检测到的极片面密度、厚度等相关参数，并与上位机连接，实现数据实时传输，能够根据实际数据自动生成相应的曲线图表，并配备有报警、诊断功能。

3.在线瑕疵自动检测分析系统

高速摄像头（CCD）在极片高速运行的过程中，一旦检测到极片表面有瑕疵、缺陷，即可以根据设定的不同条件划分为不同类别，并能够实时显示检测到的极片瑕疵画面、大小、面积数据。如图4-5所示为中天储能的智能检测装备与监控系统。

（六）大数据采集与分析管理平台建设

1.信息网络系统建设

中天储能车间网络（见图4-6）采用现场总线、以太网、物联网和分布式控制系统等信息技术和控制系统，建立车间级工业互联网。目前，公司已完成覆盖整个工厂办公、生产、仓储区域的有线及无线网络，将所有系统数据全部统一管理、统一备份；实现三网、专线多种接入，通过专线、VPN网络接入中心机房，实现安全访问。

2.生产过程采集情况

中天储能的每一道生产工序均采用在线监测产品的相关生产信息、参数，引进国内外先进检测设备在线实时监测，层层把关，严格控制产品质量。每一道工序生产出来的半成品、成品均需标示生产批号、编号，如在产品的某个生产环节出现问题，可快速通过该产品相关编号、产品质量参数信息，对各工序反向逐一分析判断，追溯问题的源头，杜绝问题的再次发生。

3.企业资源计划（ERP）与制造执行系统（MES）集成应用

建立以MES为核心，向上与ERP系统、向下与现场控制系统衔接的三层系统架构，实现系统间高效协同，如图4-7所示。企业生产计划、生产过程所需要的物流在系统中实现了实时安排、调整。为适应公司智能制造新模式应用的要求，ERP中的企业资源基础信息实现与MES共享，订单及生产计划、物料配送计划由ERP向MES下达。从而实现纵向集成，信息可以自上而下和自下而上有效流动。

4.产品全生命周期管理（PLM）架构建设情况

搭建PLM系统，实现设计、工艺和制造一体化管理；将所有与产品相关的数据进行集中、统一的管理，确保数据的完整性、一致性和正确性，同时能够方便设计人员、工艺人员、制造车间人员及相关技术人员在权限范围内查找所需数据，实现企业内部的知识共享，提高知识的重用，避免重复劳动，缩短设计研发周期，提高设计研发质量。

5.信息安全保障情况

中天储能从物理安全、网络安全、主机系统安全、应用安全和数据安全五个层面规划管理和控制；安全管理包括安全管理机构、安全管理制度、人员安全管理、系统建设管理和系统运维管理五个方面。

三、实施成效

未来锂电池行业的竞争将重点体现在产品的一致性和制造成本上。通过本项目的智能化建设，中天储能实现生产效率由原来的20ppm提升到25ppm，节约仓库空间40%，车间生产人员减少25%，综合运营成本降低20%以上。

在产品研发方面，通过模拟仿真系统的建立，实现将全新规格电池产品研发及导入周期控制在6个月内，产品研发周期提升30%以上，实现市场需求的快速响应。

在产品性能方面，±2%产品容量分布比例将达到98.5%以上，±0.2mΩ内阻分布比例将达到99.5%以上；实现材料利用率大于97%，入库产品不良率控制在1ppm以下。生产过程产品不良率降低12.5%，能源利用率提升10%以上。有效保障了产品的卓越性能，稳定了质量。

四、实施经验

（1）多工序连续设备集成。建成行业首套高集成自动智能装备线，拥有15项专利，集从配料到电池组装的24道工序于一体。广泛应用智能装备，引入高端自动化生产设备及机器人、机械臂等智能化装备，实现了生产设备数据化的基础；车间实现可视化中控室生产管理，采用数字化、网络化装备，实现车间设备互联互通，采用统一的数据库和软件平台对过程数据进行采集、存储、分析；实现现场级和车间级自动化系统的横向集成，满足锂电池生产的柔性化生产需求。

（2）制造过程、在线检测与智能仓储高效集成。实现智能物料高效自动检测、筛选、定位、配送。实现智能化物流配送，并通过条码、二维码、RFID实现出入库控制。建立智能立体仓储，实现智能物料高效流转；物流系统实现可视化、透明化、可追溯性，可通过物流管理系统中的调度控制软件对整个物流系统进行实时监控，实时显示各执行设备当前的运行状态及配送情况。实现“化成分容”检测数据、内阻测试的数据实时采集，并自动分档，筛选不合格品，杜绝不合格品的流出；将所有电池的数据上传至指定系统。

（3）产品全生命周期闭环管理。建立生产全流程自动追溯系统，100%自动智能在线检测，实现了研发、生产、测试、运维智能闭环管理系统的开发及应用。每一道生产工序均采用在线监测产品的相关生产信息、参数，引进国内外先进检测设备在线实时监测，层层把关，严格控制产品质量；实现对生产设备运行状态实时监控、故障自动报警和诊断分析，实现生产任务指挥调度可视化，关键设备能够自动调试修复；实现全生命周期生产过程及质量数据追溯及分析管理。

（杨尤昌、沈洪才　供稿）