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PACK智能组装新能源锂电池技术

任培源 陈彦良 信哲
  
大丰媒体号
2022年22期
桂林电子科技大学

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摘要:锂电设备属于非标定制化设备,在动力电池产能大规模增长需求下,具备规模化供应能力的锂电设备商数量有限,当前设备行业普遍存在产能紧缺的情况,优质设备产能稀缺,企业交付压力突出,锂电设备进入卖方市场。为锂电设备配套的在线检测系统也进入高速发展的阶段。

关键词:新能源;锂电池;PACK智能组装

引言:锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池在传统领域主要应用于数码产品,主要用于动力电池、储能领域。近年来,我国锂电池产量逐年增长。

需求方面,受益于新能源汽车发展及动力电池需求增加,我国锂电池出货量逐年上升,2019年达131.6GWh,产业规模超过1700亿元。目前消费锂电池领域需求已经较为饱和。未来,随着全球新能源产业的发展,电动车逐渐成为锂电池的大需求产业,因此动力锂电池成为锂电池产业需求增长的集中领域。在初期手工制作产品的过程中,一个完整锂电池块需要3小时,导致在焊接过程及检测过程就会存在差异性,而采用PACK产线后,将杜绝焊接、焊锡的问题,全部产品一致化、标准化。本项目将引用pack组装技术智能化生产新能源锂电池,实现从自动化到智能化。

一、项目来源

近年来,我国锂电池产量逐年增长,受益于新能源汽车发展及动力电池需求增加,我国锂电池出货量逐年上升,2019年达131.6GWh,产业规模超过1700亿元。目前消费锂电池领域需求已经较为饱和。未来,随着全球新能源产业的发展,电动车逐渐成为锂电池的大需求产业,因此动力锂电池成为锂电池产业需求增长的集中领域。在初期手工制作产品的过程中,一个完整锂电池块需要3小时,导致在焊接过程及检测过程就会存在差异性,而采用PACK产线后,将杜绝焊接、焊锡的问题,全部产品一致化、标准化。

二、行业及市场前景

(行业历史与前景,市场规模及增长趋势,行业竞争对手,未来市场销售预测等。)

1990年以来,中国锂电池产业从最初的模仿借鉴到逐渐自主创新,从最初只能提供消费电池到后期一跃成为动力电池的主要供应商,中国在锂电池行业扮演的角色愈发重要。

经过几十多年的发展,中国锂电池生产厂从最初的几家到现在的上百家,完成了数量的突破,中国成为全球最大的锂电池生产国和消费国。在政策、补贴的双重推动下,中国锂电池产业诞生出众多具有全球竞争力的企业。

新能源汽车作为国家战略性新兴产业,中央及地方政府陆续出台了各种扶持培育政策。近年来,得益于新能源汽车产业的蓬勃发展,锂电池行业亦呈现快速发展趋势。

2020年4月财政部、工信部、科技部、发改委发布《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,完善配套政策措施,营造良好发展环境。根据资源优势、产业基础等条件合理制定新能源汽车产业发展规划,强化规划的严肃性,确保规划落实。加大新能源汽车政府采购力度,机要通信等公务用车除特殊地理环境等因素外原则上采购新能源汽车,优先采购提供新能源汽车的租赁服务。推动落实新能源汽车免限购、免限行、路权等支持政策,加大柴油货车治理力度,提高新能源汽车使用优势。

三、创新点与项目特色

(项目情况,技术水平,产品或模式的创新性、先进性和独特性,竞争优势。)

1、有利于提升广西锂电池产业的技术装备和生产水平,推动形成产业集群和循环经济

为了加快项目地产业结构优化升级,大力推进新型工业化进程,就必须通过大项目机遇来壮大工业规模、提高工业占经济生产总值比重。这样才能借机达到不断优化布局,提升产业综合竞争力的目的。该项目建成后,必将带动相关产业群的相互支撑,提升广西锂电池产业的技术装备和生产水平,促进形成协调发展的工业格局,推动形成产业集群和循环经济。项目建成投产后,将推进区域经济发展的集聚效应,进一步拉动生产要素在区域间自由流动和优化配置,形成分工合理、主业突出、比较优势得以发挥的区域产业结构,促进区域经济协调发展。电源是各种用电设备的动力装置,需要高性能、高可靠的电路模式。涉及电子、光机电一体化、新能源等多个领域,大量应用于通信、计算机、交通运输、电测设备等商用仪器、仪表和电器设施中,应用于导弹、卫星、飞机、舰船导航、军、警执勤、反恐、抢险救灾、野外训练作战等智能装备设备等军事和航天领域。

电源产业属于复合型高科技产业,是电子工业的基础产品,也是我国民族工业极具活力的生力军,属于我国先进社会生产力的重要组成部分。电源产业的发展,事关我国国民经济和民族工业发展大局;电源技术的产业化,有利于推动我国工业、农业、能源、交通运输、航空航天、国防、科技、教育文化等各方面的平稳快速发展。

公司经营范围为电源技术的研发;电子产品的测试生产与销售,项目投产建设有利于促进我国电源技术产业发展。

2、项目生产产品市场前景广阔

在国家的重点支持下,中国动力锂电池关键技术、关键材料和产品研究已经取得重大进展。锂电池产业已经进入到产业化建设和推广应用的关键阶段。动力锂电池产业化进程已经处于国际领先地位,项目生产的新能源装备锂聚合物电池产品市场前景广阔。

3、项目采用先进的工艺

本项目将采用行业内最先进的设备和工艺,以使产品在性能参数方面达到行业先进水平,有利于拓展公司在聚合物锂电池的产业链升级和产能规模扩大,大幅提升公司在聚合物锂电池产业链的行业地位,进一步增强公司核心竞争力和持续盈利能力。

四、生产或运营

(生产或运营方式,材料、劳动力、设备需求,质量保证,生产成本。)

1.生产流程

2.人员配置

我司采用全自动锂电池pack生产线后,单日产出可达1000组成品电池,工作人员仅需作为产品质检,工厂人数在40人即可,相比较老式的生产方式,该方案极大的提升了生产速率及减少了人力成本。公司采用管理层+生产人员+销售人员三块结合,可带动一批具有高技术知识人群,将自动化到智能化,实现智能制造的蜕变。

3.公司拟引进pack产线

(1)软包动力电池模组PACK组装线

应用于软包电池横组PACK段,针对动力电池惯组数量在2-15片电池,整的包含电芯上料、电芯测试极耳一次整平、极耳能切、极耳二次整平、极耳清洗、电芯配组、安装支架贴条码、极耳折弯、整平焊按、保护板焊按、半成品测试等相关工序。

模块化:模块化布局,基于设备维护、换型时间短、工序自由组合、操作灵活。高端化:高速循环线传送方式,切布精准高效,提速空间大。

智能化:采用六轴机器人作业,灵活度高,参观性强。

(2)圆柱形新能源汽车电池模组PACK组装线

应用于圆柱电池模组PACK段,主要针对动力电池模组,数量在48-250级电池,整线包含电芯上料、电芯扫码、电芯测试、电芯分选、极性转换。

智能化:整版上料和物流系统及智能仓储无缝对接,实现黑灯车间。

柔性化:配方式软件操作,切换型号更加快捷方便。

标准化:把整柱电池的PACK线体统一化通用性强,减少反复购买柱体的成本。

(3)方形动力电池模组PACK组装线

应用于方型电池PACK段,包含电芯上料、电芯扫码、电压内阻检测、电芯分档、端板上料、贴双面胶/涂胶,电芯堆叠。

模块化:模块化布局,基于设备维护、换型时间短、工序自由组合、操作灵活。高端化:高速循环线传送方式,切布精准高效,提速空间大。

智能化:采用六轴机器人作业,灵活度高,参观性强。

1 锂电池行业市场分析

锂电池的上游原材料主要包括镍钴锰、锂矿和石墨矿,由此构成正负极材料、电解液、电极基材、隔膜等;中游则是将正负极材料、电解液、电极基材、隔膜组装成电芯后进行制造和封装;下游是锂电池的应用领域。

近年来3C产品对锂电池需求量的稳定增加,以及随着新能源汽车的市场规模逐步扩大和储能电池的需求扩大,我国锂电池产量规模逐年扩大。根据国家统计局数据显示,2015-2019年我国锂电池的产量不断增长。2019年,我国锂离子电池产量为157.22亿只。2020年1-11月,我国锂离子电池产量达到166.81亿只。

2020年1-12月,我国动力电池装车量累计63.6GWh,同比累计上升2.3%。2020年中国动力电池出货量为80GWh,同比增长13%。在疫情影响下,2020年较2019年仍有所提升。主要原因:(1)2020年下半年国内新能源终端市场恢复超预期,加之新车型于下半年集中发布,带动了消费者购车热情,使得国内新能源汽车市场销量超过130万辆;(2)2020年欧洲新能源汽车市场超预期增长,年销量超过中国,带动国内部分头部电池企业出口规模提升。

2 UPS行业市场分析

不间断电源(UPS)是信息化建设基础设施的重要组成部分,随着信息化建设的推进,不间断电源(UPS)行业市场规模迎来稳步增长。根据中国电源协会的分析统计,2009-2019年,我国不间断电源(UPS)行业的市场规模持续上升,由2009年的31.7亿元增长至2019年的97.03亿元。2020年,受益于新冠肺炎疫情防控取得重大战略成果及“新基建”对于数据中心、城际高铁、城市轨道交通等领域的带动,不间断电源(UPS)行业市场规模约为103.82亿元,较2019年同比增长7%。

从应用领域来看,不间断电源(UPS)可应用于政府、电信、银行、互联网、交通、制造、医疗和保险等领域。根据中国电源协会发布的《中国电源行业年鉴2020》显示,中国不间断电源(UPS)最常应用于政府与电信行业,应用比例分别为14%与13%。

大容量、模块化不间断电源(UPS)产品市场需求快速增长,市场需求向高端产品转移。从我国不间断电源(UPS)市场销售情况来看,10KVA以上不间断电源(UPS)销售占比为80.4%,其中100KVA以上不间断电源(UPS)占比50.7%;模块化不间断电源(UPS)市场占比34.2%。

我国不间断电源(UPS)产品已经从小容量产品,向大容量、模块化高端产品发展,模块化不间断电源(UPS)可有效提高产品容量和可靠性,将成为未来市场的主要发展方向。

3 家庭储能系统行业市场分析

家庭储能系统,利用屋顶的太阳能发电装置、家庭用风力发电机产生能源,以及社会供电系统的低价电力来源把富裕电力存入储能系统,以备高峰时使用,不仅可作应急电源,更能为家庭节省电力开支。除用于家庭使用外,还可用于野外作业、紧急突发应急停电时使用,供一般家用电器、电脑、照明、通信设备等使用。

智能家用储能系统重要指安装在居民住宅上的储能系统,其运行模式包括独立运行、于小型风机、屋顶光伏等可再生能源发电设备配套运行以及家用储热设备等,智能家用储能系统的应用包括:电费管理、控制用电成本、供电可靠性、分布式可再生能源接入、电动汽车储能应用。

据数据显示,2018年中国家庭储能供给规模78.99亿元,2019年中国家庭储能供给规模89.61亿元,2020年中国家庭储能供给规模104.83亿元,同比增速16.98%。

4 应急救援装备行业分析

应急产业是为突发事件的预防与应急准备、监测与预警、处置与救援等提供专用产品和服务的产业,具有覆盖面广、产业链长、涵盖领域多等特点。应急救援的核心使命就是拯救生命,加强安全生产应急救援科技装备建设是以人民为中心发展思想的根本要求,是践行以人为本、科学救援理念的具体体现,是大力实施科技兴安战略的重要内容。各地区、各部门和相关企业要高度重视,深入分析新形势、新任务、新使命,牢固确立向科技装备要战斗力的思想,坚持走“精兵之路”,强化队伍建设,优化装备布局,以高科技救援手段替代“人海战术”、以智能化救援方法减少人为操作,不断加大队伍的救援辐射半径,提升队伍的应急机动和专业救援能力,推动安全生产应急救援科技装备工作取得新成效。

五、效益预测

(未来三年至五年的销售收入、利润、资产回报率等。)

1经济效益分析

项目建设后2022年-2025年年规模工业产值约分达到8000万元、1亿元、1.5亿元、1.8亿元、2.2亿元。项目年缴税:分别约达到150万元、200万元、260万元、300万元、350万元。年净利润均约2000-5000万元,能有效促进当地经济发展,直接经济贡献大。同时还能带动相关行业发展,经济带动能力强。

2社会效益分析

2.1、解决就业

长期以来,我国就业形势都非常严峻,本项目建设完成后,按照一期生产规模,预计可解决补充就业30-100人,为当地居民提供就业机会。

2.2、社会保险

公司员工的招聘、辞退、辞职、工资、福利、劳动保险、社会统筹及其他事宜,均按《中华人民共和国劳动法》及政府有关规定执行。实行全员聘用合同制,正式录用后,必须签订劳动合同。劳动合同为丧失劳动能力、暂时失去劳动岗位或因健康原因造成损失的人获得收入或补偿提供了保障,从而稳定社会生活,促进社会经济发展。

2.3、纳税

项目达产后,可实现年均缴纳税约160万元。

这样一方面增加了国家及当地财政收入,同时也为合理调节分配,促进共同富裕做出了贡献。

本项目实施,对当地就业具有较强的贡献。项目开展后,能直接带动就业,随着未来规模的不断扩大,所需劳动力将进一步增加,直接带动就业能力较强;同时,项目还能辐射带动相关产业发展,如交通运输业、物流行业等相关行业,也能间接地促进劳动就业。

该项目采用当前国内行业先进的工艺技术及设备,产品技术含量高,起点高,是当前市场急需的产品,可替代进口,能够进一步提升企业产品结构档次,促进南宁市乃广西锂电池加工业及锂电池产品结构升级,既符合国家产业政策,又符合广西和南宁市“十四五”工业发展规划纲要,项目建设投资十分必要,意义重大。项目投产后,对环保、安全卫生和消防已作足够资金投入,环境、安全卫生和消防有保证,社会效益很好。

结语:公司在投产后,将在锂电池储能方向继续攻坚,在《广西创新“十四五”规划》中明确指出,要大力发展新能源储能,而大型储能柜是全国方面的难题。在国家能源网、国家能源局发布文件中,在所有新能源发电项目中,如光伏发电、风力发电等,必须配置15%以上的储能装置方可投产施工建设。在原有已建成的风能、光伏等项目,需按实际情况进行升级,增加储能设备。

而今后也将在现有技术团队工程师的基础上,与广西科学院强强联合,通过人工智能算法突破BMS的管理系统,结合优质电芯、保护隔膜等系统化集成,做出最为优质和安全的大型储能设备,在现有产品基础上,更上一层楼,在现有产值上,再攀高峰!

参考文献

[1]胡杨,李艳,连芳,等.锂离子蓄电池热稳定性的机理[J].电源技术,2006,(10):833-836.

[2]李钊,陈才星,牛慧昌,等.锂离子电池热失控早期预警特征参数分析[J].消防科学与技术,2020,39(2):146-149.

[3]碳化硅在新能源汽车中的应用现状与导入路径[J].陈东坡.电子产品世界.2021(10).

注:广西大学生创业训练项目成果(项目名称:PACK智能组装新能源锂电池技术,项目编号:S202210595326X)

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