“半路入局的人往往只得其一，不見其二。只有在圓柱自動化裝配領(lǐng)域摸爬滾打過多年的人，才能理解產(chǎn)線升級背后的技術(shù)邏輯。”

科技創(chuàng)新關(guān)乎國運興衰，基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)更是如此。

國產(chǎn)替代的話題，從來沒有面臨過近年來如此高的關(guān)注度與壓迫感。

在鋰電自動化設(shè)備領(lǐng)域，日韓擁有技術(shù)上的先發(fā)優(yōu)勢。日韓在90年代就開啟了鋰電產(chǎn)業(yè)化之路，先后研發(fā)出全球第一臺鋰電池卷繞機與裝配機。

以圓柱電芯裝配線為例，高精度、高穩(wěn)定性的高速入殼、焊接、封口等關(guān)鍵技術(shù)在相當長一段時間內(nèi)都被韓國日本所控制。

然而，隨著中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的崛起，國產(chǎn)鋰電設(shè)備廠商受益于與一線電池廠商綁定，積累配套經(jīng)驗、提升工藝研發(fā)能力，形成自身的技術(shù)優(yōu)勢，逐步實現(xiàn)了對日韓進口設(shè)備的替代。

當前，中國已經(jīng)擁有世界上最完整的鋰電產(chǎn)業(yè)集群，并轉(zhuǎn)化為具體的技術(shù)專利優(yōu)勢和生產(chǎn)成本優(yōu)勢。成熟的鋰電裝備配套力量成為中國新能源供應(yīng)鏈的可靠保障。

這條反超日韓之路或許能夠為正在承受供應(yīng)鏈安全風險的其他產(chǎn)業(yè)提供有益的借鑒。

圓柱電池高速裝配線一路“狂飆”

在三種主流的電池形態(tài)中，圓柱電池發(fā)展時間最長，標準化程度最高，相應(yīng)的生產(chǎn)工藝也最為成熟，因此圓柱電池高速裝配線涉足者較多。

盡管如此，一直到2018年前，國內(nèi)排名前十的圓柱電芯企業(yè)超過60%采購或使用的依然是日韓生產(chǎn)線。

彼時，在鋰電池中段裝配領(lǐng)域，日韓圓柱電池自動裝配線具備180-200ppm的生產(chǎn)效率，而國內(nèi)設(shè)備的效率只能做到100-120ppm。雖然有少數(shù)企業(yè)在進行200ppm圓柱電芯裝配線的研發(fā)，但在生產(chǎn)效率、穩(wěn)定性、稼動率等指標的表現(xiàn)上并不理想。

伴隨國內(nèi)新能源行業(yè)上升到國家戰(zhàn)略層面，打破國外壟斷、實現(xiàn)自主可控的高速圓柱裝配線成為國內(nèi)鋰電設(shè)備廠商的重要目標。

深圳中基作為中國鋰電核心設(shè)備企業(yè)從落后于日韓到技術(shù)反哺日韓的進化縮影，在十八年間見證了國產(chǎn)圓柱電池全自動裝配線一路狂飆的產(chǎn)業(yè)進程。

2009年，深圳中基開發(fā)出了國內(nèi)第一條30ppm的18650圓柱電池全自動生產(chǎn)線；

2014年，深圳中基開發(fā)出了60ppm的圓柱生產(chǎn)線，兼容14500、18650、21700等尺寸；

2016年，深圳中基開發(fā)出國內(nèi)第一條真正意義上的高速生產(chǎn)線——120ppm圓柱電池生產(chǎn)線；

2021年，其200ppm高速生產(chǎn)線也成功問世，適用于直徑21-60mm規(guī)格的圓柱電芯，良率達到99.5%。

目前，深圳中基正在開發(fā)350ppm的圓柱電池全自動生產(chǎn)線，已經(jīng)完成總體的設(shè)計規(guī)劃與關(guān)鍵工序的驗證。

“中國的圓柱裝配設(shè)備被日韓壓制了許多年。國內(nèi)的裝配設(shè)備市場魚龍混雜，部分企業(yè)所謂的高速裝配線實則將拼線的生產(chǎn)效率說成是單線效率。中國鋰電企業(yè)如果想配備貨真價實的高速線，只能花大價錢購入日韓設(shè)備。中基想改變的就是這一局面。”深圳中基常務(wù)副總王林如是說。

2022年12月，深圳中基“小圓柱電池智能化高速生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目通過廣東省機械工程學會的科技成果鑒定，被認定為：整體技術(shù)居于國際先進水平。“大圓柱電池智能化高速生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”同樣被認定為：具有顯著創(chuàng)新性，整體技術(shù)居于國際先進水平，其中集流盤/全極耳和底殼/電芯飛行激光穿透焊接技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

“四兩撥千斤”的凸輪傳動技術(shù)

據(jù)深圳中基技術(shù)總工王博士介紹，凸輪傳動技術(shù)是深圳中基圓柱裝配線效率持續(xù)提升的決定性因素之一，也是其核心競爭力所在。

與傳統(tǒng)的傳輸結(jié)構(gòu)相比，凸輪傳動具備穩(wěn)定性強、傳動速度快、占用面積小、制造成本低、能耗低等的優(yōu)點。

2008年起，深圳中基便開始在圓柱電池裝配線中使用凸輪傳動方式，先后開發(fā)出間歇式凸輪機構(gòu)和轉(zhuǎn)塔式凸輪機構(gòu)，大幅度降低了設(shè)備的體積和能耗水平。

2014年深圳中基成為國內(nèi)首家在滾槽機上使用自主研發(fā)的轉(zhuǎn)塔式凸輪機構(gòu)的廠商，實現(xiàn)了生產(chǎn)效率從30PPM到60PPM的翻番。

2016年，深圳中基將凸輪傳動技術(shù)應(yīng)用在中段整線的全部設(shè)備中，實現(xiàn)了生產(chǎn)效率向120PPM的躍進；其中滾槽機和封口機中使用改進后的轉(zhuǎn)塔式凸輪機構(gòu)，其他設(shè)備使用間歇式凸輪機構(gòu)。

2021年，深圳中基進一步升級轉(zhuǎn)塔式高速凸輪機構(gòu)，配合各專機設(shè)備自身效率的提升，實現(xiàn)高速圓柱裝配線從120PPM到200PPM的大幅提升。

同年，深圳中基自主研發(fā)的圓柱電池200PPM高速裝配線被經(jīng)深圳市企業(yè)創(chuàng)新紀錄辦公室認定為：“將國內(nèi)圓柱電池組裝線效率從120PPM提高到了200PPM，達到了國際一流水平，解決了圓柱高速組裝線長期被日韓企業(yè)卡脖子的現(xiàn)象，實現(xiàn)了國產(chǎn)替代。屬于國內(nèi)同行首創(chuàng)。”

其圓柱電池200PPM高速裝配線各設(shè)備采用獨立電機驅(qū)動、凸輪連桿結(jié)構(gòu)、連續(xù)轉(zhuǎn)塔凸輪運行方式，前后工序利用柔性鏈進行自動銜接，整線配套MES系統(tǒng)，可實現(xiàn)從物料到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)全程可追溯，品質(zhì)可控；通過新工藝、整線布局和物流優(yōu)化，可節(jié)省20%的生產(chǎn)人員。

其中，凸輪機構(gòu)技術(shù)得到大量應(yīng)用，助力生產(chǎn)效率提高的同時，使產(chǎn)線良率達到99.5%，稼動率達96%。

以殼體成型環(huán)節(jié)為例，傳統(tǒng)殼體成型方式存在如下問題：常規(guī)縮口方式鋼殼表面損傷明顯，尺寸波動大、一致性差；常規(guī)的單邊主動力旋轉(zhuǎn)擠壓送料方式，槽位拉伸變形大，穩(wěn)定性差。

深圳中基采用獨創(chuàng)的轉(zhuǎn)塔式殼體滾槽成型技術(shù)，通過雙邊主動力旋轉(zhuǎn)擠壓送料，比常規(guī)單邊滾槽方式的變形精度提高20%；可根據(jù)客戶實際工藝參數(shù)進行設(shè)計制作，有效抑制外徑尺寸波動，保證其尺寸穩(wěn)定；

縮口、滾槽、封口工序圖解

封口工序中，凸輪式高效殼體封口避免了傳統(tǒng)模具封壓式封口技術(shù)尺寸波動大的缺陷，同時自帶檢測與清潔功能。

目前，深圳中基小圓柱電池智能化全自動裝配線關(guān)鍵技術(shù)及整套裝備已經(jīng)在領(lǐng)先的電池廠商得到了應(yīng)用，打破了國際上日韓在小圓柱高速裝配線上的壟斷地位。

基于在小圓柱電池裝配線上應(yīng)用凸輪傳動技術(shù)的成熟經(jīng)驗，深圳中基將凸輪傳動技術(shù)運用至大圓柱電池裝配線上，取得了良好的應(yīng)用效果。

“近幾年，以4680為代表的風口非常多，引得多方爭相入局。但是半路入局的人往往只得其一，不見其二。只有在圓柱自動化裝配領(lǐng)域摸爬滾打過多年的人，才能理解產(chǎn)線升級背后的技術(shù)邏輯。”深圳中基常務(wù)副總王林表示。

早在2020年特斯拉剛剛提出4680電池的概念時，中基自動化就在進行了大圓柱電池相關(guān)裝配技術(shù)的儲備，并陸續(xù)為幾家頭部客戶定制開發(fā)了大圓柱中段裝配試驗線。

2021年深圳中基向多氟多交付的直徑60mm、效率25PPM大圓柱電池裝配線，是國內(nèi)首條搭載凸輪傳動技術(shù)的60系列大圓柱電池裝配線。

2022年，公司為某頭部電池客戶研制的150PPM的46系大圓柱高速裝配線上，也搭載了其自主研發(fā)的轉(zhuǎn)塔式凸輪機構(gòu)。

技術(shù)革新助力大圓柱電池規(guī)模量產(chǎn)

2022年以來，大圓柱成為鋰電行業(yè)的每個從業(yè)者都公認的“頂級風口”。隨著車企、電池企業(yè)頻頻釋放相關(guān)擴產(chǎn)信號，大圓柱電池的早日量產(chǎn)落地成為大家共同的期盼。

但國內(nèi)布局4680電池的企業(yè)目前多處于B樣階段，良率達到90%的仍鳳毛麟角。在此情況下，開發(fā)大圓柱電池高速全自動組裝線成為4680電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

比克電池副總裁樊文光曾表示，“完美地焊好幾百幾千電芯不算什么挑戰(zhàn)，難的是成百上千上萬支電芯。幾十億次的焊接，都要保證在一個很小的范圍內(nèi)波動，才能使電芯一致性和可靠性達到要求。”而這無疑對裝備設(shè)備商提出了更高的挑戰(zhàn)。

在2022高工鋰電年會上，王林介紹到，深圳中基的4680大圓柱高速裝配線融合了行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的傳輸技術(shù)、大圓柱極耳成型技術(shù)、組裝技術(shù)、激光焊接技術(shù)、檢測與圖像處理技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、環(huán)境控制與安全系統(tǒng)技術(shù)等多項先進技術(shù)，實現(xiàn)了高品質(zhì)、低能耗，短交期、高效率的整線交付目標。其46系大圓柱電池高速裝配線具備提供100-320PPM自動化裝配的能力。

1.全極耳揉平

大圓柱電池全極耳結(jié)構(gòu)對極耳揉平成型要求較高。針對極耳揉平致密性和平整度不佳、集流體與極耳焊接不良的難題，深圳中基開發(fā)了全極耳動/靜態(tài)撫平動態(tài)仿真模型，結(jié)合揉平后的極耳缺陷表征，優(yōu)化設(shè)計了新型精密全極耳揉平結(jié)構(gòu)。

具體來說，通過掃描電子顯微鏡表征分析極耳內(nèi)部缺陷，并建立揉平參量與缺陷的內(nèi)在聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上進行軸向定型設(shè)計，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)及機臺穩(wěn)定性，提高極耳撫平致密性、端面平整度，進而提高電池的安全性與生產(chǎn)良率。

基于模擬仿真分析和缺陷表征的極耳成型設(shè)計優(yōu)化過程

極耳揉平效果

2.集流盤焊接

相較傳統(tǒng)圓柱電池，4680電池更大的集流盤和極耳尺寸顯著增加了焊點或焊縫數(shù)量。傳統(tǒng)出射頭的焊接方式難以滿足行業(yè)對高效率焊接的需求。

深圳中基將掃描振鏡飛行焊接技術(shù)與轉(zhuǎn)塔式高效傳動技術(shù)有機結(jié)合，在國內(nèi)首次提出集流盤/全極耳和底殼/電芯激光飛行穿透焊接技術(shù)，克服了傳統(tǒng)焊接方式良率低、效率低的問題。

集流盤/全極耳飛行激光焊接模塊

集流盤/全極耳飛行激光穿透焊接實際效果

3.高效協(xié)同傳輸

為了實現(xiàn)大圓柱電池全自動組裝線的高效率目標，深圳中基創(chuàng)新性地采用凸輪/轉(zhuǎn)塔和磁懸浮傳輸技術(shù)傳輸物料。

凸輪/轉(zhuǎn)塔傳輸技術(shù)大幅度減小傳輸摩擦并提高傳輸效率。電芯、殼體、集流盤等物料通過磁懸浮高速輸送至連續(xù)上料工位。

輸送物料過程、電芯傳輸軌跡、運行節(jié)拍等信息通過模塊化的電氣控制系統(tǒng)實時傳送，最終實現(xiàn)組裝整線的整體高效傳輸協(xié)同控制。

凸輪/轉(zhuǎn)塔傳動結(jié)構(gòu)

磁懸浮集成系統(tǒng)

此外，深圳中基還開發(fā)了基于壓力傳感與柔性工裝的電芯無損入殼技術(shù)、功率可調(diào)環(huán)形光斑激光封口焊接等技術(shù)，保障了裸電芯高速高穩(wěn)定性入殼、蓋板在高速旋轉(zhuǎn)下的高質(zhì)量封焊接等。

目前，深圳中基大圓柱高速裝配線實現(xiàn)了對國內(nèi)多個電池廠商的批量交付。

在以深圳中基為代表的裝備企業(yè)的努力下，大圓柱電池高速全自動裝配的技術(shù)儲備已經(jīng)成熟，將有力推動大圓柱電池量產(chǎn)落地。

2月16日，深圳中基全資子公司——武漢智瞳視覺科技有限公司揭牌運營。代表深圳中基正式進入工業(yè)機器視覺應(yīng)用領(lǐng)域。

基于自研的核心框架算法，深圳中基現(xiàn)已經(jīng)掌握全流程的視覺檢測技術(shù)，包括高速2.5D線掃技術(shù)，高精度飛拍技術(shù)，3D高精度測量技術(shù)，瑕疵外觀判斷技術(shù)等，結(jié)合AI智能圖像處理，寬幅圖像拼接等技術(shù)，滿足各類電池裝配產(chǎn)線的全場景視覺檢測與智能處理需求。

疊加強大的中段整線集成能力，深圳中基不斷增強產(chǎn)品矩陣優(yōu)勢，打通核心業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，向“國際智能裝備頂級供應(yīng)商”的目標加速邁進。

編輯：黃飛