中国第一条汽车动力电池PACK生产线.docx

一、前言我国在新能源汽车方面投入力度很大，列为科技部重大专项课题，目前已有多种混合动力新能源汽车样车问世，许多汽车企业陆续发布新车上市时间表，国务院近期出台了鼓励发展新能源汽车的扶持政策，显然，发展新能源汽车是国际共识，中国各地都在下大力气研发建设，如天津的电动汽车生产基地，深圳比亚迪的双模铁电池混合汽车，不久前合肥电动汽车已下线上路行驶，当地政府大力支持并特别颁发了上路牌照，此外还有浙江准备大力推出适合农村市场需要的微型电动汽车，价格不到万元人民币，在专家们还在争论我国到底发展哪种新能源结构车型时，各地方政府及企业已经因地制宜、实事求是地发展自己的新能源汽车产业了。无论是何种新能源汽车，几乎都不排斥电池的作用，包括油电混合动力汽车、燃料电池汽车以及纯电动汽车，而在汽车动力电池方面，除了低成本的铅酸电池外，现在开始使用镍氢电池，近期将陆续推出锂动力电池，锂动力电池的综合性能目前最符合混合动力汽车的要求，世界各国，尤其汽车强国日本和美国，都在大力发展锂电池生产技术规模，我国也一哄而上，生产锂动力电池的企业不下百家。锂动力电池目前的技术瓶颈是如何提高成品率从而降低成本，在保证单体电芯安全性的前提下实现大规模成组的动态充放电一致性，在足够功率放电的同时具有足够的循环使用寿命。现有的生产设备、工艺流程、电池管理系统均存在缺陷，换句话说，目前企业尚不能稳定生产合格的锂动力电池组，至少国内企业是这样，有专家明确指出，我国现在还没有一条真正的汽车动力电池pack生产线，如果不能快速解决这个问题，不但上百家电芯生产企业发展受阻，而且也会严重影响我国相关新能源汽车产业发展，反之，如果实现产业化，不但能满足国内整车市场的需要，更能解决国际庞大的市场之需，业内预计，新能源汽车专用锂动力电池每年需求上亿块，产值数万亿，谁也吃不下，与太阳能电池产业类似，将数年呈供不应求态势，而且订单只会向少数技术拥有企业过分集聚。我们辛苦钻研八年之久，终于在锂动力电池的生产、控制方面取得了一系列技术突破，并拥有完全自主知识产权，可以整合现有的国内外单体电芯生产技术资源，突出解决电芯与整车用户之间的pack问题，与地方政府和投资商一起，共同建立我国第一条汽车锂动力电池组pack生产线。二、生产设备1、锂动力电池动态筛选设备解决电池组匹配问题，筛选出早期有内在缺陷的不合格品，从而使每个单体电池能具有合格的循环使用寿命。筛选设备与化成分容设备融合在一起，筛选时间比化成分容略长一些，但不会过长，筛选规模依投资规模而定，单路柜机插板式结构，数十路、成百上千路均可以，彼此独立控制，可灵活扩展。筛选条件是在模拟工况充放电环境下测量单体电芯的充放电工作平台和动态内阻，除了原有的静态参数作为配组的依据外，还增加了工作平台和动态内阻匹配标准，如此下来，现有的许多电池生产企业所生产的单体电芯均达不到汽车动力电池的使用标准。2、动力电池组pack规范工装设备日本举全国之力想借助这次能源危机掌握技术主动权，一方面解决国内能源短缺问题，另一方面还可以通过技术产品输出再次获得丰厚的经济收益，目前正紧锣密鼓地制定汽车动力电池的尺寸规格及pack规范，争取在国际上掌握标准制定的主动权，我们的竞争对手主要是日本，在pack规范方面具有独特的技术创新。动力电池组pack规范的核心内容是封装的标准化，该标准必须以保证品质为前提，将动态筛选出的单体电芯经过高效低成本的工装设备进行封装，同时兼顾快速质检、bms接驳、维修保养更换三大操作平台，并在整个pack过程中，有效保障安全生产和高生产率。工装设备是在我们专有技术的基础上定制完成的，全部由自己设计加工制造。3、快速质检设备和寿命测试设备动力电池组pack成品出厂前必须进行整体全面质检，因为pack成品不但包含数只动力电池，还有动态一致控制的bms系统，质检的目的是全面检验成品的整体性能，把好出厂前的最后一道质量关。快速质检设备不同于有台架的动态筛选设备，重点验证bms控制能力和单体电芯基本参数是否发生异变（因后期操作引起），设备要求快速判定，以便提高生产效率，该设备可以制备数台同时质检。寿命测试设备是了解pack成品真正性能的重要一环，该设备往往在pack成品大批量投产前就必须投入运行，其特点是自动化程度高，带有能量循环再利用特性，无人值守的安全机制，以及海量数据存储和全程数据分析功能。以上这些生产设备我们经过数年努力已经能全部自制，不但摆脱了国外的技术控制，而且还大幅度降低了购置成本，至少节约设备投资数倍。三、工艺流程动力电池组pack工艺流程图如下所示：pack成品由三部分构成，即电池组、bms和固定架外壳，其中固定架外壳由应用的具体结构来决定，涉及到整车的位置、配重、充电接口、通风管道布置以及空间立体尺寸等，这需要与具体车型进行匹配，在承揽加工前必须事先双方确认好相关设计图纸，不能有任何差错。不同的pack成品，对充电机、充电站、充电器的要求会有所不同，为了在社会上全面普及使用，必须具有最大范围的充电条件兼容能力，为此我们在bms技术方面做了大量的创新工作，力求充电机构简单、安全、可靠，在不影响动力电池组使用性能的条件下，可以直接家庭充电，也可路边、停车场地面插座刷卡充电（全自助方式），大大降低充电机构的建设成本，使充电机构成为停车场基本配套设施变得简单易行，这在新能源汽车的推广使用方面至关重要。只要用户有需求，新能源汽车路边充电时间可以缩短至20分钟，我们目前设计的pack成品已经能达到这个水平。四、投入产出（市场分析）汽车动力电池组pack产品的市场十分庞大，日本想独占恐怕不太可能，就目前资讯报导的规模而言，全日本的产量只能满足丰田一家需求的五分之一，各汽车企业担心将来有车拿不到电池完全可以理解，有实力和眼光的汽车企业先下手为强，亲自投资合作建厂来保证自己的生产需求，所以，这个市场与太阳能电池市场一样都是生产多少就用多少的紧缺市场。与日本pack产品相比较，我们在单体电芯成品率方面及综合质量方面存在差距，换句话说，日本电池用不着像我们这样费劲地动态筛选，就可以成组pack，而且电芯生产自动化程序很高，而我国电池生产企业几乎都是手工操作，如果这种格局不改变，我国单体电池水平永远差日本一截，但在bms系统方面，性价比上我们与日本相比具有明显的竞争优势，日本由于追求电芯本身的一致性生产技术，忽视了bms的作用，在这方面原来下的功夫不多，汽车的安全性决定了即使电池本身性能不错，也必须要有严谨的bms系统进行动态实时控制和管理，与国际同类产品相比较，我们的产品处于领先位置。所以，如果从全球市场审视的话，我们不排除采用日本单体电芯，生产出来的pack成品直接供应丰田等国际巨型汽车企业，可以简单测算一下，仅供应丰田一家企业，我们也只能占到很小一部分，相对于每年数万亿市场，大家的生产能力都显得十分有限。由于技术的价值显现，pack成品的利润不会太低，目前还无法精确计算，但从目前的价格估算，存在较大的利润空间，未来的成本肯定会大幅下降，只能在动态变化中不断调整相应数据。20%的利润空间应该没有问题。产能由投入决定，前期投入不必太大，因为该产业的发展有个过程，而且投产也有个设备制造、寿命测试等筹备时间，先解决基本产品的订单问题，随着需求的增加，再相机增大投入，这样比较稳妥，更符合市场经济规律。建设我国第一条汽车动力电池组pack生产线，所需资金至少5000万元人民币，年产1万块汽车动力电池，每块电池约3万元人民币，产值约3亿，只满足1万辆汽车需求，虽然规模小，但意义重大。五、技术授权我们已经拥有汽车动力电池组pack生产技术全系列自主知识产权，这在国际上也是不多见的，正因为如此，我们可以完全独立承担pack生产线的全部建设工作，为了让新能源汽车尽快在全球发展，我们决定在全球范围内实行技术授权工作，至少在我国建设大约十条左右的生产线，每条线的未来设计规模即使达到年产上百万块汽车动力电池，产值3百亿元人民币，十条线也只能满足每年一千万辆汽车的需求，而我国今年的汽车消费有望突破一千万辆。所以说，在我国技术授权十条生产线并不存在市场饱和的问题。原则上一个省只建一条线，估计很少有哪条线能达到世界500强的规模，但一定有，各地的支持力度不同，结果会存在差异，由于没有污染问题，对厂房设施要求不高，但占地要有一定规模，而且对物流要求高，公路、铁路运输为主，如果能建在汽车企业附近最好，或者把汽车生产企业吸引过来，当然这是一家能使用我们产品的汽车企业。技术授权按技术交易规则办理，即统一支付入门费及产品提成费，而入门费加提成总额有一个上限，第一条线会给予数额优惠，具体数额双方商议，我方负责全套生产线的交钥匙工程，并负责技术操作培训、生产培训，提供无限期维修服务，有义务为企业的产品升级换代提供技术支持，虽然授权企业使用全套生产技术，但企业不能向第三方转移该技术，为此我方在一些环节上在不影响正常生产的前提下进行技术处理，也便于技术提成的数据统计工作。由于经济大环境变差，物价上涨、出口萎缩，必然影响消费市场，各地政府也在促进当地实体技术转型，汽车动力电池pack产品的市场不会受此影响，正是由于石油紧张才促使世界各国大力发展新能源汽车，也正是因为汽车消费成本过高才转向购买新能源汽车，所以，该项目恰恰能避免世界经济大潮的冲击，是技术转型的优先选项。日本举全国之力想利用技术创新在全球经济困难之机再造辉煌，甚至将采取重要手段达到技术垄断的目的，我国在新能源汽车领域也没少花钱，国家甚至苦口婆心希望大家共同努力实现跨越式发展，利用这难得的历史机遇，彻底扭转我国在汽车工业的被动局面，然而，业内专家指出，国家的愿望恐怕要落空，国内企业一盘散沙，根本无法与日本抗衡。我们作为民间科技力量，没有拿国家一分钱，也不受任何所谓课题的制约，不按常规搞研发，以顽强的精神进行各种技术创新尝试，经历无数次失败，百折不挠，终于闯出了一条市场新路，这也是市场经济大环境造就了我们的成功，日本等发达国家不会想到中国有许多这样的民间科技力量。我们的技术正在逐渐被各方专家认可，而且我们自信，随着影响面的不断扩大，其经济价值会迅速攀升，国家863及相关专项的实际水平我们有所了解，也正在准备介入，许多电池企业仍持观望态度，但事实上，这些企业正在为没有订单而发愁，他们还没明白过来，用户需要的是pack成品，国家发改委就明确宣称，到现在为止，没有哪家企业能提供汽车动力电池过硬产品，国家也无法出台相应的鼓励政策，从更深层次剖析我国电池企业，实际上是他们对自身动力电池产品质量没有信心，需要解决的生产问题太多，而这些都需要大量的人力、财力投入，由于订单虚弱，造成继续投入的巨大压力，观望也是无奈之举。市场却不会等，日本电池企业正在抓紧落实各种电池pack技术生产细节，很快将会安装在新能源汽车上投放市场，我们也针对我国电池企业现状，选择一些有前途和希望的企业进行技术扶持，引导他们先小批量生产pack所需结构汽车动力电池电芯，经我们综合检测分析后再提出改进意见和建议，几个反复下来，企业产品性能明显提升，接下来就可以逐渐规模化生产了，事实上，我国有的电池企业技术力量很强，而有的电池企业资金实力雄厚，大有潜力可挖，按照目前的工作进度，当pack生产线建成之时，我国会有几家电池企业能提供我们满意的批量电芯产品。此外，有美国、欧洲、日本的电池企业也在中国设厂生产电池，一旦他们认可我们的pack技术，则明确表示将全面投入合作，他们自己国内的市场就做不完，更不用提国际市场了。六、结论中国第一条汽车动力电池pack生产线意义重大，地方政府不仅能有未来可预见的重要工业成长点，还会得到国家各有关部门的大力支持，不但有政策支持，还会有更多实际利益回报，也有利于地方政府进一步掌握经济发展的主动权，围绕该项目的上下游产业链，可以有步骤地发展新能源汽车工业，因为有了电池pack生产线，就不愁汽车等米下锅的问题，再就是电池pack技术的横向扩展问题，城市电动公交车、电动出租汽车以及各种电动交通工具产业，都可以加快发展。汽车动力电池pack技术是我们完全拥有自主知识产权的核心技术，也是世界新能源汽车产业可以造福人类而共享的技术，我们相信，该技术一定会得到大面积推广，快速扩散至全球市场。（赵建和）项目编号932-2013-005项目名称汽车动力锂电池成组自动化装配生产线候选单位北京机械工业自动化研究所候选人曹云翔 王明睿 王景胜 郑元喜 张润涛 靳涛 雷霆 曹翀 金武飞 刘振国 邱菊 李晓会项目简介一、所属科学技术领域： 本项目所属科学技术领域为先进制造业。学科分类为机械制造自动化及其他学科。 二、主要研究开发内容： 本项目是将锂电池按工艺要求要求进行检测、焊接、成形等工艺过程，最终将电池自动组成成品的自动化装配生产线。由功率型、能量型电池装配线及其自动控制及管理系统组成。主要设备由自动上料及输送设备、机器人及柔性手爪、超声焊接设备、自动冲压设备、叠跺设备、自动控制系统、在线检测系统、信息管理与调度系统等。实现锂电池从上料、焊接、冲压、叠跺、极耳折弯、检测的全自动化。 三、解决的主要技术问题及创新点： （1）全过程制具及产品的智能识别； （2）分布式数据管理； （3）在线品质检测； （4）机器人重复定位精度：0.1 mm，自由度： 4轴/6轴； （5）移动物流设备速度4-12m/min，定位精度1mm。 四、对科学技术进步的推动作用： 汽车动力锂电池成组自动化装配生产线是我国第一条动力锂电池自动化装配生产线。该生产线集自动装配