2024上海物流展|第24屆亞洲國際物流技術與運輸系統展覽會(CeMAT ASIA)

時間：2024年11月5日－11月8日 地點：上海新國際博覽中心

中國物流與采購聯合會、中國機械工程學會、德國漢諾威展覽公司、漢諾威米蘭展覽（上海）有限公司

展會介紹

亞洲物料搬運和物流技術行業 具 規 模 的國際 展 會 之 一，亞洲國際物流技術與運輸系統展覽會（簡稱亞洲物流展）自2000年以來已成功舉辦了23屆，作為德國漢諾威全球工業系列展的一員，CeMAT ASIA始終秉承德國漢諾威展會科技、創新及服務的先進理念，立足中國市場，為各展商提供高端展示平臺。

參展詳情：馮先生131 2255 2507

智能物流系統在新能源鋰電池生產全鏈路中的應用

近年來，國內新能源汽車銷量呈現爆發式增長趨勢。據統計，全球新能源汽車銷售量從2012年的11.6萬輛增長至2019年的221萬輛[1]，根據最新國際能源署（IEA）發布的《2023年全球電動汽車展望》報告，2022年新能源汽車首次突破1000萬輛，十年間增長了近100倍。新能源汽車銷量的快速上漲同時帶動了動力電池產業的快速增長。其中，鋰離子電池憑借其優異的性能以及適中的制造成本成為眾多動力電池的主流發展方向[2]。

我國鋰電自動化設備的生產已經逐步國產化，但相較于先進國家較差，生產過程中自動化水平普遍偏低，主要依靠人工勞動實現物料的搬運移動。電池是以單個或單只為單位進行生產，再以單個、單只或將很少的幾個串聯或并聯進行使用，產品批量性能差異大，質量參差不齊，對于電池的電量輸出產生了極大的影響，顯然傳統制造過程中的管理模式已經不適用于現代化的鋰離子電池量產需求。自動化設備技術與傳統人力工作相比，能夠有效提高工作的細致程度、精準程度以及工作效率，降低出錯率[3]。因此，在新能源鋰離子電池行業全鏈路生產過程中創建“數智化工廠”，實現鋰離子電池標準化，***化生產成為行業發展的必然之路。

鋰離子電池的生產工藝十分復雜，但除疊片工藝和卷繞工藝相差較大之外，不同廠家的主要工藝大體相同[4]。整個鋰離子電池生產環節主要包含電池組裝階段的原材料、結構件、極卷自動化物流系統，電池測試階段的常溫靜置、高溫靜置、分容、分選、化成等工序的自動化物流系統（詳見圖1），電池組裝階段的成品自動化物流系統；根據生產組織需求可采用建立原料庫、極卷庫、結構件庫、干燥緩存庫、高溫陳化庫、常溫陳化庫、高溫老化庫、自放電庫、定容分選和成品庫的運行方式，實現生產匹配及過程的自動化控制。本文通過對鋰離子電池生產工藝的深入研究，結合鋰離子電池生產制造工藝，形成從原材料、中間過程到成品之間的自動化物流系統性全鏈路解決方案。

圖 1 鋰離子電池生產工藝全鏈路

鋰離子電池生產原材料主要有 銅箔、鋁箔以及輔助粉料等。銅箔、鋁箔入庫前是自帶木箱，輔助粉料為袋裝形式，入庫時直接放置于原材料轉運設備系統的托盤上。原材料物流系統主要由橫梁式貨架系統、堆垛機系統、托盤以及穿梭車系統、輸送系統、提升系統以及AGV搬運系統、桁架機械臂等構成。原材料立體倉儲區毗鄰加工區，通過實現原材料的自動化輸送、柔性化搬運，生產與倉儲信息的實時聯通，極大地提高了原材料的數字化管理水平和智能化配送效率。

1.存儲單元設計

托盤尺寸：1200×1200×150mm；實托盤尺寸：1200×1200×1100mm（如圖2）；實托盤重量：≤1000kg。

圖 2 原材料實托盤示意圖

2.自動轉運流程

原材料物流系統自動轉運流程如圖3。

圖 3 原材料轉運流程

3.流程布局

原材料物流系統自動轉運流程布局如圖3、圖4、圖5、圖6。

圖 4 一樓原材料出入庫流程

圖 5 一樓箔材出入庫流程

圖 6 二樓粉料出入庫流程

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4.工藝布局設計

（1）貨架存儲區

區域功能：完成空托盤和實托盤的自動倉儲、管理。

主要設備：堆垛機、組合橫梁式貨架。

（2）負極端出入庫區

區域功能：主要完成銅箔、負極其他原材料的出庫，空托盤入庫和廢料的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機、升降臺、行吊、鋼平臺等。

（3）正極端出入庫區

區域功能：主要完成鋁箔、正極其他原材料的出庫，空托盤入庫和廢料的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機、升降臺、行吊、鋼平臺等。

（4）出入庫作業區

區域功能：完成原材料入庫前組盤、地面暫存、錄入入庫物資信息，托盤條碼信息掃描，空托盤出庫等作業。

主要設備：鏈式輸送機、無線手持終端、叉車等。

（5）其他輔助區

包括中央控制室、人工作業區、人員通道等。

電芯是組成電池的核心組件，一般不直接使用。單個電芯含有正、負極的電化學電芯。電芯轉運物流系統主要由上下層倍速鏈輸送系統構成，可實現電芯和空夾具的自動輸送和供給，極大地提高了電芯轉運車間的自動化水平和供給效率。

1.物料單元設計

A型號電芯尺寸：12×130×200mm，重量≤1kg（如圖7）；B型號電芯尺寸：11×140×100mm，重量≤1kg；電芯夾具尺寸：300×300×250mm，重量：≤10kg（如圖8）。

圖 7 電芯三維效果圖

圖 8 電芯(帶夾具)三維效果圖

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2.轉運動作流程

電芯自動轉運流程如圖9。

圖 9 電芯轉運流程

3.流程布局

電芯轉運系統流程布局如圖10。

圖10 電芯轉運線示意圖

4.工藝布局設計

（1）A型電芯輸送區

區域功能：完成A型電芯實托盤和后續工段產生的空托盤的自動輸送、傳遞。

主要設備：倍速鏈式輸送機、升降輸送機。

（2）B型電芯輸送區

區域功能：完成B型電芯實托盤和后續工段產生的空托盤的自動輸送、傳遞。

主要設備：倍速鏈式輸送機、升降輸送機。

極卷是鋰離子電池生產過程中半成品，一般是原材料銅鋁箔經過分條后的產物。卷物流系統主要由橫梁式貨架系統、堆垛機系統、極卷定制托盤以及輸送系統、提升系統等構成。極卷立體倉儲區與加工區合并，倉儲以線邊庫的方式存在，通過實現極卷的自動化輸送、搬運、配送上線、生產與倉儲緊密連接，達到了智能車間一體化的生產模式。

1.存儲單元設計

（1）一次分條后

實托盤尺寸：700×700×820mm（如圖11）；實托盤重量：≤300kg（含托盤）。

圖11 極卷示意圖

 （2）二次分條后

實托盤尺寸：450×700×820mm（如圖12）；實托盤重量：≤150kg（含托盤）。

圖11 極卷示意圖

2.自動轉運流程

（1）一次分條后極卷轉運動作流程

一次分條后極卷轉流程如圖13。

圖13 極卷轉運流程圖

（2）二次分條后極卷轉運動作流程

二次分條后極卷轉流程如圖14。

圖14 極卷轉運流程圖

3.流程布局

極卷物流系統布局如圖15、圖16。

圖15 極卷暫存庫及輸送系統

圖16 極卷輸送至制片車間

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4.工藝布局設計

（1）貨架存儲區

區域功能：完成空托盤和實托盤的自動倉儲、管理。

主要設備：堆垛機、組合橫梁式貨架。

（2）負極卷入庫區

區域功能：主要完成負極卷實托盤的入庫，空托盤出庫的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、鏈式輸送機等。

（3）正極卷入庫區

區域功能：主要完成正極卷的入庫，空托盤出庫的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、鏈式輸送機等。

（4）正負極卷出庫區

區域功能：完成正、負極卷的出庫，空托盤入庫和物料樓層間傳遞等作業。

主要設備：鏈式輸送機、升降輸送機、提升機等。

（5）其他輔助區

包括中央控制室、人工作業區等。

干燥前電池輸送物流系統主要用于電池干燥工藝前的緩存、自動輸送和供給下一工序的自動供給。系統主要由牛腿式貨架系統、堆垛機系統、電池托盤以及輸送系統、提升系統等構成。干燥前電池倉儲以線邊庫的方式存在，上連電池生產，下達注液工序，通過自動化輸送、存儲、配送，有效的銜接了產儲系統，極大提升了倉儲效率和信息化水平。

1.物料單元設計

池實托盤尺寸：1000×450×250mm（如圖17）；電池實托盤重量：≤150kg。

圖17 電池托盤三維效果圖

2.轉運動作流程

干燥前電池轉運流程如圖18。

圖18 電池托盤轉運流程

3.流程布局

干燥前電池輸送物流系統布局如圖19。

圖19 干燥前電池緩存輸送系統

4.工藝布局設計

（1）貨架存儲區

區域功能：完成空托盤和實托盤的自動倉儲、管理。

主要設備：堆垛機、牛腿式貨架。

（2）實托盤入庫區

區域功能：主要完裝配后的電池實托盤入庫，空托盤出庫的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、提升機、倍速鏈式輸送機、升降臺等。

（3）A型電池出庫區

區域功能：主要完成A型電池實托盤的出庫，空托盤入庫的自動輸送。

主要設備：提升機、倍速鏈式輸送機等。

（4）B型電池出庫區

區域功能：主要完成A型電池實托盤的出庫，空托盤入庫的自動輸送。

主要設備：提升機、倍速鏈式輸送機等。

（5）其他輔助區

包括中央控制室、人員通道等。

注液-化成前電池輸送物流系統主要用于電池注液-化成工藝前的自動輸送和下一工序的自動物料供給。系統主要由倍速鏈輸送系統、提升系統等構成。通過倍速鏈輸送系統完成了兩道工序間電池托盤和空托盤的有序、自動供給，提高了車間的自動化水平。

1.物料單元設計

電池實托盤尺寸：800×450×250mm（如圖20）；電池實托盤重量：≤150kg。

圖20 電池托盤三維效果圖

2.轉運動作流程

注液-化成前電池轉運流程如圖21。

圖21 電池托盤轉運流程

3.流程布局

注液-化成前電池轉運系統流程布局如圖22。

圖22 注液-化成前輸送系統

4.工藝布局設計

（1）實托盤輸送線

區域功能：主要完成注液后電池實托盤的自動輸送、傳遞。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機等。

（2）空托盤輸送線

區域功能：主要完成注液后電池中轉后空托盤的自動輸送、傳遞。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機等。

（3）其他輔助區

包括中央控制室、人員通道等。

鋰離子電池生產過程中除銅箔、鋁箔入等主材料外，還有隔膜、支架等結構件。結構件物流系統主要由橫梁式貨架系統、堆垛機系統、定制托盤以及輸送系統、提升系統等構成，可以完成結構件的自動化存儲、出入庫以及車間配送，提升車間信息化與數字化管理水平的同時，節約了庫房面積，減少了作業人員數量，提高了配送效率和智能化水平。

1.物料單元設計

實托盤尺寸：1300×800×840mm（如圖23）；實托盤重量：≤200kg。

圖23 結構件托盤三維效果圖

2.轉運動作流程

結構件轉運流程如圖24。

圖24 結構件托盤轉運流程

3.流程布局

結構件轉運系統流程布局如圖25。

圖25 結構件庫

4.工藝布局設計

（1）貨架存儲區

區域功能：完成空托盤和實托盤的自動倉儲、管理。

主要設備：堆垛機、組合橫梁式貨架。

（2）結構件、隔膜入庫區

區域功能：主要完結構件、隔膜等材料的入庫，空托盤出庫的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、鏈式輸送機等。

（3）A型電池結構件、隔膜出庫區

區域功能：主要完成A型電池結構件、隔膜等材料的出庫，空托盤入庫的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機等。

（4）B型電池結構件、隔膜出庫區

區域功能：主要完成B型電池結構件、隔膜等材料的出庫，空托盤入庫的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機等。

（5）其他輔助區

包括中央控制室、人工作業區、人員通道等。

組裝后的電池要進行靜置工藝，主要目的是電池內部極片與電解液可以充分接觸，使極片完全浸潤，以便后期電池才會發揮出良好的電性能，電池組中單體電池的一致性也會變好。常溫靜置電池物流系統主要由牛腿式貨架系統、堆垛機系統、電池托盤以及機器人系統、輸送系統等構成。通過常溫靜置電池立體倉庫貫通整個生產車間，實現電池物料進出的自動化、智能化和信息化，倉庫管理數據和業務軟件數據實現自動對接，工作效率與傳統作業模式相比得到了極大提升。

1.物料單元設計

實托盤尺寸：1000×450×250mm（如圖26）；實托盤重量：≤150kg。

圖26 電池托盤三維效果圖

2.轉運動作流程

電池托盤轉運流程如圖27。

圖27 電池托盤轉運流程

3.流程布局

常溫靜置電池托盤轉運系統流程布局如圖28。

圖28 常溫靜置庫

4.工藝布局設計

（1）貨架存儲區

區域功能：完成空托盤和實托盤的自動倉儲、管理。

主要設備：堆垛機、牛腿式貨架。

（2）機器人組盤區

區域功能：主要完成貼膜后的電池條碼的自動掃描、托盤條碼的自動掃描以及電池的自動組盤，空托盤、以及碼盤后實托盤的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機、組盤機器人、條碼識別器等。

（3）實托盤入庫區

區域功能：主要完成貼膜后的電池實托盤入庫。

主要設備：升降輸送機、鏈式輸送機、升降臺等。

（4）電池出庫區

區域功能：主要完成電池出庫OCV檢測、不合格電池自動NG處理、實托盤的出庫，空托盤入庫的自動輸送。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機、升降臺、NG機器人等。

（5）其他輔助區

包括中央控制室、人員通道等。

組裝后的成品電池物流系統主要由牛腿式貨架系統、堆垛機系統、電池托盤以及輸送系統等構成。系統采用昆船自主研發軟件平臺對多種自動化設備進行智能調度，并打通了生產和倉庫環節的信息互通，實現了成品電池由生產到庫區轉運全鏈路的數字化驅動、自動化搬運和智能化控制。

1.物料單元設計

實托盤尺寸：1000×450×250mm（如圖29）；實托盤重量：≤150kg。

圖29 電池托盤三維效果圖

2.轉運動作流程

成品電池托盤轉運流程如圖30。

圖30 電池托盤轉運流程

3.流程布局

成品電池托盤轉運系統流程布局如圖31。

圖31 庫房電池轉運設備

4.工藝布局設計

（1）貨架存儲區

區域功能：完成空托盤和實托盤的自動倉儲、管理。

主要設備：堆垛機、牛腿式貨架。

（2）實托盤入庫區

區域功能：主要完成分選后的電池實托盤入庫、空托盤出庫等自動輸送作業。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機、升降臺等。

（3）電池出庫區

區域功能：主要完成電池實托盤出庫，完成單體交付或者給模塊組裝間供料，發貨產生空托盤入庫的自動輸送等。

主要設備：升降輸送機、提升機、鏈式輸送機、升降臺等。

（4）其他輔助區

包括中央控制室、人員通道等。

1.長距離經濟性輸送技術

由于鋰離子電池生產轉運過程，需要采用專用的托盤承載，且流程復雜需要到不同的工序完成相應的加工動作，根據測算結果，多點生產工序覆蓋的通過性輸送段距離累計達1km。通過研究比對，采用倍速鏈輸送系統，對于特征控制節點采用氣動止擋的控制方式，從而采用增加單體設備長度，減少控制點位和驅動數量的方式，優化設備維修性能，降低設備投入成本。采用超長輸送設備控制技術后，輸送設備長度可達25m。

2.多類型設備集成管理技術

系統涉及的設備種類較多，自動化程度高，生產節拍銜接緊密。其中還涉及部分電池專用設備的特殊接口，信息流交互頻繁，控制復雜。為體現流程的簡潔性，輸送設備全部由統一電控系統完成控制及相應的接口連鎖。從技術層面做了相應的故障及堵塞預警信號協議，以提高系統在多類型設備集成下的穩定運行性能。

3.連續生產故障停機應急處理技術

對于關鍵節點采用多流程多流向應對方案，在成品庫為確保物料出庫發貨的可靠性，采用了轉軌堆垛機技術。倍速鏈輸送系統中為避免上下游設備故障造成物料堵塞，設計了應急處理站臺，通過人工干預實現系統的正常運行。生產線裝配工位，正常情況下由AGV完成相應的物料搬運，當系統癱瘓或處于異常情況時，也可通過人工叉車搬運，確保系統不因物流系統故障而導致產線缺料停機。

4.先進的計算機管理系統

調度核心和信息存儲處理中心，運行于計算機網絡系統與數據庫環境之上，上聯企業信息管理系統，下聯工業實時控制系統。以集成技術為核心，實現物流指令快速、準確的執行及物流信息的收集、處理、傳送和存儲，并作出正確的決策以協調各業務環節，保障各種物料準確調度、及時輸送，實現對物流信息的收集、存儲、分析、統計、管理一體化，進而實現企業物料高效有序的流動和科學管理以滿足企業物流自動化的需要，為上層信息管理系統提供所需的物流信息。

本文系統性總結了鋰離子電池生產環節運行及業務要求的工藝流程，并根據貨物類型采用標準托盤、專用轉運架、專用托盤等多種輸送載具，并結合生產計劃實時、準確、自動完成貨物的存儲、輸送以及搬運，實現了鋰離子電池生產全鏈路的數字化、自動化、智能化和信息化，有效地銜接了鋰離子電池全過程中的儲、產、運工藝，開創了全新的工藝理念，提高了鋰離子電池自動化生產能力，改變了傳統的生產模式，為新能源鋰電企業的生產指揮和決策提供有效依據，為國家新能源行業的戰略發展提供強有力的支持和保障。

文章投稿 | 展會入駐

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