合肥工業大學李鑫:智能制造關鍵技術在儲能行業中的應用
發布時間:2018-06-24 17:30:00
關鍵詞:Li+學社

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圖為合肥工業大學智能制造技術研究院院長助理李鑫發表主題演講


6月24日下午,由中國化學與物理行業協會動力電池應用分會、電池中國網聯合主辦,愛發科東方真空(成都)有限公司重點支持的“Li+學社·成就鋰享 智信未來(2018)電池技術沙龍第四期:智能未來——解密動力電池數字化內核”在四川省成都市舉辦。合肥工業大學智能制造技術研究院院長助理李鑫在沙龍上發表了題為《智能制造關鍵技術在儲能行業中的應用》的演講。以下是演講內容。


合肥工業大學智能制造技術研究院院長助理 李鑫:


各位專家、老總、朋友、秘書長,大家下午好,非常感謝中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會秘書長的邀請,今天我的演講題目是《智能制造關鍵技術在儲能行業中的應用》,為什么講智能制造在儲能行業的應用呢,上午我們的專家講得非常好,當一個新的技術出來之后怎么把它造出來,大家都知道水果好吃,怎么把它種出來,而且種出來的東西健康環保還讓老百姓喜歡,這個是比較重要的事情。我就講一點自己的思考,請大家多批評指正。

 

我叫李鑫,我的單位是合肥工業大學智能制造技術研究院。我第一個方面介紹我們的機構,第二個就是動力電池,第三個電力儲能,第四個講節能控制,第五個講研究課題。首先我們智能制造技術研究院是2013年底成立的,國家工信部、教育部和安徽省給予了很好的政策支持,合肥市給了我們1100多畝地,投資了130多個億。占地300多畝的項目一期已經動工了,預計2019年6月份會竣工,上面是我們的研發中心,這個是我們新能源汽車檢驗檢測的平臺。它做的工作第一個就是圍繞一個主線,提升智能制造產業的競爭優勢,我們有七大領域,其中一個比較重要的領域就是高端智能裝備,第二個是新材料和制備工藝,主要是新能源汽車應用的新材料,第三個就是節能跟新能源汽車生產工藝,包括零部件的生產,第四個就是我們的新能源儲能技術,這塊我參與得比較多,因為我們有光伏中心,后來我們在推動光伏的過程中意識到儲能很重要。我們的產品和檢測是伴隨研發生產和再利用整個過程的,怎么評價和評估它?還有產品的設計、質量評定、產品測定等等,這些都是非常重要的。


我們目前引進了60多家企業。這是我們拿的一些資質,安徽省包括地方團隊與我們一塊合作做的項目。目前我們學校研究院每年我們約有500個研究生會參與到由入駐研究院的企業提出來的課題當中,老師帶著研究生做課題。研究生做什么呢,就做企業提出的課題,這樣我們學校的研究方向就非常明確,目前研究院有1000多名研究生。我們研究院的定位在什么地方呢,在這里邊我們簡單匯報一下學校的科研機構和科研院所講到的原始創新:像我們鋰電池一樣,過一段時間就會出來一個高水平的電池,原始創新不講生產,只專注于技術的優劣。企業需要大量的生產技術,原始創新和生產技術之間的節點在哪里呢?不可能讓企業去研究原始創新,我們研究院就立足這個點,把設備企業的需求與前沿技術相結合,把需求和技術結合在一起,目前我國在這方面已經取得了一些成果,這是我們做的一些工作,我們的研究院只做研發和平臺,專利給企業,我們只寫論文。

 

我們講到智能制造和儲能產品的關系是什么,上午我們討論了這個事情,首先就是電池的安全性問題。我們經常會聽到有人說鋰電池不安全,在我看來出現鋰電池出現不安全情況主要是以下幾種情況導致的:從原理上來看,鋰電池是安全的,之所以會出現不安全的情況,是生產過程中粗制濫造出的問題,鋰電池制造原理是好的,但生產過程沒有做好,生產工藝出了問題或者沒有使用好的原料導致的;第二個就是電池本身是好的,但是客戶的使用環境、控制系統,乃至使用方式不好,導致電池出現了問題;再有就是客戶可能只購買了一些低價劣質產品,進而從開始形成了較差的印象,而真正優質的電池他們出于多種因素沒有購買使用。上述情況在學術界、產業界都會以不同的場景出現。今天上午有一位專家講得非常好,在目前階段鋰電池向國外學習的話,像誰學習,我們本身就走在行業的前面,那一腳要我們自己邁,這個時候要呼吁新的技術伴隨著新的生產工藝。那么新的生產工藝由誰提出呢?原來我們有設計院,自己有生產工藝,但是顛覆性的生產工藝不多,這就需要新的生產體系,新的生產體系包括原材料的管理、生產控制、設備、庫存、使用、回收再利用等構成的一個生產體系。我們原來的研發機構是有問題的,原來的研發機構只是進行梯段性的研發,漸進性的研發,在研發上沒有突破。智能制造和儲能產品的關系非常密切,我聽了秘書長介紹儲能產品與智能制造以及構件儲能產業智能制造體系,感到非常高興。前段時間我到江淮的蔚藍汽車生產線,它的車間溫度是26度,非常低,沒有什么噪聲,里邊全部是機器人工作,生產出來的汽車定價在10萬。

 

智能制造行業的問題是什么呢,第一個是車間維護問題非常難,原來我們機床壞了可以上修一下,無所謂這個機構那個機構有沒有問題,但是現在發現程序很小,很復雜,還有網絡,還有圖像識別,人員維護幾乎不可能,工廠電工來維護這個系統很困難。第二個持續改進很難,今天上午有專家講,新的設備剛提交貨物三個月,產線就要根據客戶的需求就要改變了。第三個柔性生產,我們希望電池廠把東西固定下來,但老百姓需要的東西是日新月異的,所以很難。第四個經驗保留難,現在一個人才在一家公司待到7年以上是非常難的,我們的核心人員很難保,他的經驗沒有辦法保持下來。第五個固定資產容易貶值,機器人是固定資產,像機床一樣可以抵押,生產線抵押給誰呢,一旦生產線用了大量的機器人你的生產線就可以貨幣化,可以抵押。汽車是幾十萬輛要換一個生產制造,我們儲能也是一樣的,我們的自動化、數據化、信息化、智能化,這些東西都是手段,它的目的是什么,目的是首先讓我們的管理人員能夠可觀測到我們每一個生產工藝的參數和結果,我提了一個名字叫全景可觀測。什么意思呢?就是深度可觀測,我們生產線的觀測水平處于什么位置呢,原來是在秒級的,現在到毫秒級。這個全景可觀測就帶來了大數據,剛才我們有老總說,一個生產線里邊有2000個數據,你把這2000個數據乘上1000倍,然后再乘以24小時有多少數據在那里放著,如果你沒有想好數據怎么用你采用這么多的數據在這里干什么呢,全景可觀測很難。我在蔚藍汽車看了他們生產過程基本上是全景可觀測。

 

第二個是深度集成,我們在做生產線的時候有很多的工位,有可能一號廠家提供的設備采用的設備是西門子的,二號采用的設備是二號廠家的,三號采用的是其他的。這些東西拿來之后,當你做系統集成的時候你想設定某些參數設定不了,你看不見控制不了。1999年在我當研究生的時候我們老師帶我去海螺水泥做調研,那時候他們就可觀測,所以它們就成功的擊敗了其他競爭對手。這是生產車間的圖像,這里邊我們目前做的網絡、顯示、互聯沒有問題了,但是在全景觀測上有信息孤島。

 

這個是隔膜的圖像,有褶皺了,有破壞了。第二個就是基片的模次的檢測,要求每秒鐘2米,這里邊有一些圖像,包括漏底、暗斑等等都是它的瑕疵,圖像處理會在里邊大量的使用。這是它的指標,現在很多的廠家都在做這些事情。我們學校做的工作就是企業提出來我接到鋰電池的檢測項目視覺來做比較難,我們就大平臺幫它測試找視覺的方法,用什么方法解決最好,多快的方法比較合適,老師、學生、企業都有收獲,這是非常好的正向的環節。有的說我不找老師和學生,因為有點慢,找市場的人可以嗎,當然也可以。

 

另外就是鋰電池的整個生產線,我在2015年和格力空調下面的電工廠做的項目,我們描述他的工藝花了一年半時間,我帶了六個學生把那個項目做完了。因為它的生產工藝沒有描述,廠家采購的時候說要什么,企業提供給他了,生產工藝的描述沒有,這就帶來了問題,動力電池的生產線做了很詳細的描述,包括對環境、水電氣的需求,前段中段后段和PACK的工藝都數據化了。之后就實時監測的時候數據有問題就找問題是什么,到底哪里出來的。第二個是整個的規劃,第三個就是我們全廠的信息。后來在鋰電池的智能制造的顯示里邊,它的傳感、它的顯示3維立馬就看到,工廠的人掃這個設備之后立馬知道這個設備哪個廠家生產的,什么時候檢測的,我們的生產設備廠家和生產廠家通過云平臺無縫對接,這個3維的設計避免了干涉各個方面的問題。

 

除了我們的生產工藝之外還有水電氣,不單單是我們生產工藝本身的問題,例如我們的通風,我們的配電,因為在我們的鋰電生產過程里邊我們設備對電源的敏感性非常的高,這里邊高精度的電源,通信用的電源,氣候用的電源,我們照明用的電源,還有檢測用的電源都是很特殊的,我到很多的廠家去看了廠房非常漂亮,但是在我們電源細節部分卻不是很好。另外我們的潔凈、干燥、水處理,怎么實現能源的綜合利用也是非常大的問題,不單單是設備廠,生產加工所需要的設備,同時包括環境的設備也非常重要,怎么實現它的平衡,這是我們講鋰電智能制造的思考的東西。

 

第三個給大家匯報電力儲能,我們的電池如果是梯次應用。電力系統用的儲能是什么呢,這個電池里邊是電化學微組的液類電池,我們的國家在能源的技術路線圖里邊講了系統效率的要求,我們2016年拿到了一個國家的研發項目,集中在全國14個單位做這件事情,現在在推進,難度非常大。高能量密度、高系統效率、低成本,這里邊我們講的低成本不是低價低頻次,低成本講的是低消耗。它包含核心原部件,我們選擇的時候要選擇批量化穩定生產的東西,我們鋰電池也要這樣考慮,我采用原材料它就是批量的穩定的。另外就是控制性,在這個過程里邊我們感覺到鋰電的控制系統也是有一點小問題的,什么意思呢,在我們的新能源汽車用了電池的管理系統,有些廠家說我1200塊錢做到,有些廠家800塊錢做到。我就問他這個板子做了之后處理了嗎,他說我做了三方漆,但是我說你知道三方漆有問題嗎,他說廠家沒有要求。其實這個時候會帶來很多的問題,這個時候你說問題到底是誰的呢,所以我看到這個都可怕,他們跟我說你不要怕,他們說電池本來用不了多長時間的,我想也是對的,但是我們鋰電池承諾的次數是5000次,我們實際多少次呢。你要保證5000次、10000次的時候你的系統能保證嗎。另外就是控制系統的原部件,我們新能源汽車用的冷卻泵,冷卻泵前面的部分怎么保證它的可靠性,也保證不了,電池的熱控不好,泵不好怎么保證呢,控制系統要引起大家的重視。

 

我們和芯片廠家合作來解決鋰電池里邊的保護,這里邊有一個可以參考的經驗,我們每家有一個表,前幾年的表很貴,后來有芯片,芯片解決了外圍的東西,表就變成了幾十塊錢。在我們鋰電池,電力儲能,動力儲能我們有沒有提高芯片解決方案。上午我們在討論課題的分解時我想提一個建議,能不能加一個這樣的東西,我們鋰電池的劑量和保護在芯片這個方面是怎么樣的。第三個就是應用領域,我們的充電樁要和其他的配合,這種配合你的環境適應性就要高,你的熱控就不能復雜,如果你早光伏電站應用你的次數就高。我們生產電池的時候往往只從電池本體進行技術考慮,另外應該考慮當我們的電池用在什么場合,根據這個場合我的生產工藝怎么調整。前段時間有個廠家跟我們說在內蒙古有3萬個表要用鋰電池,我找了鋰電廠家問方案,鋰電廠家說我們這個電池什么廠家都可以,顯然針對特定的沒有考慮。生產出應用所有的場景對電池來講代價太高了,應該根據應用領域做適應性的調整。

 

這是我們的儲能,在我們電力儲能里邊它的內部結構是多個電池串起來,在這種結構里邊我們如何和光伏配合,如何和廠家配合,它的壽命就要10到15年,我的電池是電力設備,它不是消費品。對于我們的電力儲能來講它就要考慮長壽命,高安全,高效率都往后靠。我們鋰電池設計生產時應該提出針對電力儲能的應用,針對儲能等后續應用的全鏈條設計是比較合適的。這里邊我們的釩液流電池可以出現五六十家單位,這個市場就起來了,這是很好的一個領域。這是電堆的生產,這個電力儲能和我們講的動力電池的儲能不一樣了,這個功率小,但時間要長,5000瓦的電堆連續供電4個小時,這個時候鋰電池就沒有優勢了。我們現在考慮把電堆和鋰電結合做很多的儲能,在充電樁,在烘干都有非常好的應用,它整個的造價就下來了。這是它的一些主要參數。目前這種電池有兩種結構,一種是大罐存儲集中反映,對于小系統采用小罐存儲,分布式反映的系統,比較靈活,目前我們的方案是這個比較小的系統。

 

這是我們與入駐智能研究院的企業合作的項目,為什么講電機保護呢,這里邊有泵,這個泵要專門保護。另外就是我們專門開發了我們自己的控制器,這里邊給大家匯報下我們的想法,我們做設備的時候,我們的設備買了PRC,你要進行編程,編程要熟悉工藝要懂得編程的技巧。往往出現這個人編程非常高但是不懂工藝,或者是這個人懂工藝不懂編程。我前段時間和日本一家做鍍膜的企業聊事情,能不能針對他們的鍍膜設備開發專門的控制系統,我們接了這個任務,但是我們一看它的思路跟我們國內的思路,一旦它的控制器研發出來之后又把一批人攔在外面。這是我們后面的開關柜和變壓器。這是我們整個團隊里邊的對標,這里邊做鋰電的標準我們應該有對標,我們國際上的標準是什么樣子的標準,將來我們怎么可以達到標準,包括生產標準和各方面的東西,我們的目標是什么。這是目前我們的一些產品做的一些工作。這是我們研究方向,我們主要根據原材料,我們根據核心原材料做的電堆研究,然后是它的集成,然后是它的系統控制,最后是應用,我們根據這幾個部分控制,如果我們里邊做智能制造的話我們可以根據這幾個環節做智能制造。在原材料端我應該怎么做,在組裝廠我應該怎么做,我PACK上應該怎么做,我們要有高標準提出來。同時在鋰電的集裝箱方案里邊也要有更好的方案出來,目前各個廠家的方案不一樣。

 

節能控制,我們設備采購的時候要考慮它的環境和它向后的擴展性,不能做閉口要做開口,這需要設備廠家有一定的研發能力。第二個我們的系統設計盡量模塊化,可置換,我們知道PRC原來的起源是因為汽車的可置換性,現在無論是什么都出現了下架的PRC,PRC和公共機結合,它做設備的模塊化設計。第三個就是實現項目管理和現場管理,我到一個光伏企業考察的時候,光伏企業拿來一個東西我都不知道原材料是誰生產的。我們要給用戶最大的安全保障,我的電芯給你之后在二次利用之后效率可以達到多少,你買了我的電機3年之后效率達到多少我會給你一個保障,你敢保障嗎。通過數據的搜集,數據的優化來逐步改善我們的系統,這個是全流程,整個閉環我們要做起來。

 

這是我們監督控制,我們的零件稱重和分配,還有電芯組裝,電池整體的組裝,尤其是最后一年固定資產貶值的問題怎么控制,我們要提高它的可資產化和貨幣化。另外節能控制就是對我們生產控制的參數進行監控,調整我們生產過程的參數可以讓我們整個生產線的能耗降低,這里邊就實現了設備的可視化。設備的可視化目前有不少廠家可以做到,我看到傳感器的數據,但是傳感器數據的趨勢你沒有看到,這個傳感器和傳感器之間你看到溫度很低,沒有看到別的量增加了。第三個就是設備的可持續改進,我們的MES系統不可能一次成型,我們的MES系統要調整。現在有一家企業提出云MES,將來你的自動化生產不需要MES,他給你一個端口你把數據上傳,你的管理者就可以上云了。而且他做了一個廠家之后他的經驗會越來越豐富,他的MES系統會越來越全,這是互聯網+對產業鏈的一個絞殺,這樣做有可能會造成同質化,他要有自己的東西。有個公司提了智能制造連接,他們做的端的生產線是自己生產,我們鼓勵鋰電池的廠家和設備廠家聯合制造,這樣表面來看你投入了能力,但是后續可以改進,設計廠家就聯合制造協同創新。剛才講的全景可觀測,哪些叫全景呢,管理、生產、人員、市場需求,都可以看到。可觀測包括我們的視頻、音頻、流量等等的。假設你想調看每天10點鐘的生產數據就可以全部拿出來,從時間的切片來看你可以看到那個點的所有的數據,這個對你整個管理質量保障是有數據支撐的。

 

目前我帶的小團隊在智能研究院做的工作就是建模,我們做建模很辛苦,但是我們收獲也很大,收獲很大是什么呢,如果我們對生產工藝的參數和過程的數據模型不清楚的話可能我們會失去很多的機會,比較大的機會就是我們對事物的本質認識沒有了。這個是3維的建模,這個是生產過程的模擬,在我們生產線沒有做起來之后我們物流、水電氣的模擬完成了,我們所有的平臺是非常便宜就可以做到的。我們參與很多的項目,包括安徽省的科技攻關項目,基于大數據的電機柔性裝配自動化生產線及其關鍵技術,我們重點是大數據。第二個做了工信部的項目,農機的自動化車間的項目。

 

最后有一點體會,大家對智能制造應該有更多的耐心,只要有耐心一定會有所收獲。歡迎大家到合肥我們那里去做客,謝謝大家!


(根據現場發言整理 未經本人審核)

稿件來源: 電池中國網
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