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2020OEM机械设计技术研讨会云会议
能效管理

Lenze在新能源汽车上的应用

  2020年05月20日  

前言

  目前国内车用锂电池组装技术并不成熟,关键问题是没有成熟的电源管理系统,如果一节单体电池烧毁,整个电池组都有烧毁的危险。目前看来,解决这一问题是推动中国汽车锂动力电池产业化发展的重中之重。

  车载动力电池的成本占混合动力汽车总成本的30%-50%,是产业链中利润最丰厚的环节,但目前国内能够真正工业化生产汽车动力电池的厂家几乎没有。

  但由于锂电池技术的进步,电池组循环寿命已超过1000次,每千瓦时电池的成本低于3000元。锂电汽车在10年内用电成本约为1万元。传统燃油车在10年内的加油费用至少8万元。即使10年内更换一次电池,使用成本多花7.2万元,总共8.2万元。两种车的使用成本基本相同。

01 新能源汽车电池换电储能简介

  此大型中心换电站充分体现了互联网+物联网模式,达到快速换电池目的。该站符合国家新能源发展战略的需求,提出了集充电、换电、储能、无功补偿为一体的新能源理念。该项目主要为北京北汽出租项目研发。主要解决新能源汽车电池充电慢,易老化,维护难的问题。

  新能源汽车电池换电站,见图一。

  换电站项目主要包含了电池码垛存储和电池拆卸安装两个部分。整体框架图如下图一:

  (1)左边部分为码垛部分,主要用于存储电池,为更换电池服务。将拆卸后的电池和新安装的电池进行分门别类。

  (2)右边部分为电池更换部分,主要是使用小车进行电池的安装和拆卸。其中小车配合拆卸平台以及相机视觉自动完成动作。

  (3)中间部分为中央控制系统,主要用于产品追溯,数据库跟踪记录,优化生产工艺,最大程度上提高效率。

  图一 新能源汽车换电站工艺

02 Lenze解决方案

  设备的解决方案主要包括两部分:码垛部分和电池更换部分。见图二。

  码垛部分:Lenze采用最新的i900驱动器,采用Profinet 作为驱动器和控制器二者之间的通信,伺服电机采用伦茨高精度的MCS同步伺服电机+MCA异步伺服电机,整个方案中:

  (1)i900内嵌运动功能,逻辑指令由上位机发出,具体的运动指令均由i900内部自动完成,具有结构清晰,操作简单,通信稳定的优点。

  (2)i900自带双闭环控制,同时配备了电机的反馈接口以及外部编码器反馈接口,方便双闭环同时控制以及同步控制等。

  电池更换部分:Lenze采用3200控制器+i700驱动器进行电池自动更换动作,控制器中使用以太网实现和视觉数据的通信,使用Profinet网络实现和第三方控制器之间的数据交换。

  图二 新能源汽车换电站系统拓扑图

  程序部分:采用和工艺相对应的模块化解决方案,对于小车部分采用位置控制,升降台部分采用同步控制,安装拆卸电池部分采用Ethernet实现与视觉的数据交换补偿控制。

  主速度:此速度为设备的运行线速度。所有的生产速度都以此速度进行同步运行。

  升降台:升降台包含4台伺服电机,需要进行位置同步,实现平台的校准,确保升降台处于同一水平面。

  搬运小车:用于新能源汽车电池的安装和拆卸的搬运,是连接升降台和码垛的桥梁,也实现通过视觉纠偏位置。

  程序功能块图如下:

  其中MachineControl 负责整个设备的逻辑控制部分,如启动、停止和急停等功能。

03 Lenze优势

  1。采用伦茨基于DriveBase和ControlBase方案的组合,为客户提供合理的解决方案。

  2. Lenze推出的FAST功能块,为用户的设备提供像硬件安装一样的软件系统,省去去了复杂的编程环节,可以节省用户80%的调试时间,缩短了设备的研发周期。

  3. 强大的I950伺服控制器,可以独立完成全闭环控制,并执行上位plc的简单控制指令实现堆垛机的最优的取货控制。

  4。 伦茨强大的运动控制器,采用Codesys3。0编程环境,实现汽车平台的校准算法,并结合基恩士视觉系统实现取电池小车的自动校准系统。

04 展望

  首先,全球电池行业将持续回暖。随着全球经济逐步复苏,下游市场需求释放,全球电池行业有望实现中高速增长。据前瞻产业研究院《2018-2023年中国电池行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》数据显示,2016年,全球电池行业市场规模达到7315.6亿元,同比增长了16.3%,回暖趋势明显。

  其次,储能市场逐步形成。储能电池发展潜力巨大,但由于成本、技术、政策等原因仍处于市场导入阶段,相对于动力电池增长滞后。未来随着技术逐渐成熟、成本的逐步下降,储能市场也将有望成为拉动锂电池消费的另一增长点。

  第三,电池企业逐渐重视回收体系。扩大再生资源的利用效率,通过将废旧锂离子电池中的镍钴锰锂等有价金属进行循环利用,生产锂离子电池正极材料,使镍钴锰锂资源在电池产业中实现循环,是规避原生矿产短缺及价格波动风险,实现经济可持续发展的有效途径。目前电池回收行业规范仍处于起始阶段,随着动力电池报废规模逐步增长、动力电池回收规则明确、回收渠道规范、动力电池拆解回收技术进步,锂电池梯次利用和报废回收的规模将逐年扩大。

  第四,新材料体系不断成熟,三元体系将快速崛起。相比磷酸铁锂和低镍三元材料,高镍三元材料由于镍元素比例的提高,在比能量上有更大的优势,今后动力电池体系的升级换代将突出表现在三元锂电池领域。除了在技术路线上引入高镍三元材料之外,硅碳负极、复合隔膜、新型锂盐、石墨烯导电剂等新型材料也将更多的进行产业化应用。

  最后,智能制造加速落地。在全球“智能制造”的大背景下,电池产品传统的制造工艺、分散订单发展模式等很难满足电池市场的高质量、一致性要求,只有瞄准高精度、全自动化、智能化的生产线制造方式,才能适应新市场。未来,电池制造企业对于设备自动化、智能化的需求将变得越来越紧迫。

标签:伦茨 Lenze我要反馈
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