锂电后段分容设备技术酝酿“变天”– 高工锂电新闻

文章来源自：高工锂电网当产品进入成熟周期，在制造端实现极致节能、极致提效、极致降本，成为中国动力电池企业提升核心竞争力及

文章来源自：高工锂电网

当产品进入成熟周期，在制造端实现极致节能、极致提效、极致降本，成为中国动力电池企业提升核心竞争力及全球话语权的必经之路。应对极致节能、极致提效、极致降本需求，中国锂电智能装备企业正在致力于技术迭代与挖潜革新，提升产品价值与技术输出，以领先的商业化方案构筑超强护城河。作为电芯产线能耗最高的环节之一，化成分容设备能耗占据整线能耗约40%。尤其随着单线产能越来越高，无论是从减少电能消耗、节省电费成本角度，还是从面向双碳目标减少碳排放需求来看，解决化成分容设备能耗问题已经迫在眉睫。传统并联分容分体机单条拉线配电容量达到68%，即便发展到了二代的分容一体机方案，单条拉线配电容量仍达54%。这也意味着，继续沿用此前的技术和设备已无法满足要求。高工锂电注意到，由于降本增效优势明显，同时满足电能智慧调度需求，宁德时代、弗迪电池、中创新航、亿纬锂能、LGES、SK On等头部电池企业在新一轮化成分容线招标大多数以“高压直流母线”方案为主，2023年预计该方案的渗透率会不断加快。而在电源器件革新上，头部电池企业也开始采用氮化镓DC/DC电源方案来取代原有硅半导体DC/DC电源方案。在近期举行的2023CIBF上，锂电后段整线解决方案供应商智佳能，在行业内领先推出第三代氮化镓分容水冷一体机，采用高压直流母线技术，氮化镓并联电源模块设计，提升整机效率。实现模块充电效率≥90%，模块放电效率≥88%，单条拉线综合耗电量仅25.7%。cription">图片高压直流母线方案渗透加快从锂电化成分容电源技术趋势看，锂电池化成分容线正在导入高压直流母线方案替代原有的AC/DC+DC/DC方案。核心原因在于：1、集成后的电源模块直接放在电池顶端和探针连接，能够节省铜线，可以降低成本15-20%。2、集成电源的充放电效率能提升8-10%，从而节省电耗成本。3、高压直流母线方案可扩展功能性强，不仅能够应用在化成分容电源领域，也可应用在储能领域，形成高压直流微网，光伏、PCS等可以接到母线上，存储多余能量，并可实现波峰波谷的智能调度。根据高工产业研究院（GGII）预计，2025年中国锂电池化成分容生产线市场规模有望达到250亿元。到2025年，除小型实验室用电芯充放电测试设备及高电压的PACK充放电测试设备市场，高压直流母线方案将成为锂电池企业化成分容生产线的主流技术。智佳能创始人、CEO张昆明介绍，智佳能推出第三代分容水冷一体机，电源模块采用高压直流母线技术，解决了目前困扰电芯厂分容工艺包括产线建设成本高、容量测试精度控制难、系统扩展功能受限等行业痛点难题。相较于第一代并联分体分容机方案，第三代分容水冷一体机方案系统效率高，1条拉线配电容量仅25.7%，每平方米空调功率仅需0.1P，排风量0.1L，报建成本更具优势。由于设备结构紧凑，节省大量导线长度，有效降低设备成本，交流端PCS仅需配置0.6P功率，使得建设成本也进一步降低。在建设周期方面，无论是在厂房风管、水管安装，还是在设备接线调试阶段，时间仅需并联分体分容机方案的1/3，且无交叉施工，大幅缩短建设周期。在容量测试精度控制上，电流精度为绝对精度，所有电芯温度可控制在±3℃，工艺精度容量偏差更小。在系统扩展功能上，数据分析采用数据存储，查询速度快，可实现数据共享，容量预测算法导入。界面部署采取服务器+web界面广播形式，web界面可以布置在IOS、安卓等平台，分布式操作界面，操作简易。此外，该方案母线预留了光伏扩展接口，为后续绿电接入提供充足便利。高工锂电分析认为，随着新一代分容水冷一体机的推出，智佳能在锂电池后段智能装备整线的技术优势、方案优势上将实现更大的“跃阶”。cription">图片分容水冷一体机第三代氮化镓电源方案“崛起”张昆明表示，智佳能第三代分容水冷一体机除了采用高压直流母线技术之外，单条拉线综合耗电量成本大幅降低，背后的关键在于公司最新研发的氮化镓并联电源模块。相较于第一代并联分体分容机方案，智佳能第三代分容水冷一体机采用氮化镓并联电源模块设计，电流电压精度达到±0.025%FS+±0.025%RD，库位电芯温度可控制在±3℃。实现模块充电效率≥90%，模块放电效率≥88%，1条拉线综合耗电量压缩至25.7%。cription">图片氮化镓被誉为第三代半导体材料，具有高频率、宽禁带、超耐温的特性，具有更小的晶体管、更短的电流路径和超低的电阻及电容等优势，可以在更小的器件空间内处理更大的电场。与硅半导体材料相比，氮化镓的优势在于能够大幅提升电源系统的效率并且减小系统的体积，使得电源系统体积缩小4倍，重量减轻4倍，效率提升4倍，大幅降低分容设备能耗，并且可以进一步降低系统其他部件成本。需要指出的是，氮化镓电源模块在行业内仍存在较高的技术门槛。如：采用氮化镓器件，在高频下磁元件损耗会显著增大，磁性元件散热受阻。除了开关频率提高外，开关过程的上升沿也会变陡，增大电磁干扰的频谱频率和幅值。此外，使用氮化镓器件的电源，为配合发挥氮化镓材料的高频、高温工作特性，相对适配传统的硅半导体材料而言，电源对变压器和电感器的用料和设计都有更高的要求。而智佳能是当前行业内少数实现氮化镓电源模块技术突破及量产的后段智能装备企业。张昆明指出，智佳能第三代氮化镓电源容量一体机技术方案已经成熟。在头部电池企业引领下，氮化镓技术方案走向行业一统只是时间上的事。值得一提的是，CIBF展会上，智佳能与TÜV南德签署自动化产线类设备检测、认证的全方位战略合作。这一动作，也将进一步提升智佳能在海外的品牌影响力与竞争力。当前，随着欧洲能源危机逐渐加深，要解决欧洲短期能源危机和长期内实现碳中和，节约能源与增加可再生能源规模至关重要。容量一体机氮化镓技术方案，无论对于中国动力电池企业出海建厂，还是对于欧洲崛起的电池企业而言，目前而言都是“最优解”。整体来看，智佳能在后段检测设备已拥有分容机、OCV测试机、CT离线检测机等核心检测产品。在后段核心单机产品上，公司形成了堆垛机、滚筒输送线、NG挑选机、RGV穿梭小车、机械手拆组盘机、拆叠盘机、拔钉机、插钉机、提升机、高精密高洁净度提升机等完整产品矩阵。兼具FGS化成分容及检测系统、WMS仓库管理系统、WCS仓储控制系统构等智能软件系统的自主研发。毫无疑问，新一代容量一体机氮化镓技术方案的推出，也将让智佳能在锂电后段整线方案的竞争力进一步升维。