盡管新能源動力電池行業經過一輪又一輪的“洗牌”，但優質動力電池供不應求的局面仍在長期持續。根據中國化學與物理電源行業協會（CIAPS）統計，2018年中國鋰電池的產量增長到1242億瓦時，同比增長23.1%。鋰電池市場規模的快速擴大，主要來自于新能源汽車動力電池的增長；其中，2018年動力鋰電池產量達到650億瓦時，同比增長45.7%（如圖1所示）；而在整個動力電池新增裝機量中，三元電池為331億瓦時，占總裝機量的58.2%；磷酸鐵鋰電池為221.9億瓦時，占總裝機量的39%。
廢舊鋰電池回收從全球整體產業鏈的角度來看，新能源汽車動力鋰電池市場的競爭日益激烈，2018年以來，以日、韓、中為代表的各大廠商紛紛加大了投資建設的規模，特別是在新能源汽車行業最為活躍的中國市場上，這兩年來動力鋰電池的巨頭們正有條不紊地擴張著他們的產能版圖。
談到近期中國動力電池行業的發展現況，CIAPS協會秘書長劉彥龍表示，受2018年中國動力電池行業補貼大幅度下滑、能量密度及續航門檻大幅提高、企業資金鏈緊張等多重壓力，市場已進入到快速“洗牌”的階段，一方面企業要擴大生產規模，另一方面則要提高產線自動化水平，提高產品的一致性和良品率。
在這一趨勢下，為產業鏈上游的鋰電設備行業提供了廣闊的發展空間。據統計，2018年4家上市鋰電設備企業的總營收同比增長22.47%；扣非歸母凈利潤同比減少15.58%，在產業鏈中受新能源整車補貼退坡的影響最小。預計2019年鋰電設備行業將繼續維持較高增速，尤其是得益于外資龍頭企業紛紛在國內建廠，近兩年鋰電設備需求將較大增長，且2019年鋰電設備企業的利潤增速擴大。
1鋰電設備行業新趨勢
圍繞動力電池的開發，已成為現階段促進新能源汽車普及應用的一個重點，目標是——高能量密度、低成本、高安全性，為此，除了在優化材料體系和制作工藝上下功夫之外，鋰電池生產設備的開發也是一個非常重要的環節。
目前一個較為明顯的趨勢是，鋰電池生產設備的整體產線改造與升級速度加快，一體化集成設備受到應用端青睞，以滿足主流動力鋰電池企業對降本、提效的迫切要求。
例如，先導智能開發出的新型激光切卷繞一體機可代替傳統模切機（2臺）和卷繞機（1臺），一方面，激光切割的精度比傳統的模切大幅提高；另一方面激光切卷繞一體機的產能≥100m/min，既節省了空間和人力成本，也節省了模切到卷繞間的搬運過程，且提高了生產安全性。此外，先導智能最新的高速疊片機其精度可達±0.2mm，達到國內先進水平。
新能源汽車動力鋰電池的整個生產流程，大致上可以分為電極制作（前段）、電芯裝配（中段）、后道處理（后段）三大過程工序（如圖2所示）。前段設備（如涂布機、輥壓機、分切機等）和中段設備（如制片機、模切機、卷繞機、疊片機等）是決定鋰電池質量和性能的關鍵，因此對于生產設備的控制精度和穩定性要求較高。而鋰電池后道生產設備，如化成、分容及檢測、Pack組裝設備等，則對于產線柔性化的要求更高，提高后段設備的自動化程度是關鍵。
鋰電池回收另一個值得一提的現象是，最近幾年國產設備及生產技術取得了長足的進步。根據GGII的調研數據顯示，在鋰電池生產的前段設備中，總體國產占有率達88%；中段設備總體國產占有率約為90%以上；而后段設備總體國產占有率甚至超過95%。這主要得益于近年來在國家政策的引導和扶持下，新能源汽車行業在中國市場取得了迅猛發展，并逐步建立起了完整的動力鋰電池產業供應鏈，本土鋰電池設備開發廠商借助便利條件，得以快速掌握應用需求變化，加上強大的服務支持能力，因而在激烈的競爭市場中發展壯大起來。
2驅控算法成為關鍵
伴隨著國內鋰電池生產設備行業的高速發展，為包括伺服、運動控制系統、機器人、整體產線設計等在內的工控自動化廠商提供了良好的發展空間。例如，前段、中段生產設備對控制精度和穩定性的要求極高，在張力控制、收放卷控制、中斷定位控制等特殊工藝環節上需要驅動、控制技術與鋰電池生產技術緊密結合起來，才能真正滿足鋰電池生產的實際應用需求。
為了實現更高的控制精度，以及保證高效產能，目前大部分廠商的解決之道都在于將驅、控算法在底層集成于一體，盡可能地讓控制指令下達到驅動器的延時縮短，同時在驅控算法上做進一步的優化，令伺服系統的動態響應更快，定位更精確，運行平穩，自適應能力強，協助客戶有效控制機械投入成本，并且提升產品品質和生產效率。
深圳市威科達科技有限公司潛心研究張力控制技術，開發出基于專用伺服的恒張力控制系統，在鋰電池隔膜分切機張力控制環節，把被動式拉力改進為主動換卷收卷式拉力，實現了微張力完美收放、啟停時平穩控制、大小卷徑不限制等控制特色，滿足了鋰電池材料隔膜生產過程中對9μ、12μ、16μ薄料分切的應用需求。
在威科達開發的全伺服張力控制解決方案中，以VEC-VB-HJ張力控制專用型伺服為核心，將張力控制器集成于伺服驅動器內，系統由人機界面、張力控制專用伺服、張力傳感器所組成。同時，采用伺服的專用算法計算卷徑，系統簡單高效，精準度高，可實現收放卷開環張力控制、收放卷閉環張力控制、過程張力控制等功能，達到高速生產（150-200m/min）、起動平穩（張力波動≤1N）、低速無抖動；收放卷徑范圍寬泛；加減速或急停急起時，張力穩定，張力精度控制在傳感器量程的1-5%等理想的應用效果，獲得了用戶的高度好評。
3助力鋰電池生產提速、降本
在鋰電池生產的卷繞機部分，以方型卷繞機為例，由于其卷針形狀的不規則性，卷針外圍每個點與卷針中心的距離都不一樣，卷針在旋轉一周的過程中，為了保證入料速度穩定，需要對電機轉速進行多次動態調整，通常一個電池的電芯制作要對電機進行幾百上千次的動態調整，而單位時間內能夠調整的能力越高，也意味著卷繞機的線速度越快，整線的生產效率也更高。
為此，深圳市微秒控制技術有限公司基于寄存器級驅控一體架構，將控制與驅動的核心算法都在同一個芯片上，從底層的設計開始，就充分考慮資源的分配與軟件的協調，大幅縮減控制指令下達到驅動器的延時時間，從而在面對高周期循環動態調整應用中，也能保證設備在600mm/s的速度上穩定地運行。
為了進一步提高鋰電池設備的生產效率，微秒在伺服驅動器部分上進行了針對性開發。除了具備自學習功能、無需設置任何卷針參數之外，微秒開發的電子凸輪功能還具備獨特的功能優勢，如多點凸輪擬合、自動生成凸輪曲線、凸輪啟動方式多樣等等。
例如在飛切工位，8192點生產的凸輪曲線比一般的凸輪更細化，失真度更小，也更容易完成復雜的飛切動作，裁切時卷針無需減速停止，因而提高了生產效率，單個電芯較傳統方式提高0.3秒。在同步模式下，微秒控制的伺服驅動器既可以接收外部指令脈沖，也可以運行內部定位指令，這就使得電機可在運行過程中直接疊加或者疊減一個距離，保證了動作的連貫性，如在完成飛切工位可直接到達入片工位，無縫銜接，在保證入片穩定性的同時，又提高了生產效率。
另外，微秒還針對一些特殊工位進行了專門研發，提出了一系列提速降本的解決方案。如：在鋰電生產設備中的牽引工位，為了消除中斷定位的延時與誤差，往往會在前端加一個傳感器，當接到這個傳感器信號后進行降速處理，這既增加了傳感器的購買成本，也增加了送料時間，使得生產效率降低。為此，微秒開發的技術方案將中斷信號直接輸入驅動器處理，理論上不存在延時，因此無需降速，也無需額外增加傳感器，大大節約了投資成本，且提高了生產效率。
4自動化裝配產線集成興起
鋰電池生產后段設備的產線自動化集成也是目前廠商們研發的一個熱點，尤其是組裝環節。例如在高倍率放電、大容量的疊片電池裝配生產中，整條產線需要完成疊片、極耳預焊、檢測、焊接、貼膠、包膜、熱熔、入殼等多道工序，彼此之間能夠快速銜接，外圍設備則與多個SCARA機器人配合，這些對產線的柔性化要求較高。
深圳市合信自動化技術有限公司推出的疊片電池機械手全自動裝配生產線，采用集成運動控制、PLC控制和網絡控制于一體的方式，總控制由一個主機控制完成，盡量減少不同系統間的數據交換，并且通過EtherCAT總線連接20多個驅動器加多個EtherCAT遠程IO模塊，支持遠距離多點數應用。該方案通過合信CTH300系列C37運動控制器和機器人示教器，基于EtherCAT總線通訊方式搭配H1A伺服驅動器和EtherCAT遠程IO模塊，以擴展模塊方式與設備外部信號實現交互。在軟件部分，系統CODESYS軟件平臺支持PLCopen標準運動控制指令、支持電子凸輪/電子齒輪、支持CNC及多種機器人模型算法；并結合合信Mico遠程解決方案，可實現基于互聯網的各種智能終端的應用。
另外，在鋰電池生產后段整線部分，由利元亨自主研發的動力電池制芯工藝全自動裝配產線經廣東省機械工程學會鑒定總體處于國際先進水平。據介紹，利元亨的核心技術實力主要體現在跨領域應用和產品的技術工藝方面，包括智能控制技術、機器視覺、人工智能技術、激光加工技術、機電聯合仿真技術和力與位移精準控制技術等。同時通過對電芯裝配、電池檢測和電池組裝三大環節鋰電后段設備整線技術的掌握，利元亨沉淀出了標準化工藝平臺，可以為客戶提供集成多工序的鋰電池裝配生產線。
伴隨新一輪動力鋰電池擴建潮的興起，產業內部的競爭將更為白熱化，鋰電池生產過程工序復雜，加上材料的特殊性與多元性、工藝參數的敏感性與高標準，這些都使得智能制造裝備成為鋰電池生產過程中的一項必要條件。工控自動化技術能夠實現高效率、高品質生產，協助鋰電池企業提高市場競爭力，因而發揮著越來越重要的作用。但另一方面，要想真正滿足鋰電池生產的實際應用需求，就要求工控廠商和鋰電池設備企業緊密合作，把自動化技術與鋰電池生產工藝很好地結合在一起，以需求帶動技術開發，切實提供下游鋰電池設備企業所需的產品和產線方案。
