一种锂离子动力电池生产物流系统优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种锂离子动力电池生产物流系统优化方法，本发明专利技术结合工程实际需求，通过仿真平台对某企业的锂离子动力电池生产物流系统进行建模和仿真，针对生产物流系统存在的不足，在不改动当前生产车间布局与不更换、增加生产设备的优化约束下，制定优化方案并设计实验验证优化效果，为企业改善生产物流系统提供依据，最终实现提高设备利用率、降低资源浪费，从而提高企业的行业竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子动力电池生产物流系统优化方法
本专利技术涉及锂离子动力电池制造领域，尤其涉及一种锂离子动力电池生产物流系统优化方法。
技术介绍
近几年国家对新能源汽车行业越来越重视，新能源汽车市场不断扩大，锂离子动力电池作为新能源汽车的心脏越来越受到国家和企业的重视。面对越来越激烈的新能源汽车动力电池市场竞争，如何降低电池成本、提高电池质量是困扰电池生产厂家的现实问题。锂离子动力电池的制造模式属于离散型和流程型的混合模式，制造工艺环节长且流程复杂，如果不同制造工序的工艺、节拍、物流不匹配，即工艺流、设备流存在差异，将会导致锂离子动力电池制造精度差、一致性差的问题。此外，新能源汽车对锂离子动力电池成本极其敏感，在生产过程中若生产物流发生堵塞或在制品堆积则会耽误生产的进程甚至发生生产停滞现象，进而影响电池产能，不利于降低生产成本。因此，有效改善生产物流系统平衡与提高生产效率是提升电池生产厂家市场竞争力的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种锂离子动力电池生产物流系统优化方法。锂离子动力电池生产物流系统由大量制造要素构成，利用传统方法难以全面、精确地了解生产状况，而计算机仿真技术在解决大规模复杂问题上具有独特的优势，目前已被广泛地应用于生产物流系统的规划、管理和优化。通过使用计算机仿真技术，能够在不耗费任何生产资料的情况下模拟生产系统在某段时间内的运行状况，预测生产物流系统的生产能力与不足，协助企业针对性地制定生产物流系统优化方案。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：本专利技术一种锂离子动力电池生产物流系统，包括极片制作工段、电芯制作工段和化成分容工段，所述极片制作工段包括自动配料上料、混合搅拌、极片涂布、碾压分切工序，所述电芯制作工段包括制片、卷绕、组装和注电解液工序，所述化成分容工段包括封口、老化、分选和出货工序。所述极片制作工段具体包括自动配料、搅拌、涂布、冷压、模切、分条工序，负责完成正负极片的制作；所述搅拌工序完成正负极浆料的制备，正负极浆料的制备包括液态与固态物料间的相互混合、溶解、分散；所述涂布工序将正负极浆料均匀地分别涂覆在正、负极极片上；所述冷压工序对极片进一步压实；所述模切和分条工序完成将整卷极片分切成指定的尺寸形状。所述电芯制作工段完成电池的成型，具体包括卷绕、热压、X-Ray检测、超声波焊接、软连接焊接、装支架、包Mylar、入壳、预焊、满焊、前氦检、烘烤和一次注液工序，其中，卷绕工序完成将正负极极片、隔膜卷绕组合成裸电芯；之后进行封装焊接过程，再进行烘烤工序进行除水；注液工序完成将电解液加入到电芯中。所述化成分容工段完成对电池的激活检测，具体包括入化成钉、高温静置、拔化成钉、负压化成、插化成钉、高温静置、二次注液、后氦检、满充、OCV1测试、高温静置、OCV2测试、常温静置、OCV3测试、分容、分选和入库工序。本专利技术一种锂离子动力电池生产物流系统优化方法，连续完成相同的两个产品所需的间隔时间为生产线的节拍，所述生产线的节拍的计算公式如下：式中：CT表示生产线的节拍；TW表示有效实际总工作时间；Q表示有效实际总工作时间内的成品数量；选取生产线平衡率、设备利用率、单位产出能源消耗作为评价指标对生产物流系统生产性能进行定量评价和优化；生产线平衡率：用于评价生产系统中各个加工设备的节拍匹配程度的指标，其计算公式为：式中：∑Ti为各工序节拍总和；n为总工位数；Tmax为瓶颈工序的节拍；当P≥90％时表示生产线平衡达到优，80％＜P＜90％时表示生产线平衡为良，P≤80％则生产线平衡较差；设备利用率：在整个加工周期内有效工作时间与总时间的比值，其计算公式：式中：working为设备利用率；Tworking为设备有效工作时间；Ttotal为总时间；单位产出能源消耗：生产线每生产一个单位的产品需要消耗的能源，其计算公式：式中：η为单位产出能源消耗；Qtotal生产线总产能；Etotal为生产线能源总消耗量；综上所述：最终的生产效能优化目标数学模型如式(4)所示：式中：n表示生产线上工作站数目；workingi表示生产线上第i个工作站的利用率；max(workingi)表示生产线上最大的设备利用率；F表示生产线总产能。本专利技术针对生产节拍不一致的工序之间的节拍匹配需求，提出了基于生产调度的优化方法。构建了多级串行生产线的生产调度模型，以瓶颈工序加工时间的整数倍为加工周期T，推导出在加工周期T内各个工序与瓶颈工序进行节拍匹配所需的实际加工时间与休息时间的具体计算公式。设计了极片制作工段基于生产调度的优化方案，并通过仿真实验验证了优化方案对改善极片制作工段存在的静态节拍失衡问题的可行性与具体效果。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是一种锂离子动力电池生产物流系统优化方法，与现有技术相比，本专利技术结合工程实际需求，通过仿真平台对某企业的锂离子动力电池生产物流系统进行建模和仿真，针对生产物流系统存在的不足，在不改动当前生产车间布局与不更换、增加生产设备的优化约束下，制定优化方案并设计实验验证优化效果，为企业改善生产物流系统提供依据，最终实现提高设备利用率、降低资源浪费，从而提高企业的行业竞争力。附图说明图1是锂离子动力电池生产工艺流程图；图2是锂离子动力电池简化生产工艺流程图；图3是极片制作工段包含的工序流程图；图4是电芯制作工段包含的工序流程图；图5是化成分容工段包含的工序流程图；图6是极片制作工段仿真模型图；图7是电芯制作工段建模效果图；图8是化成分容工段建模效果图；图9是锂离子动力电池生产物流系统总体仿真模型效果图；图10是锂离子动力电池生产物流系统各设备资源使用统计情况图；图11是锂离子动力电池生产物流系统各设备利用率统计情况图；图12是锂离子动力电池生产物流系统各设备等待率统计情况图；图13是锂离子动力电池生产物流系统各设备堵塞率统计情况图；图14是基于生产调度的优化研究方案图；图15是基于缓冲区配置的优化研究方案图；图16是锂离子动力电池生产物流系统仿真优化研究总体方案图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：锂离子动力电池生产工序流程比较复杂，由一系列操作工序、检验工序和贮存工序等三十几道工序组成，如图1所示，根据工序的特点与物流流向将锂离子动力电池生产线划分为原料仓、极片制作、电芯制作、化成分容和成品库五大部分。经过对锂离子动力电池各生产工序的特点分析，可将锂离子动力电池的生产工序简化为极片制作工段、电芯制作工段和化成分容工段三个部分，如图2所示。极片制作工段主要有浆料制备(混合搅拌)、极片涂布、冷压、分条等工序；电芯制作工段主要包括卷绕、封装和注电解液等；化成分容工段主要包括组装、化成、分选等流程，并且还包括对电池的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子动力电池生产物流系统，其特征在于：包括极片制作工段、电芯制作工段和化成分容工段，所述极片制作工段包括自动配料上料、混合搅拌、极片涂布、碾压分切工序，所述电芯制作工段包括制片、卷绕、组装和注电解液工序，所述化成分容工段包括封口、老化、分选和出货工序。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子动力电池生产物流系统，其特征在于：包括极片制作工段、电芯制作工段和化成分容工段，所述极片制作工段包括自动配料上料、混合搅拌、极片涂布、碾压分切工序，所述电芯制作工段包括制片、卷绕、组装和注电解液工序，所述化成分容工段包括封口、老化、分选和出货工序。


2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池生产物流系统，其特征在于：所述极片制作工段具体包括自动配料、搅拌、涂布、冷压、模切、分条工序，负责完成正负极片的制作；所述搅拌工序完成正负极浆料的制备，正负极浆料的制备包括液态与固态物料间的相互混合、溶解、分散；所述涂布工序将正负极浆料均匀地分别涂覆在正、负极极片上；所述冷压工序对极片进一步压实；所述模切和分条工序完成将整卷极片分切成指定的尺寸形状。


3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池生产物流系统，其特征在于：所述电芯制作工段完成电池的成型，具体包括卷绕、热压、X-Ray检测、超声波焊接、软连接焊接、装支架、包Mylar、入壳、预焊、满焊、前氦检、烘烤和一次注液工序，其中，卷绕工序完成将正负极极片、隔膜卷绕组合成裸电芯；之后进行封装焊接过程，再进行烘烤工序进行除水；注液工序完成将电解液加入到电芯中。


4.根据权利要求1所述的锂离子动力电池生产物流系统，其特征在于：所述化成分容工段完成对电池的激活检测，具体包括入化成钉、高温静置、拔化成钉、负压化成、插化成钉、高温静置、二次注液、后氦检、满充、OCV1测试、高温静置、OCV2测试、常温静置、OCV3测试、分容、分选和入库工...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝，唐小琦，周向东，梁子财，潘嘉明，唐钰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42