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随着科技不断进步和市场需求增长，锂电池行业越来越注重提升产品质量、物流效率和降低成本。某储能领域具备显著竞争力的锂电池生产研发企业，以智能工厂为标准，建设储能电池零碳制造基地，并成功部署智能物流系统，实现物流作业的自动化、智能化、少人化、准时化，大幅提高物流配送效率和生产效率。
作者：曾丽强
机械工业第六设计研究院有限公司智能制造工程院副总工程师/总设计师
某新能源企业自2001年成立以来，始终致力于锂电池生产制造与研发，当前正全力聚焦储能领域的深度拓展，在深耕储能领域的十余年中，其产品凭借高能效、长循环和装机项目零事故的卓越表现，赢得市场的广泛认可。据权威机构发布的统计数据显示，2023年该新能源企业在中国工商储能系统出货量中排名前三，同时在全球户用储能电池出货量中也位列中国企业的前三名。如今，其项目实施足迹遍布全球超过50个国家和地区，所有历年参与的储能装机项目均实现了安全运行零事故的佳绩。
某新能源企业智能绿色的零碳工厂整体规划设计示意图
2021年7月，国家发展改革委、国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，明确提出实现“碳达峰”与“碳中和”的目标，以及构建清洁低碳、安全高效的能源体系。新型储能作为支撑新型电力系统的重要技术和基础装备，对推动能源绿色转型、应对极端事件、保障能源安全、促进能源高质量发展，以及支撑应对气候变化目标的实现，具有重要意义。
在此背景下，该新能源企业积极响应国家政策导向，紧跟时代趋势，依托自身在研发与制造领域的显著优势，着手规划并打造智能绿色的零碳工厂。2023年9月，该新能源企业与青岛市政府正式签署合作协议，标志着其储能电池零碳制造基地将落户山东省青岛市城阳区的储能产业园。
该储能电池零碳制造基地总投资额约130亿元，整体规划产能36GWh。其中，项目一期占地275亩，规划建设产能12GWh。在建设过程中，要求严格遵循零碳工厂的高标准，确保该项目的环保性与可持续性。此外，该基地是青岛市储能产业首个引进的百亿级项目，将有效带动青岛新能源全产业链发展，着力培育和打造储能产业战略性集群。
鉴于电池生产过程中涉及多种原材料和零部件，需要实现精确的搬运和配送、严格的质量控制、灵活的生产调度、数据的实时监控和分析，以及库存管理的持续优化，以确保生产的顺利进行。智能物流作为智能工厂的核心“脉络”，对于智能工厂能否成功运营至关重要。因此，该新企业与中机六院展开合作，运用多项先进技术，成功将该基地的智能物流系统打造成为行业标杆项目，实现快速、准确的物料搬运，从而助力生产效率提升。
该新能源储能电池零碳制造基地采用高度集成的物流系统，全面融合了自动化立体仓库、自动化生产线、先进的分拣机器人、高效的管理软件与自动控制系统，以及精确的自动检测和充放电设备。这一综合系统，旨在实现高温环境下对电池生产过程的高精度控制，从而满足电池从注液后装盘到成品分拣的复杂生产工艺要求。
在项目的规划设计阶段，充分考虑了地块的实际情况以及储能电芯生产的特殊需求。为优化物流流程和提高整体效率，将仓储区域和生产车间集中在一个大的联合厂房内。这种布局方式显著缩短了物料和产品的运输距离，提高了整体物流效率。
在生产线上，采用托盘流转方式来搬运电池，可确保生产流程的顺畅进行。同时，整条产线全程通过调度软件系统控制，实现自动化充放电模式。这一过程中，每个电池的信息都可被查询和追溯，从而实现了整个产线的智能生产。
该储能电池零碳制造基地深度融合多项先进的物流技术，最终打造了一个全流程数字化、自动化、信息化的智能物流体系。该体系涵盖当前最先进的仓储物流设备，如原材料堆垛机自动化立体库、极片自动化立体库、AGV输送系统、自动上下料机器人，以及倍速链、辊筒线等高效输送设备。同时，该项目还采用WMS系统对物料进行精准管控，进一步提升了物流管理的智能化水平。
1.原材料自动化立体库
原材料自动化立体库为堆垛机型立体库，不仅具有存储密度高和空间利用率高的特点，还具有自动化程度高、存取效率高等优点。
通过堆垛机自动化立体库，该项目实现了生产所需的粉料和箔材、装配原材料、半成品及成品的精准的自动化存储，有效提高仓库的管理水平和运营效率，同时降低人工成本和劳动强度。
原材料库
2.极片立体库&加工区智能车间一体化
涂布、辊压、分条、模切等前段工序的箔材和极卷上下料均采用AGV+上料机械手的形式，中后段工序之间的周转采用倍速链和辊筒线等多种形式，其物流系统主要由横梁式货架系统、堆垛机系统、极卷定制托盘以及输送系统、提升系统等构成。
值得一提的是，极卷立体仓储区与加工区合并，仓储以线边库的方式存在，通过实现极卷的自动化输送、搬运、配送上线、生产与仓储紧密连接，达到智能车间一体化的生产模式。
极片库
极卷库
3.注液－化成前电池输送系统
注液－化成前电池输送物流系统主要用于电池注液－化成工艺前的自动输送和下一工序的自动物料供给。
该系统由倍速链输送系统、提升系统等构成。通过倍速链输送系统完成两道工序间电池托盘和空托盘的有序、自动供给，提高了车间的自动化水平。
注液－化成
4.常温/高温静置工序的智能化
常温/高温静置工序也采用立体仓库存储，通过自动化输送线完成物流转运。常温/高温静置物流系统主要由货架系统、堆垛机系统、电池托盘以及机器人系统、输送系统等构成。
此外，该项目通过常温静置电池立体仓库贯通整个生产车间，实现电池物料进出的自动化、智能化和信息化，仓库管理数据和业务软件数据实现自动对接，其工作效率与传统作业模式相比得到极大提升。
常温/高温静置
5.PACK自动入箱系统
PACK自动入箱系统主要由六轴机器人系统、夹具系统、七轴滑台系统、视觉定位系统、AGV上料定位系统和集装箱输送定位系统等设备组成。
PACK线
6.数字化仿真系统
该项目采用数字化仿真手段对物流方案进行动态模拟，挖掘系统负荷洼地，实现系统优化，降低成本。
7.智能仓储管理系统WMS
该项目还引入智能仓储管理系统WMS，可满足电池制造商的智能化、自动化、信息化、精益化仓储管理的迫切需求。通过WMS系统的精准管控和数据分析，项目成功实现了对物料的全面追踪和高效管理，为项目的成功实施奠定坚实基础。
该新能源储能电池零碳制造基地的智能物流系统项目，凭借其高度自动化、智能化、少人化、准时化等特点，展现出显著的技术创新与优势。
1.高度自动化与少人化
项目通过全流程应用先进仓储物流设备，实现生产配送过程无人化、少人化。通过自动化设备的精准作业，不仅降低了人工干预的风险，还显著提升生产效率和物流管理的智能化水平。
2.高空间利用率与透明化管理
自动化立体库的运用是该项目一大亮点，并借此大幅减少仓储占地面积、提高空间利用率。同时，结合WMS系统的精准管控，实现物料的透明化管理，不仅提升了仓储管理的效率，还能确保物料信息的准确性和可追溯性。
3.系统互联互通
该项目通过MES系统实时传输在线订单信息，实现生产计划的精准制定和执行。与传统的看板拉动后补充上线方式相比，该项目采用按生产计划前补充推动上线的方式，通过AGV与MES系统的紧密联动，实现AGV的精准配送。这一创新模式不仅有效降低人工成本，还能提升生产线的灵活性和响应速度。
4.准时化供货与库存优化
该项目注重准时化供货的快速响应，通过优化生产流程和物流管理，实现电池库存最小化。同时，应用RFID（射频识别技术）、自动化辊道等技术，实现电池下线和装卸车过程的自动化，减少人员投入和库存成本。这一举措不仅提升了供货的准时性和准确性，还降低了企业的运营成本和风险。
5.数字化仿真技术提升物流规划效率
该项目还应用数字化仿真技术，提高物流规划效率，降低成本。
6.机械手装配降低劳动强度与提升精度
在装配环节，该项目采用机械手实现重复性劳动工作，这一举措不仅明显降低人员的劳动强度，还能保证装配的精度和一致性。通过机械手的精准作业，进一步提升了产品的质量和生产效率。
总的来说，这些优势不仅提升了生产效率和产品质量，还降低了运营成本和风险，为该新能源企业的可持续发展奠定坚实基础。同时，得益于自动化、智能化制造能力以及工艺创新等，该新能源企业电芯在温度特性、寿命、容量、内阻、电压等方面展现出高一致性优势，使装机性能更加优异。
智能化的提升，是未来锂电池自动化物流系统发展的核心趋势之一。随着人工智能技术不断进步，物流系统将更加智能化，物流设备将具备自主感知和决策能力。这一变革将主要得益于机器学习和深度学习算法的应用，这些技术能够处理海量数据，并根据数据模式和规律进行准确决策。此外，物流设备间的协作和交互也将得到显著提升，实现无人智能调度和协同作业。设备之间的智能交互将实现作业流程的优化和协调，提高整个物流系统的效率。
1.数据驱动的优化和预测能力
数据驱动的优化和预测，将是未来锂电池物流系统发展的关键特征之一。通过大数据和物联网技术，系统能够实时采集、分析和应用数据，为优化和决策提供坚实基础。系统将对历史数据和实时数据进行深入分析，以发现潜在规律，指导物流运作的优化，实现更高效的物流管理和资源分配。
2.灵活适应性和可扩展性的提升
在锂电池物流系统的未来发展中，灵活适应性和可扩展性的提高将成为关键特征。系统将更具备适应不同规模和需求的能力，并能够快速集成和升级新的技术和功能。
为实现这一目标，系统将采用模块化设计和灵活的配置。各个模块可以根据需求进行组合，以满足不同企业的需求和特定的物流环境。这种灵活性使得系统具有更广泛的适应性，可以适用于不同规模的生产场地和物流网络。同时，随着物流技术不断发展和市场需求变化，具有良好可扩展性和集成能力的物流系统将能够快速吸收新的技术，与现有设备和系统无缝集成，进一步提升系统的功能和效率。
3.绿色和可持续发展
绿色与可持续发展，是未来锂电池物流系统发展的重要关注点。为减少对环境的影响和实现资源的可持续利用，系统将以绿色和可持续的方式进行设计和运营，设备和设施将遵循可持续发展理论，减少对自然资源的消耗和环境的污染。此外，系统还将注重资源的循环利用和废弃物的处理，以降低对环境的负面影响。通过这些举措，未来锂电池物流系统将能够更好地满足社会对低碳环保的要求，为企业的可持续发展贡献力量。
编辑、排版：罗丹
本文内容源自《物流技术与应用》2024年10期(点击可查看掌上电子刊)，有删改。
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