WBK是卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）下属生产技术研究所的简称，同时也是创新型汽车电池生产技术的研发单位。为实现更高效率和更大灵活性的汽车电池生产，WBK研究所的研究人员在AgiloBat项目框架内，开发出结构更紧凑、响应更灵敏的“生产岛”。该生产单元通过在微型化生产环境中采用机器人自动化技术，实现了以往仅常规制造才能达到的生产灵活性。在这一创新方案中，只需有针对性地调整加工程序，即可完成生产岛的生产流程切换，无需进行复杂的硬件改造。

图1  在微型生产环境中，库卡机器人能够以媲美人类员工的精度完成作业，并可靠维持所需的超干燥空气条件

电池生产的未来：能源优化和生产灵活性

为实现能源优化与灵活生产，WBK研究所的研究人员开发出全球领先的创新性机器人，其在性能和结构方面均具有独到优势。这些机器人由Exyte集团旗下的德国Exentec有限公司设计制造。Exyte集团是一家总部位于德国斯图加特的国际公司，专注于建筑技术和高端设备制造，致力于为半导体、电池生产等高科技行业以及生物制药领域的数据中心和设施，提供可持续的先进生产设备解决方案，其中超净间和干燥室是其重点产品之一。正如Exentec公司电池技术生产总监Nicole Neub女士所言：“我们负责提供汽车电池生产过程中所需的干燥空气。”

微环境实现全流程集成

众所周知，汽车电池的生产必须在极低湿度的环境下进行。具体而言，为防止敏感电池材料在制造过程中发生氧化或受潮，生产环境的相对湿度通常需控制在1%以下。较高的空气湿度极易引发电池质量缺陷，甚至造成严重故障。

这一严格的干燥要求是在微型生产环境中实现的。Nicole Neub女士解释道：“电池生产的每一环节及相关设备都应处于经过过滤的干燥空气中。唯有如此，才能为生产设备持续提供洁净干燥的空气，而非普通车间中未经处理的空气。在工业级的大规模电池制造中，许多企业通常将整个车间建造为封闭式的洁净室。此类洁净车间无需依赖独立工序和高能耗来生成洁净干燥的空气。”

在AgiloBat项目中，该目标通过一个迷你箱型密封模块得以实现。这类微型生产岛内部维持着低至-50℃露点的超干燥环境。AgiloBat项目技术主管、KIT生产技术研究所WBK成员Sebastian Henschel先生指出：“首先需通过冷却使空气中的水分凝结。露点越低，空气越干燥。在低于-50℃的露点条件下，每百万个空气分子中水分子数量不足100个，相当于相对湿度远低于1%。”

图2  Sebastian Henschel先生（左）和Thoma Schneider先生在观察微型环境中的自动化生产过程

借助自动化实现人机分离

维持极低相对湿度的关键挑战之一在于生产人员。Henschel先生指出：“人体约80%由水分构成，如此高含水量的操作者对电池生产过程极为不利。即便在完全静止状态下，人类每小时仍会通过呼吸排出至少120 g潮湿气体，这对维持-50℃露点所需的超干燥环境会产生显著干扰。”因此，为实现真正稳定的干燥生产环境，必须尽可能将“人”从生产区域隔离。

这也正是Exentec公司所采取的核心策略。Neub女士介绍道：“我们设计的微型生产环境从根本上将操作人员与生产过程分离。当然，这一切建立在生产完全自动化的基础之上。”在这一过程中，库卡公司生产的机器人发挥了关键作用。

AgiloBat项目中采用了4台KR Cybertech nano型机器人、1台KR 4 Agilus型机器人以及2台SCARA水平关节机器人。库卡业务发展部经理Thomas Schmidberger表示：“多年来，电池制造商广泛采用库卡机器人于干燥车间中，以降低人员对生产环境的污染，并持续提升产品质量。”库卡长期与汽车电池制造企业密切合作，共同应对干燥室环境中的技术挑战。

图3  该生产岛中使用了2台库卡KR Scara机器人和1台KR Cybertech nano机器人

库卡机器人破解干燥环境的特殊挑战

Schmidberger先生强调：“我们通过与众多行业领先企业的成功合作，深入理解了干燥室应用的技术要求，并持续与领域专家共同研判未来技术趋势。”作为机器人技术领域的领导者，库卡公司正在积极推进适用于干燥室环境的机器人认证工作。自2020年起，库卡的专家团队已从全球部署的上万台机器人中积累了丰富经验，其中超过1000台为广受客户好评的专为微型环境设计的“干燥型”机器人。

Neub女士指出，自动化微型环境不仅适用于电动汽车电池制造，还可广泛应用于多个行业领域：“无论是半导体制造还是制药行业，高度干燥与洁净的生产环境都至关重要。”库卡多样化的产品组合展现出显著优势——功能丰富、灵活易用，能够充分适配不同领域、不同产品及不同环境的生产需求。

这一点在KIT项目中得到了充分验证。Henschel先生表示：“我们的目标是构建一个高度灵活的生产系统，通过模块化单元完成不同生产步骤，并实现全流程集成。库卡机器人在这方面表现出色，不仅帮助我们实现了极高的重复精度与生产准确性，同时也保留了类似于手工制造的灵活适应性。”

对中小企业也极具吸引力的生产能力

微型生产岛所具备的诸多优势，对中小企业同样具有强大吸引力——这也解释了为何负责AgiloBat项目的KIT团队选择与一家中型机床制造商展开合作。通过将微型环境与自动化技术相结合，这类生产单元为在干燥空间中建立高质量产品生产线提供了极具竞争力的技术方案。借助从AgiloBat项目中积累的专业技术，中小企业能够以更灵活的方式生产汽车电池，并测试可减少原材料用量的新型工业化生产系统。

Schmidberger先生补充道：“我们不应忽视，汽车电池的化学反应过程往往涉及有害物质。采用机器人自动化与微型环境相结合的生产方式，可有效保护员工健康。”更重要的是，AgiloBat项目所采用的工艺能够显著节约资源，并从两个方面实现能源效率的提升：

一方面，正如Neub女士所言：“相比美国特斯拉超级工厂的传统做法，我们仅需25%～40%的能源即可维持同等规格的干燥空间。与此同时，该系统还能实现持续干燥，有效隔绝操作人员呼吸所带来的湿气。这意味着通过与生产流程的物理分离，可大幅降低运行成本，即OPEX。”另一方面，该技术极大减少了不可再利用的废弃物。Henschel先生指出：“在大型生产设备中可降低15%～20%的废弃物产生，而凭借灵活的生产方式，我们甚至还能进一步减少这一比例。”这一切，正是由库卡机器人技术所实现的可能。