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電池智能制造實現的路徑
閱讀：73 發布時間：2023-4-10 采用標準化、數字化、智能化等技術手段，依托物聯網、工業互聯、大數據等新興技術，對傳統產線數字化改造及建設，實現增效降本，已成為動力電池裝備制造大規模、高質量制造的必然途徑。
縱觀中國動力電池生產制造發展歷程，動力電池制造技術已從半自動起步逐漸從模仿階段走向大規模、數字化、智能化制造階段，并且在制造效率，制造合格率方面不斷提升。
雖然目前國內動力電池產業的發展“高歌猛進”，但在制造方面還存在一些痛點問題，從價值鏈上來看，產業核心競爭力仍然不強，一方面我國已經不能延續21世紀初期依靠人口紅利的發展模式，即廉價勞動力消失。另一方面，產業的自動化、智能化程度相較于發達國家還較低，表現為電池制造的合格率、材料利用率、產能利用率較低，無法滿足高速增長的新能源汽車市場對動力電池產能尤其是產能的迫切需求。
在此背景下，我國政府也提出要實現智能制造，在“十三五”、“十四五”期間連續編制智能制造發展規劃，促進制造業企業實現數字化、網絡化、智能化轉型，向制造強國邁進。
智能制造是動力電池生產的趨勢，要在高度自動化的基礎上全面實現數字化、網絡化和智能化，以期實現動力電池制造“高精度、高速度、高可靠性”的發展目標。
從性原理的基礎思路出發，加速智能化改造的主要實現方向有以下三點：
▲ 儲能電池智能制造實現的路徑
01 標準化
目前，《國家智能制造標準體系建設指南》(2018版，簡稱指南)已經發布，正如《指南》所講：“智能制造、標準先行”，儲能電池大規模制造需要采用標準化的手段，需要一系列標準體系的支撐。儲能電池技術起步較晚，其設計、制造、檢驗、使用缺少完整標準，尤其針對鋰電池行業裝備的互聯互通準則、集成接口、集成功能、集成能力標準，現場裝備與系統集成、系統之間集成、系統互操作等集成標準嚴重缺少。面對儲能電池智能制造發展的新形勢、新機遇和新挑戰，有必要系統梳理現有相關基礎標準，明確儲能電池制造集成的需求，從基礎共性，關鍵技術以及儲能電池行業應用等方面，建立一整套標準體系來支撐儲能電池產業健康有序發展。
▲ 智能制造標準框架體系結構圖（2018版）
首先要實現電池尺寸規格的標準化，目前國內80多家儲能電池企業有150多種電池規格型號，意味著需要有150多種不同的生產工藝和生產線，這嚴重限制了儲能電池大規模制造能力的提升。借鑒目前應該總結過去的經驗及給我們產業造成的損失，盡快制定出儲能電池尺寸規格標準，需要將電池規格型號限制在10種左右。
其次要實現儲能電池設計及基礎標準化，需要建立儲能電池領域元數據標準，元數據是關于數據的數據，是儲能電池設計、制造、應用的基礎。國家科學數據共享工程的《元數據標準化原則與方法》中規定了領域元數據制定時的選取原則，可以參照此原則制定儲能電池領域元數據標準。
Z后要實現儲能電池制造標準化，儲能電池制造過程復雜，工藝流程長，產線生產設備眾多，而且同一條產線的生產設備往往來自于不同的設備廠家，采用不同的通訊接口和通訊協議，設備之間缺乏互聯互通互操作的基礎。需要建立電池制造過程數據字典標準，統一設備模型，制定設備通訊接口規范，進行數據治理，實現產線設備和企業信息化系統集成，實現OT與IT深度融合，利用工業互聯網平臺，實現企業內、外部信息集成，優化電池制造資源配置及過程管控。
02 模型化
數學模型是智能化的基礎，是把制造工廠、物料、機器、過程轉化為計算機可以識別、優化、提升的基本手段。儲能電池制造需要建立包括電池模型、工廠模型、設備模型、工藝模型、以及質量模型等。
▲ 儲能電池制造模型體系
模型化是實現數字化制造的基礎，模型需要能準確完整描述對象的真實屬性，同時，模型的建立是一個不斷調整優化的過程。模型化和數字化是一個互相促進的過程，有理論模型的過程和物理量可以現有模型將模型數字化；沒有模型或難以用準確理論模型描述的物理量或過程可以先采集數據，通過數字分析，建立數字化模型，這可以很好的解決制造過程算數和質量優化問題，這也數字化、智能化給制造業帶來的紅利。
03 數字化
儲能電池行業需要建立數字化研制體系，包括數字化設計、數字化制造及數字化應用等方面。如下圖為儲能電池數字化研制體系。
▲ 儲能電池數字化研制體系
數字化設計：電池設計包括材料設計、結構設計及工藝設計等。電池設計過程需要應用專業的產品設計工具、結構設計工具，需要建立電化學仿真模型、電池壽命模型等。
數字化制造：包括工藝規劃、設備研制、系統集成等。需要運用工廠仿真、過程仿真、虛擬調試等技術手段，建立起實際生產過程與虛擬生產過程的數字化雙胞胎映射系統。設計人員利用軟件提供的仿真環境，對產品及生產過程進行設計及優化，以加快產品從構思到投產的周期，減少失誤，降低成本。
數字化應用：包括電池質量閉環控制，電池追溯系統的建立，產品大數據分析等。數字化應用需要建立電池設計、制造、質量追溯及梯次利用等全生命周期數據管理應用平臺。
通過電池數字化設計、制造、應用全流程系統的建立，可以實現電池高效設計、高質量、低成本制造及可靠的安全管控。
展望
智能制造是一項長期的系統工程，核心是用數據解決制造中質量、效率和安全問題，為產業帶來更大的價值，實現智能制造道阻且長，然行則將至，相信在未來的發展中，電池裝備產業一定會涌現出越來越多創新驅動的智能制造企業！