2017年3月1日由電池聯(lián)盟、中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)電池專業(yè)委員會(huì)主辦，中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)化研究會(huì)、中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)、北京理工大學(xué)支持，佛山市金銀河智能裝備股份有限公司協(xié)辦的大型公益“綠色能源·智能制造”暨動(dòng)力鋰電池技術(shù)進(jìn)展與智能裝備升級(jí)應(yīng)用論壇上，深圳吉陽智云科技有限公司總經(jīng)理陽如坤發(fā)表了《動(dòng)力電池智能制造關(guān)鍵技術(shù)》精彩演講，以下是根據(jù)速記整理的文字，未經(jīng)本人審核，僅供參考。
 
大家好！非常高興接受電池聯(lián)盟的邀請(qǐng)跟大家交流智能制造這個(gè)技術(shù)，也借此機(jī)會(huì)祝賀金銀河成功上市，未來對(duì)我們整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)該有一個(gè)很好的幫助，我們整個(gè)產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入更良好的發(fā)展。
    今天我想跟大家交流一下動(dòng)力電池智能制造的一些關(guān)鍵技術(shù)。其實(shí)“智能制造”這個(gè)概念炒得非常火，但是對(duì)于我們鋰電企業(yè)或者鋰電制造來說還有很多的距離和問題，今天我在這里也是跟大家做一些技術(shù)方面的探討，應(yīng)該說這個(gè)路還很漫長(zhǎng)，盡管我們國(guó)家已經(jīng)支持了有4個(gè)企業(yè)獲得了智能制造新模式的應(yīng)用，但是說實(shí)在的，我們這個(gè)過程還是有很多很多的問題需要我們解決。
    主要四個(gè)方面，首先跟大家說一說電池，第二是大規(guī)模智能制造的目標(biāo)，第三是大規(guī)模智能制造的解決方案，第四是我整個(gè)技術(shù)的想法。
    首先講一講電池。電池成為資源節(jié)約、新能源汽車、清潔能源和儲(chǔ)能應(yīng)用的依賴，應(yīng)該說它成為我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展的依賴。從這個(gè)角度來說，我們認(rèn)為動(dòng)力電池成為母產(chǎn)品完全可以與CPU、鋼鐵、機(jī)器人等并駕齊驅(qū)。今天我們所說的動(dòng)力電池應(yīng)該把它作為很重要的一種母產(chǎn)品來狀態(tài)，跟以前完全不一樣，以前我們做3C產(chǎn)品的時(shí)候可能考慮的只是滿足一些簡(jiǎn)單的移動(dòng)產(chǎn)品。
    從整個(gè)產(chǎn)業(yè)的分析來看，芯片是移動(dòng)產(chǎn)品的大腦，電池則是做移動(dòng)產(chǎn)品的心臟。從這兩個(gè)角度結(jié)合，才是我們整個(gè)產(chǎn)業(yè)站在這樣的高度來考慮問題。我們的電池能夠達(dá)到700GWh每公斤的時(shí)候，我們飛機(jī)等所有重載設(shè)備都有可能動(dòng)力電池的應(yīng)用。
電芯制造與芯片制造的對(duì)比。從運(yùn)用來說，它們都是母產(chǎn)品，應(yīng)用可以有無限的組合和無限應(yīng)用的可能。芯片提供了計(jì)算機(jī)的大腦，或者說移動(dòng)產(chǎn)品的大腦，電池則是提供了移動(dòng)產(chǎn)品的心臟。從運(yùn)行原理來說，芯片既是一個(gè)物理過程，對(duì)電池來說既有物理過程，又有化學(xué)過程，芯片是一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)移的過程，是一種信息轉(zhuǎn)移的過程，電池是一個(gè)能量，更多是考慮能量轉(zhuǎn)移的過程。從制造環(huán)境、速度、精度和制造規(guī)模來說，如果說考慮8—10GWH來說一年大概需要1億次，對(duì)于芯片來說，電池未來的規(guī)模比芯片未來的規(guī)模更大。從整個(gè)智能化程度和網(wǎng)絡(luò)連接來說，這里有一個(gè)很重要的區(qū)別，我們了解半導(dǎo)體的制造有很規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是升力這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，如果對(duì)智能制造真正感興趣，希望大家了解這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作鋰電制造來說我個(gè)人認(rèn)為非常重要。
動(dòng)力電池制造我個(gè)人認(rèn)為最重要的一點(diǎn)就是設(shè)計(jì)方法的確立。目前整個(gè)動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)還處于試錯(cuò)的階段，從簡(jiǎn)單通過對(duì)材料、電池的認(rèn)識(shí)做一些配組，然后做實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化我們整個(gè)過程。這個(gè)過程的缺點(diǎn)是時(shí)間非常長(zhǎng)，需要反復(fù)修正來達(dá)到目的。我認(rèn)為我們應(yīng)該建立整個(gè)電池的設(shè)計(jì)體系，從這個(gè)設(shè)計(jì)體系來說，現(xiàn)在提倡數(shù)字化的設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)層面上來說，包括材料的設(shè)計(jì)、體系、結(jié)構(gòu)、極片設(shè)計(jì)和應(yīng)用，尺度從納米、微米、毫米到最后M級(jí)的。電池設(shè)計(jì)工具模型有材料基因組、NREL、SIUMENS  PLM等方面都在做研究，希望我們能夠研究這樣的內(nèi)容，真正把電池設(shè)計(jì)做到數(shù)字化，因?yàn)閿?shù)字化是我們制造的一個(gè)基礎(chǔ)，如果沒有這樣的過程，智造談不上。
    動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)與制造。首先考慮性能，包括安全、可靠、一致；還有容量、內(nèi)阻、倍率和循環(huán)。還有熱設(shè)計(jì)、集流設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可制造性設(shè)計(jì)，這些都是我們需要認(rèn)真考慮的主要內(nèi)容。
    動(dòng)力電池大規(guī)模制造的目標(biāo)。以前我們?nèi)�水大概�?個(gè)兆Wh就足夠了，用在動(dòng)力電池上，主要的表現(xiàn)是合格率產(chǎn)能比較低，一致性差，安全性也比較差，如果用這樣的生產(chǎn)線去滿足電動(dòng)汽車只能是一條實(shí)驗(yàn)線、中試線。未來考慮2—4GWh的時(shí)候，必須實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化智能化的要求。1GWh大概能夠滿足乘用車大概2—3萬輛，對(duì)于汽車廠來說，我知道的汽車廠基本上都是10萬輛起步或者20萬輛起步，這樣一個(gè)體量，他們對(duì)電池的需求確實(shí)是達(dá)到10個(gè)GWH，這樣我們只能滿足三分之一汽車廠電池產(chǎn)能需求，所以整個(gè)工信部規(guī)定的這樣一個(gè)未來準(zhǔn)入門檻4GWH不叫高，而且我認(rèn)為是一個(gè)門檻。從2006年來看大概是一個(gè)GWh，單體成本大概是1.2元/噸Wh，目前能量密度大概是160Wh每公斤。我們認(rèn)為到2018年能量密度可以達(dá)到200Wh每公斤，每公斤也有所降低，2025年如果說一條線產(chǎn)能能夠達(dá)到8GWH，這是我們智能制造要努力的目標(biāo)，這里大概增長(zhǎng)8到10倍的可能。這個(gè)層面上，我認(rèn)為我們逐步在卷繞、疊片和組裝的效率上都有大幅度的提升，這是大規(guī)模智能化要解決的問題。從目標(biāo)的達(dá)成我個(gè)人認(rèn)為依賴于材料技術(shù)、電池技術(shù)、設(shè)備技術(shù)和智能控制技術(shù)的有效突破，才有可能實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)目標(biāo)。
簡(jiǎn)單規(guī)劃一下動(dòng)力電池制造的技術(shù)架構(gòu)。首先我們?cè)谠O(shè)計(jì)這個(gè)層面上怎么樣來解決，從正負(fù)極材料電解液，還有電池本身的設(shè)計(jì)，基于模型的設(shè)計(jì)和整個(gè)尺寸工藝，還有電池制造這一塊，包括工藝規(guī)劃、廠房規(guī)劃、工藝裝備研制和制造過程的仿真和虛擬生產(chǎn)，應(yīng)用這也一塊也要有一些突破，還有電池標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范其實(shí)不僅僅是電池本身，在我看來，我們制造標(biāo)準(zhǔn)更缺乏�，F(xiàn)在據(jù)我所知，電池的制造標(biāo)準(zhǔn)還不知道歸口到哪里。吉陽也是鋰電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家歸口單位，我們也在張羅這個(gè)電池設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)這一塊，希望業(yè)界共同來探討我們制造標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該歸口到哪里。未來我們希望能夠設(shè)備的互聯(lián)、在線數(shù)據(jù)的采集到系統(tǒng)集成的這樣一個(gè)過程，打造從產(chǎn)品的數(shù)字孿生、生產(chǎn)數(shù)字孿生到服務(wù)數(shù)字孿生。如果大家看過西門子的工廠和成都的西門子工廠，可以感受到數(shù)字化給我們整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來的重要作用。
簡(jiǎn)單來說，以前是一個(gè)1GWH到—8GWH到20GWH的過程，我們認(rèn)為現(xiàn)在電池制造合格率還90%，材料利用到89%—90%這樣一個(gè)范圍，主要問題我認(rèn)為缺少信息化和網(wǎng)絡(luò)化，還有無法實(shí)施大數(shù)據(jù)的優(yōu)化，所以電池制造過程我們做出來發(fā)現(xiàn)很多問題，我們不能夠?qū)崿F(xiàn)快速優(yōu)化，我認(rèn)為如果我們不采用這種網(wǎng)絡(luò)化和智能化的一些動(dòng)作，我們的生產(chǎn)線最多也就在93%到94%這樣的一個(gè)制造合格率。如果要真正實(shí)現(xiàn)更高的合格率，必須采取這樣的一些技術(shù)。
    大規(guī)模智造的目標(biāo)。首先型號(hào)要單一化。母產(chǎn)品作為大規(guī)模運(yùn)用的產(chǎn)品，必須強(qiáng)調(diào)單一化。有一些廠家提出多型號(hào)能多種可能，我個(gè)人認(rèn)為至少到現(xiàn)在為止還不是多品種的時(shí)代，對(duì)電池廠的建設(shè)來說就是考慮單一化的性靠。單一化生產(chǎn)線產(chǎn)能達(dá)到1—2GWh。目前我們定出的目標(biāo)大概制造合格率96%，材料利用率達(dá)到95%。這個(gè)指標(biāo)是產(chǎn)業(yè)里面比較重要的指標(biāo)，目前為止我調(diào)研下來，電池廠的制造成本每個(gè)Wh在0.25元左右，我們希望能耗降到0.12—0.13元的水平，三項(xiàng)第一個(gè)是折舊，第二個(gè)是能源，第三個(gè)是人工，以分錢單位來算的。目前過鎳電池企業(yè)的能耗成本在多少呢？每Wh0.05元左右，我們希望能耗能夠降到0.03元左右。從能耗指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、、環(huán)保指標(biāo)和數(shù)字化來解決整個(gè)制造過程的目標(biāo)。目標(biāo)的分解有以下幾個(gè)方面，第一個(gè)從整體設(shè)計(jì)、規(guī)劃分類，還有從高端的質(zhì)量入手，絕不是采取手工來解決的問題，我認(rèn)為動(dòng)力電池行業(yè)，任何企業(yè)如果考慮要用手工來解決制造過程的問題，我個(gè)人認(rèn)為門都沒有。還有從制造目標(biāo)來算，還有從數(shù)字化手段，我們引進(jìn)大數(shù)據(jù)的分析和零缺陷制造的分析，來解決這樣一些問題。
    整個(gè)動(dòng)力電池制造的評(píng)估指標(biāo)，這8大指標(biāo)作為評(píng)估任何一條動(dòng)力電池的生產(chǎn)線都是合適的，只是說我們把它定格到一個(gè)什么樣的水平，我們想以這八大指標(biāo)用來衡量一個(gè)動(dòng)力電池企業(yè)的生產(chǎn)優(yōu)秀水平，未來圍繞這8大目標(biāo)不斷優(yōu)化，是非常有意義的。其實(shí)目前我們的狀態(tài)，到2020年希望總體合格率能夠做到96%，這是材料利用率優(yōu)化的狀態(tài)。
    動(dòng)力電池的關(guān)鍵技術(shù)。首先，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池大規(guī)模智能化，首先要考慮全生命周期的自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)奪取，整個(gè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、制造過程和制造過程的連續(xù)一體化，我們看到佛山金銀河在這方面做了一些工作，對(duì)我們產(chǎn)業(yè)還是非常有意義的。鋰電制造過程怕水、怕人，這些東西我認(rèn)為都是非常有價(jià)值的，也是對(duì)行業(yè)非常有作用的。還有實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通互操作，所有這些優(yōu)化都要基于數(shù)字、基于網(wǎng)絡(luò)、基于全套算法。實(shí)現(xiàn)算法要自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，沒有這樣的網(wǎng)絡(luò)根本不可能。另外還有電池零缺陷制造的方法，在這方面其實(shí)國(guó)外很成熟，我們把它用在這個(gè)行業(yè)就可以了。動(dòng)力電池智能工廠總體歸九，包括材料配置設(shè)計(jì)、電池設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型和設(shè)備開發(fā)制造。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中一定要考慮智能化方面，從來料、過程、質(zhì)量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，追求實(shí)現(xiàn)智能化的設(shè)計(jì)。最后還有兩個(gè)目標(biāo)，環(huán)境設(shè)備，我們對(duì)環(huán)境要求很嚴(yán)，還有能耗設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)備行業(yè)對(duì)能耗設(shè)計(jì)關(guān)注還不夠，我們作為裝備制造企業(yè)一定要關(guān)注設(shè)備的能耗怎么樣，最佳能耗或者最佳的產(chǎn)能輸出怎么樣，我們每個(gè)Wh現(xiàn)在電耗5分鐘左右，未來希望降到2分錢、3分錢，能耗設(shè)計(jì)是很大的一個(gè)方面。
    設(shè)備互聯(lián)互通互操作的基本架構(gòu)，叫做CPS單元。網(wǎng)上都有一些介紹，大家有時(shí)間去看，怎么樣把每一個(gè)單元作為CPS單元來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通互操作。
    在數(shù)字化制造信息化系統(tǒng)方面的框架，西門子是考慮得最詳細(xì)的。要考慮整個(gè)電池設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的設(shè)計(jì)，叫做PLM。MES是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，還有物流系統(tǒng)，最后是ERP，我認(rèn)為這是一個(gè)智能制造和智能工廠的基本架構(gòu)，這樣一個(gè)架構(gòu)對(duì)于我們鋰電池企業(yè)來說大家可以追逐這樣的目標(biāo)，逐步完善各個(gè)環(huán)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造系統(tǒng)的智能化。
    智能化很重要的一個(gè)原則就是追溯，追溯應(yīng)該實(shí)現(xiàn)從材料到極片等，電池企業(yè)首先要做的第一步就是建立整個(gè)電池的追溯系統(tǒng)。零缺陷制造，我曾經(jīng)在不同的行業(yè)說到過，我們要實(shí)現(xiàn)質(zhì)量制造過程的工序閉環(huán)、局部閉環(huán)和整體閉環(huán)。工序閉環(huán)就是整個(gè)工序的內(nèi)部，比如厚度可不可以實(shí)現(xiàn)在線閉環(huán)。局部閉環(huán)比如厚度到卷繞的整齊度可不可以通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的閉環(huán)。整體閉環(huán)就是化存的數(shù)據(jù)比如容量我們希望把西格瑪值再壓縮20%，怎么樣實(shí)現(xiàn)，這三大閉環(huán)是對(duì)整個(gè)電池企業(yè)非常有價(jià)值。思想很簡(jiǎn)單，就是控制系統(tǒng)的閉環(huán)原理，所運(yùn)用的工具就是互聯(lián)互通互操作。舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子，從漿料的年度到厚度來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的過程，我們把厚度的一致性提高5%、10%，通過這樣的手段可以實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單來說，實(shí)施原則很簡(jiǎn)單，最重要的是從來料、漿料、涂布、張力、焊接、精度等實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化的過程。
    零缺陷制造的失效模式分析。從來料到極板制造到電芯制造到化成分容到模組，通過互聯(lián)互通來實(shí)現(xiàn)大約2000個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)電芯的失效模式分析和電池包的失效模式分析，這個(gè)框架整個(gè)電池的智能制造模型完全展現(xiàn)在這里，我們?cè)趺礃訉?shí)施這樣的一個(gè)過程。
    智能制造領(lǐng)域有一些準(zhǔn)確的領(lǐng)域，對(duì)于我們電池企業(yè)來說，我們認(rèn)為整個(gè)智能制造大概分成5個(gè)級(jí)，我把整個(gè)電池的發(fā)展規(guī)劃分成了四大步驟，現(xiàn)在我們大概處于初級(jí)智能的狀態(tài)，我們至少要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通，能夠狀態(tài)感知，能夠?qū)Ξa(chǎn)能、質(zhì)量、設(shè)備的診斷和產(chǎn)品追溯來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)過程如果要做得好的話，能夠做到90%以上的合格率。以前老的企業(yè)或者不具備數(shù)字化的電池制造工廠這個(gè)級(jí)別通過改道都應(yīng)該可以做到。后面的級(jí)別設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮整個(gè)電池企業(yè)，尤其在設(shè)備這一塊做一些考慮才能做到。最終我們希望真正做到能夠深度學(xué)習(xí)、優(yōu)化，來達(dá)到99%以上的合格率。這是電池制造的終極目標(biāo)，也是我們這個(gè)行業(yè)或者說電池制造人要去考慮的方方面面的內(nèi)容，也是我們要不斷努力才能達(dá)到的一些目標(biāo)。
    從關(guān)鍵措施來說，第一個(gè)就是數(shù)字化，來料的數(shù)字化。比如說粉料不斷往桶里加的時(shí)候，它的雜質(zhì)、成分、固含量方方面面影響電池的所有因素要實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，這個(gè)層面上，我個(gè)人認(rèn)為行業(yè)應(yīng)該有很大的距離，這可能也是我們實(shí)現(xiàn)的一個(gè)難度。第二實(shí)現(xiàn)設(shè)備的數(shù)字化，第三實(shí)現(xiàn)制造質(zhì)量和產(chǎn)能數(shù)字化，這個(gè)比較好，我覺得比較緊急的是網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件接口API標(biāo)準(zhǔn)。這里有一個(gè)公信力的問題或者大家愿不愿意做的問題。我們?cè)趺礃咏�立�?shù)據(jù)支點(diǎn)以及相關(guān)設(shè)備的內(nèi)容怎么樣做到公開化，讓大家都能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)，還有實(shí)現(xiàn)全生命周期的追溯，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，失效模式，MES系統(tǒng)和總體綜合設(shè)計(jì)。通過這樣的努力，我們2020年合計(jì)率達(dá)到96%，材料利用率達(dá)到95%，最后實(shí)現(xiàn)管控、優(yōu)化的目標(biāo)。
    首先從產(chǎn)品的品種上我們希望得到一定的減少，希望在整個(gè)國(guó)家只做10種左右的電池，當(dāng)然這是一種理想。第二是制造成本的目標(biāo)，還有一致性方面，用便易系數(shù)來表示整個(gè)電池的一致性。還有制造產(chǎn)能合格率和材料利用率，這些都是我們電池制造要考慮的問題，我們通過前面這些技術(shù)手段和技術(shù)方法能夠?qū)崿F(xiàn)的一些可能的目標(biāo)，也是我們要追求的目標(biāo)。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，整個(gè)中國(guó)電池從質(zhì)量、成本上都會(huì)得到有效的控制，達(dá)到一個(gè)很好的結(jié)果。
    我的報(bào)告就這些，謝謝！
 
(責(zé)任編輯：王杰)