動力電池智能制造質量閉環

1縱向數據閉環

設備的智能制造水平可以分成４個層級：L1為邏輯控制與檢測級，設備具備基本結構，能夠滿足控制檢測和邏輯控制的需求，這個級別的制造合格率只有８８％左右；L2為工藝模型級，這個級別的設備通過導入工藝模型實現制造合格率的提升，這級的合格率可達97％左右，相當于4.5σ的水平；L3為工藝模型優化閉環級，這個級別的裝備實現了制造工藝的閉環，能夠修正設備的加工參數，從而保證制造合格率達到99.9％以上，相當于５σ的水平；L4為自學習循環提升級，此時的設備通過工藝積累判斷來料和工藝過程的變化，自動修正參數，實現更高質量的加工，可以保證99.99％以上的制造合格率，相當于６σ以上的水平。裝備智能化的總體要求如圖５所示。

圖５ 裝備智能化的總體要求

裝備是產業的核心，也是實現智能制造的基礎。首先，需要解決制造裝備本身的智能化問題。裝備實現智能制造的基本思路是應用閉環控制原理，并設置優化算法，以實現最優的控制目標。同時，需要應用閉環方法解決裝備制造產品過程中不同層級的優化問題。裝備控制閉環優化架構如圖６所示。

圖６ 裝備閉環控制優化層級架構

首先，是裝備底層的控制。這一層主要基于傳感器和邏輯控制，解決裝備本身的定位精度、效率及穩定性等問題。例如，卷繞機主軸和涂布箔材驅動軸的控制等。每臺設備都有很多這樣的控制環，這些控制環通常要求具有實時性。隨著制造精度和效率的不斷提高，對底層控制的閉環周期時間要求也越來越高，一般在毫秒級，有些甚至要達到微秒級。這一層對于設備的控制性能和產品制造質量而言是開環的。

其次，是工藝閉環層。在這一層，通過對設備材料來料參數、過程參數、環境參數和加工產品質量參數進行工藝閉環，可以保證該工序的質量閉環。工藝閉環的閉環周期一般在毫秒到幾十個毫秒。同時，工藝閉環也通過整體模型優化選擇實現整體制造過程的大數據閉環，也就是第三層閉環。

2橫向過程閉環

從來料到極片制造，再到電芯制造、化成分容和模組，通過互聯互通的方式，實現對大約3000個數據點的監測，這樣可以進行電芯和電池包的失效模式分析。動力電池制造質量閉環優化如圖７所示。

圖７ 動力電池制造質量閉環優化

動力電池制造過程復雜、工藝流程長。主要分為極片制造單元、電芯制造單元和電池包制造單元，全流程影響電池質量的關鍵控制點超過2000個，包括來料尺寸、黏度、固含量、張力、對齊度、溫度、濕度等。為了有效控制電池的生產質量，需要建立電池從原材料、電芯到電池包的全流程追溯體系，構造大數據質量閉環優化系統。首先，需要按生產工段分別建立極片制造、電芯制造及電池包制造的質量數據閉環系統，實現產線數據的閉環控制。在此基礎上，完成全流程數據的集成，實現完整的電池制造大數據分析與閉環系統。通過閉環反饋，持續優化，不斷提高電池制造從材料投入到電池包整體質量的橫向優化。