电池工厂建设的原则与流程

储能电池工厂建设的基本原则

储能电池制造工厂建设主要考虑满足电池性能条件下，电池制造的安全、合格率、效率、系统的柔性及建成的速度，以快速适应市场的需求，带来最大的经济效益。

储能电池大规模生产的条件

为了满足储能电池快速增长的市场需求，如何保证储能电池的大规模生产是目前需要重点考虑的问题。高质量、高安全性、低成本——这是行业一直以来对储能电池生产的追求，也是保证大规模生产的关键。

综合考虑目前的电池技术、材料、装备的保障能力，动力电池大规模智能制造应满足如下基本条件：

• 生产型号单一化：单产线生产的尺寸规格型号1-2个；
• 整线制造能力：4GWh以上，单台设备的产能不小于0.5-1.0GWh；
• 制造合格率：96%以上 ；
• 材料利用率：95%以上；
• 制造成本：0.08-0.1元/Wh；
• 安全控制、环境、环保指标、能耗指标控制优化措施；
• 来料数字化、过程数字化、设备网络互连、大数据优化。

制造合格率分解

储能电池电芯工厂主要分为六大模块，储能电池设计的首要任务是在选择合理的电池结构后，针对合格率指标，根据制程控制的难易程度和可能达到的目标，将总体合格率目标按照核心影响因素原则分解到各大模块，确定模块的关键产品特性KPC（Key Product Characteristics）的工序能力（CPK），再进一步把CPK分解到模块内的核心工序，这是从上到下的分解。

再根据各个工序工艺方法的关键控制特性KCC (Key Control Characteristics) 可能达到的工序控制能力CPK值和设备投入进行综合分析，总体核算整线设备投入、各个工序控制点CPK的保证能力、可靠性、稳定性，达到设备投入与制造质量的最优化。储能电池制造合格率分解如下图所示。

储能电池制造合格率目标分解

在设备规划时一般根据工序质量控制的难易程度及产线投入成本进行CPK综合分解平衡，反复迭代优化到最佳设计。即同样的投入，达到最佳的质量；或者保证质量要求前提下最少的设备投入，同时还要考虑设备和产线的综合输出产能。

由于这些设备是由各个不同的厂商提供的，采用的也是多种不同的协议和标准，面向各种不同的应用要求。因此智能工厂集成不仅需要将不同厂家提供的不同产品结合在一起，还要有科学的方法让它们能够互连、互操作，不产生冲突。更为重要的是，整个系统要达到系统性能最优、成本最低、生产产品的质量最好、同时将来容易扩充和维护。

储能电池生产设备选择原则

（1）设备选择原则
储能电池生产设备的选择应遵循以下几个原则：技术先进性、生产适应性、经济合理性、相互兼容性、人机友好性。

（2）设备综合选择
装备是提升制造合格率和制造效率的，设备投入影响设备的质量，电芯制造的合格率也就高，如下图所示，纵轴代表成本（设备投入成本，合格率变化带来成本改变），横轴代表合格率，图中曲线①为设备投入曲线，设备投入增加，合格率也提升；曲线②由于合格率提升带来成本损失减少；③为曲线①与②的合成，可以看出曲线③表示设备投入增加，合格率提升综合成本逐步下降，但随着设备投入增加，合格率提升有限，降低废品损失的程度也逐步减少，因而综合成本会逐步上升。总之，设备的投入与成本有一个最优点，这个点就是设备投入的最佳选择。

① 设备投入曲线 ② 制造不合格导致的质量损失 ③ 综合成本曲线
合格率与设备投入、制造损失

智能工厂设计流程

智能工厂的规划建设是一个十分复杂的系统工程，如何设计锂电池智能工厂也是一个难题，需要进行详细的分析与规划，经过详细的项目方案评审，再到方案的落地以及设计。智能工厂的设计流程如下图所示。

智能工厂设计流程

储能电池智能工厂的规划设计一般分6个步骤进行。
1）智能工厂的总输入是企业的发展战略。
2）首先要做详细的市场调研、分析，确定项目产品的应用领域。
3）根据识别出的需求，站在智能工厂的高度，对企业的组织、管理模式、业务流程、技术手段、数据开发利用等进行诊断和评估。
4）根据产品定位以及工厂目标,进行电芯的产品设计,设计电芯的基本参数。
5）项目方案评审，包括对项目投资预算和方案可行性进行评审。
6）确认项目的项目方案和实施计划，落实总项目和分项目的负责人和团队。
总体设计思路如下图所示。

智能工厂设计思路

主流程为根据电池性能要求，进行材料选择配置设计，电池设计，工艺设计，设备选型，设备开发制造。其他为辅助设计流程。