圖1.在面對(duì)不確定的市場(chǎng)壓力時(shí)，數(shù)字化是電池行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵。來(lái)源：西門(mén)子
在過(guò)去幾年里，全球的電池行業(yè)呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)。這一增長(zhǎng)不僅得益于電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的強(qiáng)勁需求，同時(shí)也關(guān)乎政府激勵(lì)電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新而實(shí)施的種種利好政策和舉措。在快速更迭的市場(chǎng)環(huán)境下，整個(gè)電池價(jià)值鏈面臨著全新挑戰(zhàn)。目前，電池產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)了全球電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)需求，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System, BESS）的產(chǎn)能也在急劇上漲，預(yù)計(jì)到2030年其規(guī)模將增長(zhǎng)5倍之多。
面對(duì)快速演進(jìn)的市場(chǎng)格局，企業(yè)必須積極創(chuàng)新，推動(dòng)新電池技術(shù)的商業(yè)化落地。與此同時(shí)，在電芯價(jià)格走低以及全球電動(dòng)汽車(chē)需求波動(dòng)不定的形勢(shì)下，還要確保盈利水平。專(zhuān)注于數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)增長(zhǎng)至關(guān)重要，其不僅能夠助力企業(yè)提前識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，還可以通過(guò)從設(shè)計(jì)到制造的仿真技術(shù)以及強(qiáng)大的數(shù)字連接，加快產(chǎn)品的入市速度。
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造
暫時(shí)的產(chǎn)能過(guò)剩使得制造成本在短期內(nèi)成為成功的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素——可占電芯總成本的四分之一，而高廢品率是這其中的主要問(wèn)題。對(duì)于初次進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)而言，廢品率可能高達(dá)40%甚至更高；而穩(wěn)定的大規(guī)模制造商的廢品率也達(dá)到了10%-15%。將廢品率降低幾個(gè)百分點(diǎn)，就意味著大規(guī)模電池制造商可以節(jié)省數(shù)十億甚至百億人民幣成本。
在不斷變化的電池市場(chǎng)中，企業(yè)需要采用以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造模式，以便收集和關(guān)聯(lián)機(jī)器與工廠的數(shù)據(jù)，并提取電池行業(yè)專(zhuān)屬的智能洞察，識(shí)別并解決影響廢品率和制造質(zhì)量的問(wèn)題。仿真技術(shù)為制造環(huán)節(jié)之間的相互協(xié)作提供指引。IT/OT融合為生產(chǎn)過(guò)程提供執(zhí)行層面的深刻洞察，同時(shí)支持跨車(chē)間的數(shù)據(jù)收集和關(guān)聯(lián)。當(dāng)與針對(duì)電池的特定數(shù)據(jù)分析以及AI/ML相結(jié)合時(shí)，可以在電池生產(chǎn)和老化之前快速識(shí)別有缺陷的電芯。這種快速解決問(wèn)題的方式不僅有助于降低機(jī)會(huì)成本，還能優(yōu)化更廣泛的制造流程。通過(guò)關(guān)聯(lián)不同問(wèn)題并加以解決，制造過(guò)程中的問(wèn)題得以有效處理。
大規(guī)模電池制造企業(yè)可以從試點(diǎn)階段開(kāi)始采用這一方法，以驗(yàn)證并優(yōu)化生產(chǎn)流程。這將顯著縮短生產(chǎn)規(guī)模化的時(shí)間，并降低資本投資的風(fēng)險(xiǎn)。
圖2.理解車(chē)間情況并不需要總是實(shí)地去到車(chē)間。數(shù)字化技術(shù)能夠幫助工程師遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。來(lái)源：Getty Images
電池技術(shù)的新進(jìn)展
鈉離子化學(xué)技術(shù)和固態(tài)電池架構(gòu)這樣的新技術(shù)亦能重塑電池行業(yè)。鈉離子電池化學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)使該技術(shù)在中國(guó)進(jìn)入早期商業(yè)化階段，適合續(xù)航里程短的小型城市車(chē)輛。汽車(chē)制造商如豐田、本田，以及如Quantumscape這樣的固態(tài)電池生產(chǎn)商也宣布了令人矚目的技術(shù)進(jìn)展與規(guī)模化生產(chǎn)計(jì)劃。此外，新的電芯直接集成到電池包設(shè)計(jì)(Cell-to-Pack)和電芯直接集成到底盤(pán)(Cell-to-Chassis)技術(shù)將成為提升電池能量密度的關(guān)鍵。通過(guò)全面的仿真和AI模型構(gòu)建的數(shù)字孿生技術(shù)，可以幫助企業(yè)評(píng)估眾多此類(lèi)概念并加速創(chuàng)新進(jìn)程。
技術(shù)創(chuàng)新同樣需要新的制造工藝，例如干電極制造技術(shù)。為了確保這些制造工藝的高質(zhì)量和成本效益，新的機(jī)器和生產(chǎn)流程必不可少。這需要材料開(kāi)發(fā)商、設(shè)備制造商和制造專(zhuān)家之間展開(kāi)緊密協(xié)作。機(jī)器的數(shù)字孿生技術(shù)以及隨后的虛擬調(diào)試，可以加速自動(dòng)化控制的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證并與這些新機(jī)器的數(shù)字孿生進(jìn)行對(duì)比。此外，生產(chǎn)工廠的數(shù)字孿生技術(shù)能夠讓企業(yè)測(cè)試、優(yōu)化和驗(yàn)證各種機(jī)器的功能并最大化提高生產(chǎn)效率。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的崛起
全球?qū)﹄姵貎?chǔ)能的需求正在快速增長(zhǎng)，這種增長(zhǎng)源于全球范圍內(nèi)推動(dòng)電網(wǎng)脫碳的可持續(xù)發(fā)展倡議。在未來(lái)幾年，耗電量巨大的AI訓(xùn)練和數(shù)據(jù)中心也可能成為電池儲(chǔ)能需求快速增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力。
圖3-現(xiàn)場(chǎng)電池儲(chǔ)能將在全球企業(yè)的脫碳戰(zhàn)略中發(fā)揮重要作用。來(lái)源：西門(mén)子
然而，BESS與電動(dòng)汽車(chē)電池有顯著不同，帶來(lái)了一系列獨(dú)特的挑戰(zhàn)。例如，一個(gè)1吉瓦時(shí)的BESS可能包含700萬(wàn)到900萬(wàn)個(gè)零部件，其中電芯數(shù)量達(dá)100萬(wàn)到150萬(wàn)個(gè)。這對(duì)供應(yīng)商協(xié)作、物料清單(BOM)管理、庫(kù)存管理和維護(hù)服務(wù)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。此外，BESS預(yù)期的使用壽命通常為20至25年。
這就要求電池設(shè)計(jì)與制造、熱管理策略以及電池管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面遵循嚴(yán)格的質(zhì)量要求。企業(yè)需要關(guān)注這些系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。采用數(shù)字化解決方案進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、制造和售后服務(wù)的企業(yè)將在滿足日益增長(zhǎng)的需求的同時(shí)，確保BESS的安全性和可靠性。
契合電池護(hù)照考核標(biāo)準(zhǔn)
歐盟監(jiān)管機(jī)構(gòu)規(guī)定，到2027年2月，任何用于工業(yè)或電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用且容量超過(guò)2kWh的電池必須配備數(shù)字電池護(hù)照。中國(guó)也在穩(wěn)步推進(jìn)電池護(hù)照的體系建設(shè)。2024年4月，中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合寧德時(shí)代等單位共同發(fā)布了《中國(guó)電池?cái)?shù)字護(hù)照體系白皮書(shū)》。
電池護(hù)照的要求為電池價(jià)值鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，從原材料到成品，引入全新的報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于滿足電池護(hù)照的數(shù)據(jù)要求以及追蹤電池在檢查、維護(hù)或轉(zhuǎn)移給其他方時(shí)的歷史記錄至關(guān)重要。要高效地實(shí)現(xiàn)這一切，并確保知識(shí)產(chǎn)權(quán)不受威脅，需要一個(gè)強(qiáng)大且安全的數(shù)字化平臺(tái)以及可靠的合作伙伴。
過(guò)去十年間，電池行業(yè)的發(fā)展為市場(chǎng)帶來(lái)了機(jī)遇與創(chuàng)新，但要實(shí)現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)，企業(yè)需要變革其工程設(shè)計(jì)和制造方式。隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的新需求激增、電動(dòng)汽車(chē)需求的不斷攀升、電池價(jià)格的快速下降以及新電池技術(shù)的不斷突破，取得成功的關(guān)鍵在于通過(guò)全面的數(shù)字孿生技術(shù)、IT/OT融合、數(shù)據(jù)分析以及生成式AI實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的運(yùn)營(yíng)，投資研發(fā)創(chuàng)新的電芯化學(xué)技術(shù)和更新的電池架構(gòu)，尋求多元化的應(yīng)用。
（作者Puneet Sinha系西門(mén)子數(shù)字化工業(yè)軟件高級(jí)總監(jiān)兼電池行業(yè)全球負(fù)責(zé)人）
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