【案例】能源电池制造过程中的全流程数字化智能制造技术

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第 13 卷 第 4 期 2024 年 4 月 Vol.13 No.4 Apr. 2024 储 能 科 学 与 技 术 Energy Storage Science and Technology 能源电池制造过程中的全流程数字化智能制造技术 范 龙，张 研 （黄河水利职业技术学院机械工程学院，河南 开封 475004） 摘 要：全流程数字化智能制造技术是能源电池制造过程中极为关键的技术手段，其安全性越高，能源电池所能 存储能量信号的质量水平就越高。为促进能源电池对能量信号的高质量存储，针对能源电池制造过程中的全流 程数字化智能制造技术展开研究。分析能源电池生产工艺的具体实施流程，并以此为基础，设计核心储能部件， 再分别从能量转化效率、能源存储质量等多个方面，研究全流程数字化智能制造技术在能源电池中的应用情况。 关键词：能源电池；全流程数字化；智能制造；生产工艺；储能部件 doi： 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0275 中图分类号：TP 278 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2024）04-1356-03 The whole process digital intelligent manufacturing technology in the energy battery manufacturing process FAN Long, ZHANG Yan (Department of Mechanical Engineering, Yellow River Conservancy Technical Institute, Kaifeng 475004, Henan, China) Abstract: The whole process digital intelligent manufacturing technology is a crucial technical means in the manufacturing process of energy batteries. The higher its safety, the higher the quality level of energy signals that energy batteries can store. To promote the high quality storage of energy signals in energy batteries, the whole process digital intelligent manufacturing technology in the manufacturing process of energy batteries was studied. The specific implementation process of the energy battery production process is analyzed, and on this basis, the core energy storage components are designed. The application of the whole process digital intelligent manufacturing technology in energy batteries is studied from the aspects of energy conversion efficiency and energy storage quality. Keywords: energy battery; digitalization of the whole process; intelligent manufacturing; production process; energy storage components 随着能源结构的转型，能源电池制造行业正在 面临着前所未有的挑战和机遇。为了满足能源市场 对高安全性、高性能水平、低生产成本电池元件的 需求，全流程数字化智能制造技术成为了生产与制 造过程中的关键因素。未来光伏、风电等新能源装 机占比将快速提升，可再生能源的消纳问题亟待解 决 [1]。在能源电池制造过程中，全流程数字化智能 制造技术涵盖由材料采购到仓储物流等各个加工环 节，在先进数字化工具和软件技术手段的支持下， 企业组织既可以对能源电池生产数据进行实时监 􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀦄 􀤄􀤄􀤄􀤄􀦄 􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀤄􀦄 􀤄􀤄􀤄􀤄􀦄 储能系统与工程 收稿日期：2024-03-29；修改稿日期：2024-04-10。 基金项目：河南省职业院校省级骨干教师培育计划（2022241）。 第一作者及通信联系人：范龙（1985—），男，硕士，副教授，主要研究方向为机械制造工程，E-mail：fllf666@163.com。 引用本文：范龙, 张研. 能源电池制造过程中的全流程数字化智能制造技术[J]. 储能科学与技术, 2024, 13(4): 1356-1358. Citation：FAN Long, ZHANG Yan. The whole process digital intelligent manufacturing technology in the energy battery manufacturing process[J]. Energy Storage Science and Technology, 2024, 13(4): 1356-1358. 第 4 期 范 龙等：能源电池制造过程中的全流程数字化智能制造技术 控，也能够针对电池元件的储能特性优化具体生产 流程，而这些都是提高能源电池应用可靠性的必要 条件。 1 能源电池生产工艺流程 能源电池生产工艺流程由设备通电、能量信号 转化、能源存储三部分组成，其具体生产流程如图 1所示。 外界供能设备通过消耗电能或者燃烧燃料的方 式，提供集中供能，这些能量信号在聚能装置中经 过汇聚与过滤处理后，反馈至下级能量消耗单元之 中。能源存储就是将外界供能转化为可供能源电池 存储的电能信号，再以负载电压或负载电流的形 式，将其存储于固定储能设备之中。 当前，大量电池储能以接入配电网为主，但配 电网层所配置的储能同样影响着全网的能量调度 [2]。 若经过存储处理后，能源电池中处于传输状态的只 有电能信号，而能量转化的目的，就是将这些电能 信号转化为资源信号，以便于电池元件的消耗与利 用。电池通电后，传输电子快速集聚，表示当前情 况下，能源电池已经存储了大量的能量资源。 为保证能源电池对能量资源的稳定存储，在完 成电力上料后，电池元件还必须进行电力测试，以 确保已存储能源信号能够以电力信号的形式输出。 2 能源电池的全数字化流程设计 能源电池的全数字化流程包括蓄能设备、能量 转化设备与数字化系统。 （1）蓄能设备。蓄能设备同时接收外部供能装 置提供的电力传输信号、由电信号转化而来的能量 信号，在能源电池持续储能的过程中，该设备始终 保持连续开放状态，且已被存储的能源信号可被电 池元件直接利用。 （2）能量转化设备。能量转化设备可进行间接 储能。对于能源电池而言，其运行过程中会消耗大 量的电力信号，而这些信号一部分被电池元件直接 消耗，另一部分则转化为能量资源直接存储于电池 元件之中，因此能量转化效率也会影响能源电池的 实时储能情况。 （3）数字化系统。在能源电池数字化系统中， 电池系统通常由电芯串并联构成。这些电芯通过特 定的串并联方式组成电池箱，再由电池箱串联组成 电池组以提升系统电压，最终通过并联提升系统容 量，并集成安装在电池柜内。能源电池数字化系统 还涉及储能变流器等关键设备。储能变流器是一种 能量转换单元，能够将电池的直流电转换为三相交 流电，支持并网及离网两种运行模式。 （4）核心储能模块。能源电池储能过程中，蓄 能设备、能量转化设备、数字化系统分别运行，由 于蓄能模块存在于储能元件中间部分，在确保供能 稳定的前提下，蓄能设备、能量转化设备之间可以 进行能量交换。灵活性资源能对电源出力或负荷需 求进行调节，有效平抑系统净负荷波动，因此新型 能源电池制造对灵活性资源的需求愈加凸显 [3]。完 整的能源电池核心储能部分模块结构如图2所示。 对于蓄能设备储能标准的计算参考公式(1)。 电力上料 电力测试 OK 电力输出 电力堆叠 NG 电池通电 能量信号转化 能源存储 电子集聚 电信号输入、能 量信号输出 储能设备 能源集中供应 外界供能设备 能源电池供 电 图1 能源电池生产工艺流程图 Fig. 1 Energy battery production process flow chart EMS储能控制器 储能控制 开关 能源电池 模组 蓄能模组 直流储能断 路器 能源信号逆 变器 储能控制装 置 蓄能设备 能量转化 设备 数字化系 统 电芯 电池 系统 电池 柜 图2 能源电池核心储能部分的结构简图 Fig. 2 Schematic diagram of the core energy storage part of the energy battery 1357 2024 年第 13 卷 储 能 科 学 与 技 术 S= 1 2 ∑ v = 1 τ = 1 | |a2 τ + a2 v β·f· | | ∆D -1 (1) 式中，τ为电力传输信号标记参数，υ为能量信 号标记参数，aτ为电力传输信号存储向量，aυ为能 量信号存储向量，ΔD为能源电池的单位储能总量， f为能量资源导流系数，β为储能参数。 对于能量转化设备中能源信号实时转化效率的 计算参考如下表达式： K = lgj( | | j·g 2 H + 1) (2) 式中，l̇ 为能源电池的实时储能特征，j为能量 资源转化向量，g 为电能消耗向量，H 为能量资源 的标准转化系数。 3 全流程数字化智能制造技术在能源 电池中的应用 全流程数字化智能制造技术在能源电池制造过 程中具有广泛的应用，主要表现在如下几个方面： （1）能量资源的数字化存储。通过数字化工具 和软件，能源电池的储能过程逐渐向全面数字化的 方向发展，电力资源等多种不同的能源信号能够在 电池元件中大量存储，其电池元件自身的蓄能水平 也会出现一定程度的提升。 （2）能源存储流程的智能化。全流程数字化智 能制造技术能对能源电池的生产过程进行实时监 控，不但可以及时发现不安全的能源存储问题，避 免对电池元件的蓄能水平造成影响；还能促进能量 资源的快速转化，突出能源电池的实际应用优势。 （3）安全性提升。整个能源转化过程中，极有 可能发生漏电或泄电行为，无论哪一种情况都会影 响能源电池的储能情况。特别是从电源、电网等单 一主体的角度出发，难以适应共享模式下的多主体 多目标需求，因此亟需研究兼顾多方利益诉求的数 字化储能协同规划方法 [4]。在全流程数字化智能制 造技术的支持下，电池元件的安全性水平大幅提 升，各类能源信号能够在能源电池中长期存储，这 也使得电池元件的应用安全性得到了保障。 （4）定制化生产。在全流程数字化智能制造技 术的作用下，能源电池的储能行为更加趋近于定制 化，已被存储的能源信号能够满足不同的供能需 求，且整个制造过程中，能量资源的存储稳定性极 强，蓄能设备不会表现出超载运行或低功率运行。 4 结论与展望 在能源电池的制造过程中，全流程数字化智能 制造技术发挥了至关重要的作用，通过该项技术手 段，能够实现由原材料到电池成品的全流程监控与 优化，不断提高产品的质量与生产效率，有效降低 生产成本，避免浪费。 从技术角度来看，全流程数字化智能制造不仅 涵盖了各项先进的数字化软件与工具，更突出强调 了数据驱动的监控与决策能力。通过实时收集与分 析数据信息，相关组织机构能够及时发现并解决潜 在性的储能问题，从而在优化生产流程的同时，提 高能源电池的应用可靠性。 此外，全流程数字化智能制造技术还有助于实 现能源电池的定制化生产，满足不同的储能需求。 通过快速调整制造参数与能源配置情况，单位机构 可以快速响应能源市场变化，进而提升能源电池的 适用范围。 总之，全流程数字化智能制造已经成为能源电 池制造过程中的重要发展方向，通过技术手段的创 新与发展，将进一步提高能源电池的智能化与数字 化水平，为能源结构的发展与转型作出更大贡献。 参 考 文 献 [1] 高赐威, 王崴, 陈涛. 基于可逆固体氧化物电池的电氢一体化能源站 容量规划[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(17): 6155-6170. 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