2018年9月，BCG（波士頓咨詢公司）發(fā)布《電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)的未來》，在此本訂閱號(hào)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)全文進(jìn)行了翻譯，分享給大家，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)擴(kuò)散，更多內(nèi)容請(qǐng)移至文末下載。

正文

全球動(dòng)力電池的產(chǎn)量預(yù)計(jì)很快將高于全球動(dòng)力電池市場(chǎng)需求的40%左右，進(jìn)而給這個(gè)行業(yè)造成了巨大的價(jià)格壓力。動(dòng)力電池產(chǎn)量的增長速率遠(yuǎn)超過了需求增速，將會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池產(chǎn)品的價(jià)格不斷下降。

生產(chǎn)商必須降低生產(chǎn)成本

通過改進(jìn)工廠結(jié)構(gòu)、工廠數(shù)字化和工廠流程來向未來工廠過渡，電池制造商可以減少每千萬時(shí)電池組的成本約20%。除材料外的電池生產(chǎn)過程成本有望降低20～35%。采用數(shù)字技術(shù)可以降低成本，進(jìn)而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)研發(fā)新電池材料以及相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)。

每個(gè)利益相關(guān)者必須采取行動(dòng)來捕捉利益

電池制造商必須對(duì)現(xiàn)有的工廠設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)或者新建具有未來工廠概念的工廠。未來的電池工廠可以通過降低美國和西歐汽車制造商的抵岸成本，從而在2030年之前達(dá)到與燃料汽車進(jìn)行價(jià)格競(jìng)爭的水平。

電動(dòng)汽車的時(shí)代即將到來，電池將逐漸成為移動(dòng)的主要?jiǎng)恿碓?。為了獲得市場(chǎng)份額，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，電池生產(chǎn)商需要大幅提高生產(chǎn)能力。但是這一做法可能會(huì)造成整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)下滑。

BCG預(yù)計(jì)2021年，全球電池產(chǎn)量將高于需求量約40%，這將給電池價(jià)格造成巨大壓力。即便是新興的電池生產(chǎn)商也不得不通過大幅降價(jià)來獲取競(jìng)爭激烈市場(chǎng)中的銷售份額。電池生產(chǎn)商只有通過降低電池的生產(chǎn)成本，才能在確保利潤的前提下降低銷售價(jià)格。

BCG研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)能過剩的市場(chǎng)，提高電池生產(chǎn)的運(yùn)行性能是提高市場(chǎng)競(jìng)爭力的最有效途徑。電池生產(chǎn)商只有通過實(shí)施未來工廠的概念，利用工業(yè)4.0的技術(shù)來改進(jìn)工廠結(jié)構(gòu)和工廠流程，才能提高生產(chǎn)運(yùn)行效率。（參閱波士頓咨詢公司（BCG），《2016年未來工廠研究》）

通過向未來工廠轉(zhuǎn)型，電池生產(chǎn)商可以降低資本支出、日常開支同時(shí)提高收益率，從而可以降低每千萬時(shí)電池組的成本約20%。20～35%生產(chǎn)成本（不包括材料）的降低可通過電池生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)：電極生產(chǎn)、電池組裝、電池完成。其中，在電極生產(chǎn)過程中，通過縮短干燥時(shí)間，生產(chǎn)速率得以提高，同時(shí)生產(chǎn)設(shè)備的成本也相應(yīng)地降低。在電池組裝環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化參數(shù)設(shè)置提高了生產(chǎn)精度同時(shí)縮短了生產(chǎn)時(shí)間。在電池完成出廠中，通過縮短成型和老化的時(shí)間，資本花費(fèi)可以大大減少。

電池生產(chǎn)商和汽車制造商必須采取相應(yīng)的措施才能有效地降低這些生產(chǎn)成本。生產(chǎn)商可以對(duì)現(xiàn)有工廠的結(jié)構(gòu)和流程進(jìn)行數(shù)字化改造并設(shè)計(jì)成為未來工廠。對(duì)美國和西歐的電動(dòng)汽車制造商而言，電池未來工廠的實(shí)現(xiàn)將促使電動(dòng)汽車在2030年之前具備與傳統(tǒng)燃料汽車競(jìng)爭的價(jià)格水平。

低成本電池市場(chǎng)的需求正在迅猛增長

通過對(duì)電動(dòng)汽車的預(yù)測(cè)，我們估測(cè)了電池的市場(chǎng)需求。（電動(dòng)車引爆點(diǎn)：電動(dòng)化、自動(dòng)駕駛和共享出行—汽車行業(yè)的未來，BCG的焦點(diǎn)，2018年1月。）模型考慮了四種電動(dòng)車的電池容量要求和使用率，具體的假設(shè)如下：

中型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（MHEVs）有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)電池容量約為5kWh的小功率動(dòng)電動(dòng)機(jī)。我們假設(shè)到2030年，MHEVs將占全球汽車市場(chǎng)的15%。

混合動(dòng)力汽車（HEV）有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)電池容量約10kWh的中型電動(dòng)機(jī)，同時(shí)假設(shè)2030年的市場(chǎng)份額約13%。

插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有一個(gè)ICE和一個(gè)電池容量約為18kwh的大功率電動(dòng)機(jī)，假設(shè)2030年的市場(chǎng)份額僅為6%。

純電動(dòng)汽車（BEVs）有一個(gè)由大容量電池供電的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)不同的車輛類型，電池的容量最高可能達(dá)到110kWh，同時(shí)假設(shè)2030年，BEVs的市場(chǎng)份額將占14%左右。

BEVs將占電池容量市場(chǎng)需求的最大的份額。為了深入了解不同BEVs對(duì)電池的市場(chǎng)需求，我們對(duì)四種類型的BEVs及其電池容量進(jìn)行研究。

城市車。這種小型車通常適合在城市內(nèi)短途行駛。其電池可通過車庫或街道插座的標(biāo)準(zhǔn)電壓隔夜充滿。我們預(yù)測(cè)這一類型的汽車將在2030年占BEV市場(chǎng)份額的20%左右。

家庭轎車。這類車適合中程，城市間的行駛。電池需要通過高功率充電樁進(jìn)行充電，充電的時(shí)間大約30分鐘到60分鐘。預(yù)計(jì)將在2030年占BEV市場(chǎng)份額的40%左右。

高檔車。這類車是BEV中具有功率最大發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)車，其行駛路程可達(dá)到500英里。電池完全充滿將大約需要2個(gè)小時(shí)。充電15分鐘，至少可行駛125英里。預(yù)計(jì)這類車在2030年占BEV市場(chǎng)份額約25%。

自動(dòng)駕駛出租車。這類車將用于城市交通。先進(jìn)的車隊(duì)管理和適用于大功率電站的快充技術(shù)（10～15分鐘）可以允許行駛里程達(dá)到125英里。無人駕駛車將會(huì)賣給車隊(duì)管理公司，而不會(huì)賣給消費(fèi)者。同時(shí)我們預(yù)計(jì)2030年這類車占BEV市場(chǎng)份額的15%左右。

基于這些假設(shè)，電池的年需求量將從2017年的70千兆瓦時(shí)到2030增長到800～900千兆瓦時(shí)。

汽車制造商不僅需要更大的電池容量來滿足電動(dòng)汽車的需求同時(shí)也渴望更廉價(jià)的電池?，F(xiàn)階段行業(yè)的基準(zhǔn)水平表明，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)（包括電機(jī)、電力電子和電池組）將占BEVs成本的50%以上。相比之下，內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)僅占傳統(tǒng)汽車成本的16%左右。電池組（包括電池管理系統(tǒng)）占據(jù)整個(gè)車輛成本的35%左右，是主要的成本支出。因此，那些試圖降低BEVs成本的公司必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)：降低電池組的成本。

一個(gè)電池組由多個(gè)電池模塊構(gòu)成，而一個(gè)電池模塊通常又包含6～12個(gè)電池。其中，電池是成本最高的部件，約占電池組總成本的70%。現(xiàn)階段，盡管大多數(shù)大型汽車制造商將電池生產(chǎn)業(yè)務(wù)外包給電池生產(chǎn)公司，但是汽車公司內(nèi)部仍將繼續(xù)進(jìn)行電池的模塊和封裝。這是因?yàn)殡姵啬K和封裝是決定電動(dòng)汽車的行駛里程和充電速率的主要因素，而汽車制造商希望可以控制電池組使用和冷卻的空間。未來將會(huì)使電池組在汽車設(shè)計(jì)中更加重要。

規(guī)劃的產(chǎn)量將對(duì)價(jià)格造成壓力

為了通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)降低電池生產(chǎn)成本，主要的電池生廠在過去的一年里相繼宣布將增加產(chǎn)能。例如，中國電池制造商寧德時(shí)代宣布將在歐洲建立第一家動(dòng)力電池生產(chǎn)工廠地址選在了德國，而美國汽車制造商特斯拉（Tesla）則表示正在考慮在德國建立一家電池生產(chǎn)廠。隨著中國制造產(chǎn)能增長速度保持領(lǐng)先，未來超級(jí)電池工廠預(yù)計(jì)將在亞洲誕生。

到2021年，全球電池裝機(jī)總量將增加一倍以上。盡管全球?qū)?dòng)力電池的需求量大幅增長，但短期內(nèi)仍趕不上電池的計(jì)劃產(chǎn)量。預(yù)計(jì)到2020年全球大約有40%的電池產(chǎn)能將閑置，而在中國這一數(shù)字將超過60%。此外，許多新增生產(chǎn)電池設(shè)計(jì)的工廠很快將被淘汰。

為了充分利用電池廠的產(chǎn)能，電池生產(chǎn)商需要大幅降低電池價(jià)格。事實(shí)上，我們預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)價(jià)格將會(huì)減少50%以上。太陽能電池板行業(yè)就是一個(gè)典型的例子：2006年—2015年太陽能電池行業(yè)產(chǎn)能過剩35%導(dǎo)致其價(jià)格下跌了50%以上。

電池價(jià)格下降將導(dǎo)致制造成本相應(yīng)的減少，從而才可以確保生產(chǎn)利潤。截止到2021年，每千瓦時(shí)的成本將從2018年的195美元降至153美元。相比之下，2010年的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)生產(chǎn)商而言更有利，即2010年預(yù)測(cè)的2021年盈利生產(chǎn)成本為270美元/kWh。2018年的預(yù)測(cè)值已經(jīng)相對(duì)減少了28%。

基于當(dāng)前的預(yù)測(cè)，2021年中型電動(dòng)汽車電池組的價(jià)格將在7600～10700美元之間。在這一情景中，這種類別的電動(dòng)汽車和內(nèi)燃機(jī)車的差價(jià)將降至5000美元以內(nèi)，從而使得BEVs具有與內(nèi)燃機(jī)車競(jìng)爭的價(jià)格水平，尤其是考慮購置電動(dòng)車的稅費(fèi)減免政策。盡管低差價(jià)將促進(jìn)BEVs的使用，但是這并不能消除未來電池產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。

電池生產(chǎn)商必須找到由產(chǎn)能過剩所引起的價(jià)格壓力的對(duì)策。那么想要憑借創(chuàng)新產(chǎn)品進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的公司面臨著一個(gè)額外的挑戰(zhàn)，即在實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)之前，不得不應(yīng)對(duì)更低的價(jià)格。

解決方案：降低電池生產(chǎn)成本

由于電池約占電池組總成本的70%，因此電池生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)電池組降價(jià)目標(biāo)的最重要的一步。生產(chǎn)成本（不包括材料）占電池成本的30%至40%。（模塊和封裝成本不在我們的討論范圍內(nèi)）

電池生產(chǎn)成本通常采用生產(chǎn)成本與能量（kWh）的比值來表示。目前降低電池生產(chǎn)成本的兩種主要方式：提高制造精度和先進(jìn)的化學(xué)物質(zhì)來增加同等體積和質(zhì)量下的能量值（即為能量密度）同時(shí)應(yīng)用未來工廠的元素（這可以改進(jìn)工廠結(jié)構(gòu)和流程以及增加工廠數(shù)字化）來降低制造成本。這些方法同樣也可以用于電池模塊和封裝過程中，從而能夠在整個(gè)電池生產(chǎn)上降低成本。

目前這個(gè)行業(yè)主要關(guān)注于第一種方式。對(duì)于現(xiàn)階段的鋰電池技術(shù)，其對(duì)應(yīng)的電池能量密度在400WH/l-450WH/l之間。我們預(yù)測(cè)到2030年其能量密度將增加到650WH/l至700WH/l，這得益于生產(chǎn)精度的提高（能量密度增加150WH/l）和新型的化學(xué)材料（能量密度增加100WH/l至150WH/l）。然而由于傳統(tǒng)的制造工藝（繞卷）生產(chǎn)誤差比較大，因此這類工藝無法經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)上述兩種方式對(duì)應(yīng)的能量密度增加。

公司可以通過投資一種新的生產(chǎn)工藝（稱為堆疊）來生產(chǎn)高能量密度的電池。由于過高的資本需求，通過他們自身的創(chuàng)新來增加電池的能量密度將不足以拯救整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)。而且電池生產(chǎn)商在生產(chǎn)過程中并沒用充分重視數(shù)字化技術(shù)來降低生產(chǎn)成本。由于勞動(dòng)力成本僅占整個(gè)電池生產(chǎn)成本的較小部分，未來工廠的概念是降低生產(chǎn)成本的最有效方法。

為了確定未來工廠如何降低電池制造成本，三個(gè)主要的步驟需要了解，其中每個(gè)步驟又包括多個(gè)過程。下面，我們將重點(diǎn)介紹每個(gè)步驟所占的成本份額，主要的挑戰(zhàn)以及高成本過程。同時(shí)我們假設(shè)方形電電池將是電動(dòng)汽車電池組的主要設(shè)計(jì)（參見側(cè)欄“三種類型的電池設(shè)計(jì)”）電極生產(chǎn)。這一步約占電池生產(chǎn)成本的39%，其中陽極和陰極是分開生產(chǎn)但是其過程大體相似，這一步的面臨的主要問題是處理時(shí)間和產(chǎn)出率。在這一步驟中，涂層和干燥是最主要的成本因素。大體流程即為將活性材料漿料凃至薄金屬箔上，接下來通過干燥過程除去溶劑。其中干燥過程大約需要2至6分鐘，而這一過程具有高投資和高能耗的特征，因此是整個(gè)步驟成本最高的環(huán)節(jié)。此外，非計(jì)劃停工導(dǎo)致的機(jī)器停機(jī)時(shí)間也會(huì)引起成本大幅增加。

電池組裝。這一步大約占電池生產(chǎn)成本的20%。消除顆粒物的產(chǎn)生以及確保過程中的穩(wěn)定性可以有效防止內(nèi)部短路，進(jìn)而避免電池永久失活。主要的費(fèi)用源自于合成活性化合物。正如前文所訴，為了達(dá)到高能量密度，生產(chǎn)商須要在化合物的生產(chǎn)過程中采用堆疊技術(shù)。然而堆疊技術(shù)的復(fù)雜性以及必須緩慢處理化合物來確保精確性使其成為電池組裝成本的最大因素。

電池完成。這一步驟約占電池成本的41%，其中形成和老化是成本最高的過程，這也表明了加工時(shí)間和產(chǎn)出率是這兩個(gè)過程所面臨的挑戰(zhàn)。

在形成過程中，電池特性是通過多次充放電循環(huán)來建立的，這一過程是通過高昂的工作站完成，大約耗費(fèi)2～10小時(shí)。而在老化過程中，成品的電池將放置幾個(gè)周來確定是否存在微短路情況。在任何特定的時(shí)間，生產(chǎn)商可能需要將數(shù)十萬個(gè)電池存儲(chǔ)在倉庫中，而這些倉庫需要昂貴的環(huán)境控制和安全防范措施。因此，最大化生產(chǎn)率是這一階段的主要挑戰(zhàn)。

在未來工廠中，電池成本會(huì)下降20%

采用下一代數(shù)字技術(shù)可以讓電池工廠從工業(yè)4.0成熟的早期階段（運(yùn)行狀態(tài)透明）轉(zhuǎn)化成為最先進(jìn)的未來工廠設(shè)計(jì)（全自動(dòng)工廠）。電池每千瓦的總成本可以減少高達(dá)20%，高于由生產(chǎn)精度提高和化學(xué)材料改進(jìn)所節(jié)省的成本。生產(chǎn)成本（不包括材料）可在電極生產(chǎn)環(huán)節(jié)減少25%，電池組裝環(huán)節(jié)減少20%，電池出廠環(huán)節(jié)減少35%。此外，電池的能量密度將提高10～15%。（將未來工廠的概念應(yīng)用于模塊和封裝集成將進(jìn)一步提供降低成本的潛力，但這里并沒有考慮這一點(diǎn)。）

對(duì)降低成本特別有參考價(jià)值的四個(gè)未來工廠的案例：

預(yù)見性維護(hù)。預(yù)見性維護(hù)可以降低生產(chǎn)成本的7%至10%。由于計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃停機(jī)都會(huì)極大地影響各種過程成本，而這一方法可以降低電池生產(chǎn)每一過程的成本。這些停運(yùn)通常會(huì)使設(shè)備有效性降低5%到10%。其中影響最大的是涂層和干燥過程，其次是形成過程、材料的合成以及老化過程。智能檢測(cè)機(jī)器的狀態(tài)以及對(duì)預(yù)先修改參數(shù)設(shè)定可以預(yù)防非計(jì)劃停機(jī)同時(shí)延長運(yùn)行時(shí)間。智能化系統(tǒng)維修保養(yǎng)計(jì)劃可以優(yōu)化機(jī)器的運(yùn)行過程，從而可以減少計(jì)劃的停機(jī)時(shí)間以及維修時(shí)間，由此產(chǎn)生機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)間的增加使得生產(chǎn)商購置小容量的機(jī)器，進(jìn)而減少資本成本。這個(gè)技術(shù)需要用到監(jiān)測(cè)機(jī)器運(yùn)行的傳感器、工廠中的本地?cái)?shù)據(jù)分析平臺(tái)以及本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)。

材料加工過程。通過提高電機(jī)的生產(chǎn)效率，材料相關(guān)的加工過程（例如測(cè)量陰極材料漿料的實(shí)際組成以控制涂層和干燥過程）可使電池生產(chǎn)成本減少8%。傳感器測(cè)量材料質(zhì)量并提供實(shí)時(shí)反饋，以便機(jī)器可以調(diào)整過程，例如可以減少干燥時(shí)間，或改變壓延成型的壓力。除傳感器外，這項(xiàng)技術(shù)還需要本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析工具系列以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和機(jī)器控制系統(tǒng)之間的接口。

智能參數(shù)設(shè)置。在電池組成和完成階段采用智能化參數(shù)設(shè)置可降低電池的生產(chǎn)成本約10%。生產(chǎn)商可以利用電極涂層精度的數(shù)據(jù)來調(diào)整電極成型和材料合成過程中的參數(shù)設(shè)置，從而可以使復(fù)合公差的范圍由±1.0毫米減少至±0.1毫米。更高的精度會(huì)產(chǎn)生更高的能量密度，從而降低了每千瓦時(shí)的生產(chǎn)成本。生產(chǎn)商還可以根據(jù)實(shí)際的電極特性和電流電池參數(shù)來調(diào)節(jié)形成參數(shù)進(jìn)而縮短形成時(shí)間。資本支出的減少、電池容量的增加以及電池波動(dòng)減少這些都使得生產(chǎn)成本降低。而為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，生產(chǎn)商需要一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)工藝參數(shù)以及在相關(guān)工作站上進(jìn)行的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。此外還需要一個(gè)大的數(shù)據(jù)分析工具系列，實(shí)時(shí)連接到測(cè)量裝配參數(shù)設(shè)置的傳感器。

智能在線質(zhì)量控制。在電池完成過程中采用大數(shù)據(jù)分析來提高電池的質(zhì)量控制可以降低電池的生產(chǎn)成本約15%。這項(xiàng)技術(shù)需要測(cè)量整個(gè)生產(chǎn)鏈質(zhì)量的能力、大的數(shù)據(jù)庫（原生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫）以及一種支持實(shí)時(shí)分析的分析數(shù)據(jù)庫。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）向分析工具提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)輸入。所有的工廠都必須有MES，從而使得生產(chǎn)者可以分析制造參數(shù)和相關(guān)的質(zhì)量測(cè)量，而這些分析又有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)輸安全的全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。BCG研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)電池生產(chǎn)商認(rèn)為MES僅僅是一個(gè)成本因素而不具有收益潛力。然而，通過將MES與先進(jìn)的分析工具相結(jié)合，生產(chǎn)者可以極大地降低生產(chǎn)成本。

電池生產(chǎn)的每一步都可以從這些例子中獲益（參見示圖5）。

電極生產(chǎn)。在電極生產(chǎn)過程中，原材料成分的變化會(huì)產(chǎn)生大量的廢料。例如，材料漿料和涂層模具的變化都會(huì)導(dǎo)致電極形狀的中心線偏差，從而導(dǎo)致電極報(bào)廢。現(xiàn)階段，工廠主要通過增加電極的容差范圍來克服這一問題，但這又降低了電池的能量密度。

在未來工廠中，材料加工過程使用內(nèi)聯(lián)過程控制以使得機(jī)器主動(dòng)響應(yīng)中心線偏差。攪拌和涂層機(jī)器裝配有材料傳感器來確定活性材料漿料的成分，并通過干燥、切割、壓延成型機(jī)器站點(diǎn)的實(shí)時(shí)反饋對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。此外，壓延成型以及真空干燥過程中的智能參數(shù)設(shè)置將允許基于壓延前后測(cè)量的孔隙度和濕度進(jìn)行自我調(diào)整。這種自我調(diào)整可以使得生產(chǎn)商縮小電極的公差范圍進(jìn)而增加能量密度?？傮w而言，涂層和干燥過程的智能化控制可以使干燥時(shí)間縮短約40%。此外，未來先進(jìn)的機(jī)器人將替代人工操作的加載、設(shè)置和卸載任務(wù)來完成電極生產(chǎn)。

電池組裝。電池組裝過程中的精度直接影響了電池的能量密度。由于目前的裝配機(jī)器通常采用統(tǒng)計(jì)過程控制方法，不適合對(duì)幾何圖形的局部變化進(jìn)行調(diào)整，因此這限制了機(jī)器的精度，進(jìn)而降低了能量密度。在未來工廠中，在線檢查零件幾何尺寸的智能化參數(shù)設(shè)置可以提高裝配機(jī)器的精度，從而增加電池的容量。與采用固定參數(shù)設(shè)置的傳統(tǒng)裝配工藝相比，智能化參數(shù)設(shè)置可以提高電池容量約15%。

目前，裝配機(jī)器具有較高的可靠性，能夠生產(chǎn)出特定類型的電池、化學(xué)以及設(shè)計(jì)，這也意味著每當(dāng)生產(chǎn)一個(gè)新產(chǎn)品，生產(chǎn)商不得不對(duì)重新投資新的裝配機(jī)器，甚至還需要新建工廠。在未來工廠中，由智能化參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)指導(dǎo)和先進(jìn)機(jī)器人支持的模塊裝配機(jī)器可以生產(chǎn)出不同類型的電池，允許生產(chǎn)商可以在原有的生產(chǎn)線上制造出更多類型的電池—一種轉(zhuǎn)換不同類型電池生產(chǎn)的能力。新增的產(chǎn)品可以是如存儲(chǔ)等非汽車應(yīng)用的電池

電池完成。在未來工廠中對(duì)電池進(jìn)行裝配時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字孿生—包括組件規(guī)范和進(jìn)程內(nèi)質(zhì)量測(cè)量等數(shù)據(jù)在內(nèi)的電池的多維數(shù)字表示?；跀?shù)字孿生的電池裝配在線質(zhì)量控制可以極大地減少物理檢測(cè)站的數(shù)量。電解液的浸潤以及預(yù)充電的參數(shù)都是根據(jù)數(shù)字孿生所得到的特征自動(dòng)調(diào)整的。例如，電解液浸潤裝置可以根據(jù)電極生產(chǎn)過程所記錄的材料性能數(shù)據(jù)來調(diào)整浸潤過程中的壓力和電解液的流動(dòng)，從而縮短浸潤的時(shí)間。

目前工程師主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而不是物理關(guān)聯(lián)來設(shè)置形成工藝中的參數(shù)，造成所有電池的生產(chǎn)都采用相同的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。然而事實(shí)上由于每個(gè)電池會(huì)存在一定的允許誤差，因此固定的參數(shù)不利于電池性能的最優(yōu)化。而在未來工廠中，生產(chǎn)者通過分析數(shù)字孿生中的數(shù)據(jù)在電池形成工藝中設(shè)置相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，因此可以實(shí)時(shí)調(diào)整過程參數(shù)進(jìn)而優(yōu)化電池性能。此外，在電極生產(chǎn)和電池組裝過程中采用質(zhì)量控制技術(shù)最大可減少20%的電池形成時(shí)間。

通過智能在線質(zhì)量控制技術(shù)，記錄整個(gè)生產(chǎn)鏈的產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)，最大可將老化時(shí)間縮短80%。這種先進(jìn)的分析技術(shù)可以幫助生產(chǎn)者確定每個(gè)電池是否發(fā)生微短路的問題而無需通過物理測(cè)量手段。通過數(shù)據(jù)分析后質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的電池才會(huì)經(jīng)歷老化過程，即按需老化方法。由于這一方法可以有效的減少老化過程中的電池?cái)?shù)量，進(jìn)而減小倉庫空間及相關(guān)的設(shè)備。

即使在電池組投入使用后，數(shù)字化技術(shù)還可以發(fā)揮作用。例如，通過分析行駛電動(dòng)車的電池使用情況和電廠性能數(shù)據(jù)，進(jìn)而優(yōu)化電池的設(shè)計(jì)和制造工藝。

BatteryProducersMustRetrofitPlantsorBuildNewOnes電池廠家必須改造或新建智能工廠

這一步主要由工廠處于運(yùn)營還是規(guī)劃狀態(tài)來決定。

現(xiàn)有的工廠。考慮到將工廠4.0應(yīng)用到現(xiàn)有工廠所要面臨的挑戰(zhàn)，電池生產(chǎn)商應(yīng)該將設(shè)備的改造投資控制在初始資本的10%以內(nèi)。高的改造投資會(huì)導(dǎo)致長時(shí)間的停產(chǎn)，進(jìn)而提高改造的成本。相比之下，新建生產(chǎn)線可能更加經(jīng)濟(jì)。為了選擇并實(shí)施合適的技術(shù)，生產(chǎn)商應(yīng)該采取下列的措施：

評(píng)估包括數(shù)字化應(yīng)用程度在內(nèi)的工廠現(xiàn)狀并且確定生產(chǎn)鏈中成本最高的關(guān)鍵因素。

選擇可以解決成本問題的新數(shù)字化技術(shù)方案。

對(duì)已確定的方案進(jìn)行價(jià)值量化并排序：量化每個(gè)方案的潛在成本節(jié)省以及相關(guān)優(yōu)點(diǎn)。

建立技術(shù)方案示范點(diǎn)并制定詳細(xì)的實(shí)施路線。

規(guī)劃階段的工廠。對(duì)于處于規(guī)劃階段的工廠，生產(chǎn)商有更多的自由去全面打造未來工廠，下面的步驟有助于識(shí)別和獲得其價(jià)值：

價(jià)繪制值流程圖，對(duì)過程和成本自下而上進(jìn)行總結(jié)。

確保工廠計(jì)劃明確過程中所需的信息流以及采用高級(jí)分析所需的傳感器、機(jī)器控制和相關(guān)工具

工廠設(shè)計(jì)中應(yīng)詳細(xì)介紹工藝流程和物質(zhì)流以便為設(shè)備規(guī)范的指定和供應(yīng)商的選擇提供依據(jù)。

建立涵蓋工廠生產(chǎn)初始階段的詳細(xì)路線實(shí)施圖，并且向過程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)提供所需的工程測(cè)量和數(shù)據(jù)流信息。

AutomakersShouldSeizeaLanded-CostAdvantage汽車制造商應(yīng)該利用抵岸價(jià)格的優(yōu)勢(shì)

目前由內(nèi)燃機(jī)汽車的制造轉(zhuǎn)型為電動(dòng)車的制造是一個(gè)很難的過程。建立未來的電池工廠不僅可以促進(jìn)轉(zhuǎn)型，而且還有利于汽車制造商與專注于電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和制造的初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)行有效的競(jìng)爭。

如今，大部分電動(dòng)汽車制造商從已經(jīng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)廠家那里購買標(biāo)準(zhǔn)化電池。然而使用標(biāo)準(zhǔn)化電池會(huì)限制制造商對(duì)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了繼續(xù)保持競(jìng)爭力，汽車制造商需要針對(duì)不同車型規(guī)格定制不同的電池。例如可以通過增加電池壽命以及運(yùn)行范圍進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更好的車輛性能。

電池技術(shù)的進(jìn)步使得電池定制設(shè)計(jì)成為可能，同時(shí)未來工廠可以有效地降低定制電池的成本。事實(shí)上，我們預(yù)計(jì)2030年以后，電力動(dòng)力系統(tǒng)的專用化程度將超過現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。

汽車制造商應(yīng)該打破傳統(tǒng)的供應(yīng)商關(guān)系，與應(yīng)用尖端技術(shù)領(lǐng)先的電池生廠商建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，從而盡早從這些先進(jìn)技術(shù)中獲益。這種戰(zhàn)略伙伴關(guān)系可以幫助汽車制造商深入了解電池生產(chǎn)所面臨的挑戰(zhàn)，促使他們能夠參與開發(fā)新的技術(shù)解決方案。同時(shí)汽車制造商和電池生廠商之間的密切合作也將使得雙方能夠迅速調(diào)整生產(chǎn)工藝以適應(yīng)新的電池尺寸和化學(xué)成分，并將新的電池設(shè)計(jì)集成到車輛中。

從長遠(yuǎn)來看，汽車制造商建立自己的電池工廠來為未來的電動(dòng)車生產(chǎn)定制電池可能會(huì)經(jīng)濟(jì)一些。作為行業(yè)的基準(zhǔn)，每年10千兆瓦的產(chǎn)量可能是實(shí)現(xiàn)成本競(jìng)爭力所需規(guī)模效應(yīng)的下限。這對(duì)應(yīng)于每年約150000輛電動(dòng)汽車。根據(jù)最新的公告，很多大型汽車制造商正在努力實(shí)現(xiàn)在2030年前汽車年銷售量不低于100萬輛。在這樣的銷售水平上，電池內(nèi)部生產(chǎn)將會(huì)成為經(jīng)濟(jì)可行的。而且考慮到他們?cè)谂績?yōu)化生產(chǎn)上具有幾十年的經(jīng)驗(yàn)，從而使許多制造商也可以優(yōu)化電池的規(guī)模生產(chǎn)。

事實(shí)上，對(duì)于美國和西歐的汽車制造商而言，建立未來電池工廠（無論是供應(yīng)商還是他們自己）可以極大地降低抵岸成本從而可以在2030年之前實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車競(jìng)爭的價(jià)格水平。此外成本的降低也會(huì)使得這些制造商可以同中國和東歐的同行進(jìn)行競(jìng)爭。

中國和東歐現(xiàn)有以及正在建立的電池工廠沒有應(yīng)用未來工廠的概念，這為美國和西歐的汽車制造商創(chuàng)造了一個(gè)可以利用抵岸成本的優(yōu)勢(shì)。通過未來的電池工廠可以降低生產(chǎn)成本20%左右進(jìn)而減少資本支出、全時(shí)間的花費(fèi)以及能量消耗。由未來工廠帶來的成本節(jié)省將使得美國和西歐汽車制造商的抵岸成本比中國的低12%和17%。此外，西歐電動(dòng)汽車制造業(yè)的抵岸成本將比東歐的低。

通過應(yīng)用未來工廠，電池生產(chǎn)商可以消除由于產(chǎn)能過剩而導(dǎo)致的低價(jià)格并且有助于整個(gè)移動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的潛力。僅通過優(yōu)質(zhì)的電池化學(xué)材料無法挽救行業(yè)的經(jīng)濟(jì)，因此必須減少制造成本以確保盈利性。未來工廠涵蓋了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的技術(shù)和系統(tǒng)，可使成本降低20%。最先完成未來工廠實(shí)現(xiàn)盈利的生廠商將成為整個(gè)行業(yè)的領(lǐng)軍者。未來電池生產(chǎn)的競(jìng)爭將從今天開始。