WNEVC 2023 |宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家吴凯 ：电池极限制造与人工智能技术融合的实践与思考

12月7-9日，由中国科协、海南省人民政府协同相关国家部委共同主办的第五届世界新能源汽车大会（WNEVC 2023）在海南国际会展中心举办。

本次大会以“开放包容 合作融通 共同发展”为主题，汇集全球各国政产学研界代表共同就产业发展中战略与路径、热点与痛点问题开展对话、交流，凝聚共识，共同推动新能源汽车产业高质量发展。

12月8日，在以“加速重塑汽车产业新形态”为主题的主论坛上，宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家吴凯发表《电池极限制造与人工智能技术融合的实践与思考》主题演讲。

宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家吴凯

以下内容为现场演讲实录：

尊敬的各位领导、各位专家、各位来宾，大家好！我是宁德时代的吴凯，这次非常荣幸能参加2023世界新能源汽车大会，和各位专家一起交流、分享行业未来的一些思考。我汇报的主题是《电池极限制造与人工智能技术融合的实践与思考》，将分为三个部分，包括电池极限制造迎来新机遇、人工智能技术在极限制造中的应用，以及极限制造未来的思考。

随着新一轮科技革命日益兴起，电池极限制造迎来了新的发展机遇，我们先来看一看市场，在电动化全面加速的背景下，电池产业继续突飞猛进，今年虽然也面临了一些困难，但是我相信，电池应用场景非常广阔。数据显示我国11月份的新能源汽车渗透率已经接近40%，今年欧洲的新能源汽车渗透率大概在15%左右，美国趋于稳定，在9%的水平上。受益于此，电池产业大概率也将进入TWh时代。

电池大规模应用对电池的生产制造提出了更高的要求，传统制造业的6Sigma质量标准要求，是指每百万个产品当中允许有1-3个不良品。现在传统制造业已经是比较高的水平了，比如说手机行业、芯片行业都是在这个水平。电动汽车，一个电池包里面成百上千个电芯，电芯每一个单元叫做一个独立的安全单元，把成百上千个摆在一起，不是一个电芯6Sigma就够了，成百上千的电芯也需要达到6Sigma水平。一个单元，如果按6Sigma的要求，是无法满足新能源汽车要求的，针对这个安全要求，我们要进一步把它提高。

为此我们提出了极限制造概念：首先要有极高的生产效率，平均1秒要产生一个电芯，单线产能>10GWh，目前日韩企业现行的最高水平是3-4GWh；二是我们具有极高的柔性制造，一条产线，换品种，之前行业水平是20几天，我要把时间缩减到3天以内，这是为了快速满足越来越多新能源车企的个性化需求；三是需要极优的质量控制，一个系统达到PPM 1%是可以的，但是电池包里面有成百上千个独立的安全单元，对每一个安全单元来说，达到6Sigma是不够的，我们的要求是需要做到1/10亿的水平，也就是说10亿个电池单极中允许出现1-3个产品缺陷，我们也称之为PPB级的缺陷率。

在极限制造体系下，我们按照这个标准研究了多年，今天我们收获了行业仅有的两座灯塔工厂，其中一个标准是质量达到了灯塔工厂的要求，1/10亿缺陷率是一个重要标准。这个够不够呢？我们希望这个还能再继续进步，我们仍然希望向所有的零缺陷率再进步，在计算机视觉、机器学习、智能语音技术上进一步发展，把我们的极限制造体系进一步提升也有了这些关键手段。

近几年来，宁德时代做了很多电池制造技术与人工智能技术相结合的融合实践，跟各位再汇报一下。

首先，我们总结了电池制造的八大极端要求，列在屏幕上了，包括极精密要求、极快速度、极高一致性、极低缺陷率、极高柔性、极高安全、极低成本、极高清洁度。这八个难点，实现一个都不容易，打个比方，极高的清洁度，锂电池生产车间的洁净度和医院做手术要达到相当水平，但是面积不是一样的，大概有手术室的1000倍那么大，同时要解决这八个问题，难上加难。

锂电池制造属于极精密超高速的制造，制造装备性能直接决定电池质量，十年前我们全球基于消费电池的制造工艺设备，那时候我们公司还不叫宁德时代，就在这个行业里了，应该说对手机、笔记本电脑行业的质量要求完全可以满足，但是要达到动力电池高一致性的制造要求，还有一点距离。我国和日韩相比，在刚进入动力电池时，在这方面相对落后一些，包括先进装备长期被日韩封锁，进入宁德时代之后，我们先后研究了匀浆系统、激光焊接设备等系列动力电池高端制造装备，实现了国产化替代；我们也研制出了宽幅涂布装备和高速卷绕装备，设计开发了极耳装备等，关键设备全球领先，应该说填补了国际空白。

电池到现在依然是一个非标产业，宁德时代服务了全球几乎所有的主流车企，不同品牌车型所需要的动力电池在尺寸、性能、要求上不尽相同，为了满足敏捷且多元化的电池供应需求，我们创新了全流程、虚拟仿真加速柔性制造，我们利用计算机技术和虚拟现实技术，将实际生产工艺过程模拟成虚拟环境，以此来验证工艺流程可能性，及时发现潜在的问题，从而大幅提升生产效率。

缺陷检测是个难题，我们要达到<1/10亿的缺陷率，光设计和制造控制是一个关键点，这还完全不够，缺陷检测也是核心部分，在超高速的生产环境下发现材料表面上微米的缺陷是很难很难的。我们发明了照片微米级融合处理技术，定义了超过200大类工艺缺陷，构建了全球最丰富的动力电池缺陷数据库；我们还将AI图像缺陷检测引入到锂电行业，AI图像缺陷检测率通过不断学习和优化算法，提高检测的准确性和稳定性。

同时，宁德时代创建了全流程智能监测监控系统，以仿真可视化巡检代替人工巡检，全生产流程设置了超过6800个质量控制点，一条产线铺设4万余个图像传感器，全面监控生产设备，实时捕捉产品状态。在此基础上，运用AI图像算法对产品外观和尺寸的高精缺陷做出判断，提前预警问题，并迅速反馈，确保每一款产品出厂前均经过100多道检测工序，最大程度避免产品缺陷。

运维方面，我们构建了装备智能健康管理与预测维护系统，通过多种传感系统融合，识别出关键性能，预测准度大于98%，对关键设备可实现48小时提前预警，工程人员可以根据设备状态安排合理的维保，使我们的产线近乎零停线时间。同时检测各个设备可以降低人工巡检的工作量，因为有大量的数据可以快速排查哪些地方需要关注，精准地规划装备备品备件。这些运维，也为优化能效提供非常大的价值。

我们在朝着五个方向拓展。智能化方面，一系列智能系统的研发导入，实现生产从决策到执行整个过程的智能化，减少人员操作导致的不一致性，提高控制精度、效率，降低成本；安全质量方面，我们通过精益化物料、数字化工程、全流程质量追溯等手段，确保缺陷产品不出厂；针对低碳的要求，我们会积极采用绿电，从厂房到工艺、到设备，均大力推广节能降耗技术，循环使用各种能力，并通过综合能源管理系统对各方面能耗进行监控、分析，加快节能降耗新技术开发应用；另外，设备的一体化设计和标准化，以及工厂完全自动化，也是未来的方向。

当前，人工智能技术正在迅速发展，其强大的计算能力和智能分析能力，正在为电池制造带来巨大变革。宁德时代将以更加积极的心态去拥抱人工智能技术，用更好的电池产品助力全面自动化、全面智能化、全面绿色低碳化，为全球新能源事业贡献智慧和力量，谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）