编者介绍
致谢
译者序
绪论 迈向可持续、高质量的电池制造 // 1
第一部分 电池制造中的智能制造
第1章 电池制造过程概述 // 12
1.1 锂离子电池的兴起 // 12
1.2 电池制造的现状与挑战 // 13
1.2.1 电极制造 // 14
1.2.2 电池组装 // 17
1.2.3 最终步骤 // 17
1.2.4 模块和电池组装 // 18
1.2.5 航空电动化的现状 // 21
1.3 电池制造的成本因素 // 28
参考文献 // 29
第2章 实现智能制造的技术 // 32
2.1 概述 // 32
2.2 制造业数字化转型的定义 // 32
2.2.1 生产和制造的定义 // 32
2.2.2 数字化与自动化 // 33
2.2.3 整体数字化转型 // 33
2.2.4 电池生产的数字化转型概述 // 34
2.3 生产中数字化转型的技术和推动因素 // 34
2.3.1 信息物理系统 // 34
2.3.2 云计算 // 35
2.3.3 移动通信标准——5G // 35
2.3.4 人工智能 // 36
2.3.5 区块链 // 37
2.3.6 数字孪生 // 37
2.3.7 增强现实和虚拟现实 // 37
2.3.8 机器人和自动导引车（AGV） // 38
2.4 总结与展望 // 38
参考文献 // 39
第3章 电池制造的数字化现状 // 42
3.1 概述 // 42
3.2 方法 // 42
3.2.1 研究现状—科学文献分析 // 43
3.2.2 制造业现状—招聘广告分析 // 44
3.3 评估与解读 // 46
3.4 结论 // 48
参考文献 // 48
第二部分 电池制造业的数字化规划
第4章 电池工厂的数字化建设规划 // 50
4.1 数字化工厂的规划重点 // 50
4.2 工厂规划框架和制订者 // 51
4.3 规划电池工厂的侧重点和挑战 // 53
4.4 支持工厂规划的数字技术 // 55
参考文献 // 58
第5章 电池制造中的建模与仿真——概念与应用 // 60
5.1 多尺度生产模拟 // 60
5.1.1 材料尺度上的模拟 // 61
5.1.2 电池尺度上的模拟 // 62
5.1.3 系统级仿真 // 66
5.1.4 过程层面的模拟 // 67
5.1.5 生产链模拟 // 68
5.1.6 工厂建筑及其技术设备模拟 // 71
5.2 建模和仿真的分类 // 72
5.2.1 模型的分类 // 73
5.2.2 工业4.0中的仿真方法 // 76
5.3 多尺度模型耦合和交互 // 79
5.3.1 产品级多尺度模拟 // 79
5.3.2 过程级多尺度仿真 // 81
参考文献 // 84
第三部分 运行电池生产线中的数字化工具
第6章 完全可追溯性——在数字影子的框架内建立智能制造的基础 // 92
6.1 概述 // 92
6.2 数字影子的理论背景 // 93
6.2.1 理论概念、差异化和采用 // 93
6.2.2 一般结构概述 // 94
6.3 锂离子电池生产背景下的挑战 // 95
6.3.1 可追溯性系统 // 95
6.3.2 锂离子电池的具体单元可追溯性 // 96
6.3.3 锂离子电池生产中通过使用可追溯系统减少成本 // 97
6.4 电池生产的可追溯性概念 // 98
6.4.1 电池生产中的追踪物 // 99
6.4.2 鉴定技术和形态学分析 // 99
6.5 采用数字影子的可追溯性概念 // 102
6.6 识别技术的实施概念 // 104
6.6.1 第1组：浆料混合 // 104
6.6.2 第2和第3组：电极生产—涂敷和切割（线圈和副线圈部分） // 105
6.6.3 第4组：电池组装 // 106
6.6.4 第5组：最终加工 // 106
6.7 总结 // 106
参考文献 // 107
第7章 经典IT系统架构实现数字化的电池组装 // 109
7.1 概述 // 109
7.2 IT系统架构演变 // 110
7.2.1 自动化金字塔 // 110
7.2.2 工业4.0服务导向架构 // 111
7.3 电池组装 // 112
7.3.1 常规电池生产过程中的电池组装 // 112
7.3.2 电池制造中心—电池制造的实验室环境 // 112
7.3.3 电池制造中心电池组装操作顺序 // 112
7.4 服务导向型IT系统架构 // 113
7.4.1 方法 // 113
7.4.2 概念 // 116
7.4.3 实施 // 116
7.5 讨论 // 120
7.6 总结 // 120
参考文献 // 121
第8章 电池制造供应链管理的数字化理念 // 122
8.1 概述 // 122
8.2 数字化供应链管理的一般概念 // 123
8.2.1 计划流程数字化 // 125
8.2.2 来源流程数字化 // 125
8.2.3 生产过程数字化 // 126
8.2.4 交付流程数字化 // 127
8.2.5 返回流程数字化 // 127
8.3 原材料质量控制数字化 // 128
8.3.1 概念框架 // 128
8.3.2 原料质量特性 // 130
8.3.3 整合供应商信息 // 130
8.3.4 进货检验和过程监控 // 130
8.3.5 离线和在线概念的实施 // 131
8.4 结论 // 132
参考文献 // 132
第9章 服务于生产工人信息需求的视觉辅助系统技术评估 // 134
9.1 概述 // 134
9.2 技术发展水平 // 134
9.2.1 制造业的生产工人 // 135
9.2.2 电池制造过程 // 135
9.2.3 生产工人辅助系统的相关综述 // 136
9.3 评价视觉信息方法的途径 // 137
9.3.1 以人为本的设计过程 // 138
9.3.2 电池制造实例 // 138
9.3.3 使用要求 // 139
9.3.4 技术解决方案 // 140
9.3.5 评估技术方案的方法 // 140
9.4 结果 // 143
9.4.1 专家评估 // 143
9.4.2 总分的解释 // 144
9.5 结论与展望 // 148
参考文献 // 149
第10章 电池生产线环境的可持续性管理 // 153
10.1 概述 // 153
10.2 定义和问题陈述 // 154
10.3 电池制造碳核算现状分析 // 155
10.3.1 测量和比较电池制造系统二氧化碳的相关性 // 155
10.3.2 生命周期评估数据不足且数据质量不确定 // 155
10.4 基于原始数据的碳核算和最新技术 // 156
10.4.1 整合供应链的原始数据 // 157
10.4.2 在产品层面整合数据 // 158
10.5 可持续发展数据管理系统实现基于原始数据的生命周期评估 // 160
10.6 电池和车辆的生命周期能量标签 // 163
10.7 结论 // 163
参考文献 // 164
第四部分 使用数字化工具优化电池生产线
第11章 电池制造中的生产力和质量扩展模型 // 170
11.1 在线数据采集—用于质量控制和提高生产力的传感器集成 // 170
11.2 串联式电池生产 // 171
11.2.1 用于电池制造的传感器网络 // 172
11.2.2 质量和故障传播 // 173
11.3 总结 // 175
参考文献 // 175
第12章 电池生产中过程品质特性识别方法及适宜的测量系统 // 177
12.1 概述 // 177
12.2 研究议题 // 178
12.3 目前发展水平 // 179
12.3.1 工艺-结构-特征关系中的变量 // 180
12.3.2 过程相关变量的识别和选择 // 180
12.3.3 测量系统 // 182
12.3.4 现有技术总结 // 183
12.4 建立过程质量特征和适当测量系统程序的步骤 // 183
12.4.1 影响变量的识别和选择 // 183
12.4.2 合适测量系统的选择 // 187
12.5 结论 // 188
参考文献 // 188
第13章 通过数字网络化过程站实现电池生产的跨工艺稳定与优化 // 190
13.1 概述 // 190
13.2 锂离子电池和制造方法发展—理论背景 // 191
13.2.1 电化学存储系统 // 191
13.2.2 过程稳定与优化方法 // 192
13.2.3 机器间通信 // 192
13.3 研发方法 // 193
13.3.1 单个过程的开发方法 // 194
13.3.2 交叉过程方法 // 195
13.4 过程理解和系统分析 // 197
13.4.1 方法测试的系统边界 // 197
13.4.2 锂离子电池生产结构示例 // 197
13.4.3 过程阶段PA082和过程阶段PA082.1的分析和特征识别 // 199
13.5 个性化流程技术实现与建模 // 200
13.5.1 IT系统和控制技术体系结构设计 // 200
13.5.2 PA082过程部分数据模型 // 201
13.5.3 单个过程PA082过程建模 // 201
13.6 实验步骤与评价 // 201
13.7 跨过程方法的理论思考 // 203
13.7.1 PA090的分析与特征识别 // 203
13.7.2 PA090交叉方法过程建模 // 204
13.8 总结与展望 // 205
参考文献 // 205
第14章 生产线生产效率的分析和最大化—— 瓶颈识别和预测性维护 // 208
14.1 概述 // 208
14.2 停机时间和性能损失的根本原因分析 // 210
14.2.1 文献综述 // 210
14.2.2 概念 // 210
14.2.3 利用迁移学习方法进行高效建模 // 212
14.2.4 瓶颈分析的应用 // 212
14.3 预测性维护 // 214
14.3.1 文献综述 // 214
14.3.2 概念 // 214
14.3.3 识别预测性维护机器和部件的示例 // 216
14.3.4 预测性维护集成到维护过程中的示例 // 216
14.4 总结与展望 // 218
参考文献 // 218
第五部分 智能电池产品的生命周期优化
第15章 电池循环经济——定义、意义和报废策略 // 222
15.1 概述 // 222
15.2 电池循环经济—定义与意义 // 223
15.3 电池系统的寿命终结策略 // 225
15.3.1 再使用 // 226
15.3.2 再利用—调整应用场景 // 227
15.3.3 再制造 // 227
15.3.4 再循环 // 228
15.4 归纳与总结 // 229
参考文献 // 230
第16章 数字化——循环经济解决方案的驱动力 // 233
16.1 概述 // 233
16.2 数字化的定义和意义 // 234
16.2.1 CPS架构 // 236
16.2.2 物联网和云组件 // 236
16.2.3 数字孪生 // 237
16.2.4 可视化—AR和VR // 237
16.2.5 企业资源计划和制造执行系统 // 237
参考文献 // 238
第17章 智能测量——回收电池的测量评估 // 240
17.1 回收电池的生命周期优化使用 // 240
17.2 回收电池的评估—智能测量 // 240
17.3 电池电芯评估方法概述 // 241
17.4 不确定性管理 // 242
17.5 总结 // 242
参考文献 // 243
第18章 拆解——电池系统高效循环的要求 // 244
18.1 概述 // 244
18.2 拆解场景 // 246
18.2.1 拆解模式 // 246
18.2.2 拆解计划 // 249
18.2.3 电池系统的拆解场景 // 250
18.3 电池系统的拆解工厂 // 251
18.3.1 分类 // 251
18.3.2 网络 // 251
18.3.3 布局 // 252
18.4 结论 // 253
参考文献 // 253
第19章 电池回收——材料回收过程 // 255
19.1 概述 // 255
19.2 锂离子电池加工的一般类型 // 257
19.2.1 热加工 // 257
19.2.2 机械加工 // 257
19.2.3 火法冶金加工 // 257
19.2.4 湿法冶金加工 // 258
19.2.5 生物冶金加工 // 259
19.3 锂离子电池回收的工业应用加工路线 // 259
19.4 锂离子电池的一种新兴处理途径—直接回收 // 264
19.5 结论 // 265
参考文献 // 266
第20章 二次利用电池的商业模式 // 270
20.1 概述 // 270
20.2 商业模式的背景和使用 // 271
20.3 电池再制造的商业模式 // 271
20.4 电池再利用的商业模式 // 274
20.5 结论 // 278
参考文献 // 279
第六部分 展望
第21章 超越锂离子——全固态电池 // 286
21.1 自上而下：为什么是固态电池 // 286
21.2 粉末态固态电解质：界面接触挑战 // 287
21.3 制造固态电池的五个主要方案 // 288
21.4 混合方法 // 289
21.5 固体是什么 // 290
21.6 制造是固态电池的最大障碍 // 290
21.7 固态电解质的成本影响产品的选择 // 291
21.8 固态电池制造如何实现数字化 // 291
21.9 固态电池的进一步发展 // 292
参考文献 // 292
