儲(chǔ)能電池生產(chǎn)與裝配虛擬仿真軟件該實(shí)訓(xùn)室深度覆蓋動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)從原材料端到回收利用端的全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即材料合成、電芯制造、PACK 裝配、智能調(diào)度及回收利用五大核心領(lǐng)域，各環(huán)節(jié)緊密銜接，形成一個(gè)完整、閉環(huán)的模擬產(chǎn)業(yè)生態(tài)在材料合成領(lǐng)域，憑借優(yōu)良的虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生能夠深度鉆研三元正極材料（NCM）的共沉淀合成工藝以及磷酸鐵鋰（LFP）的可調(diào)控合成技術(shù)。

通過虛擬反應(yīng)釜和燒結(jié)爐等模擬設(shè)備，學(xué)生可精確操控諸如 pH 值、氨水濃度、攪拌速率、煅燒溫度曲線、氣氛組成等關(guān)鍵工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的精準(zhǔn)調(diào)控。例如，在三元材料共沉淀合成過程中，學(xué)生需將鎳鈷錳比例誤差嚴(yán)格控制在≤1.5%，在磷酸鐵鋰合成時(shí)，精準(zhǔn)調(diào)控煅燒溫度曲線，確保振實(shí)密度模擬誤差≤1.2% ，以此來優(yōu)化材料性能，滿足動(dòng)力電池高能量PACK 裝配環(huán)節(jié)，學(xué)生借助虛擬平臺(tái)，深入學(xué)習(xí)電池模組和電池系統(tǒng)的組裝、布線、熱管理以及電氣連接等關(guān)鍵技術(shù)。通過模擬實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景，學(xué)生能夠掌握不同規(guī)格電池模組的裝配工藝，了解如何優(yōu)化電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高電池組的安全性、可靠性和能量密度，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)動(dòng)力電池的需求。智能調(diào)度環(huán)節(jié)，依托優(yōu)良的儲(chǔ)能產(chǎn)品智能調(diào)度系統(tǒng)，學(xué)生可以接觸并掌握多種前沿的調(diào)度策略，如削峰填谷、需量管理、虛擬電廠（VPP）、V2G（車網(wǎng)互動(dòng)）等。借助基于 Q-Learning 的強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型，學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的電網(wǎng)負(fù)荷、電池狀態(tài)以及經(jīng)濟(jì)收益等多目標(biāo)要求，動(dòng)態(tài)優(yōu)化充放電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn) SOC（State of Charge，荷電狀態(tài)）控制精度≥97% 。這使學(xué)生具備應(yīng)對(duì)復(fù)雜電力市場(chǎng)環(huán)境和儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)度需求的能力，為未來參與智能電網(wǎng)和儲(chǔ)能項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)管理做好充分準(zhǔn)備。

回收利用環(huán)節(jié)，學(xué)生在虛擬回收車間中模擬執(zhí)行電池拆解、正極材料回收以及電解液無害化處理等工藝流程。通過嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，學(xué)生能夠熟練掌握電池拆解技巧，確保正極材料回收率≥98%，并實(shí)現(xiàn)電解液 100% 無害化處理。同時(shí)，通過模擬不同的回收工藝條件，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何優(yōu)化回收流程，提高資源回收率，降低環(huán)境污染，助力動(dòng)力電池行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，實(shí)訓(xùn)室部署了一套高精度虛擬仿真系統(tǒng)，并配備了一系列高性能硬件設(shè)施。其中包括 60 臺(tái)搭載 NVIDIA RTX A4500 專業(yè)顯卡的圖形工作站，其強(qiáng)大的圖形處理能力能夠流暢渲染復(fù)雜的虛擬場(chǎng)景和高精度的設(shè)備模型，為學(xué)生提供逼真的操作體驗(yàn)；10 套 HTC Vive Pro 2 VR 交互設(shè)備，配合 SteamVR 2.0 定位基站，實(shí)現(xiàn)了 10m×10m 范圍內(nèi)的精準(zhǔn)定位和 6DoF（六自由度）追蹤，精度可達(dá) ±1mm，結(jié)合 Teslasuit 全身觸覺套裝提供的溫度、電刺激反饋，讓學(xué)生獲得身臨其境的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)；2 節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器集群采用 Intel Xeon Gold 6248R 處理器，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，確保系統(tǒng)響應(yīng)延遲＜30ms，畫面刷新率≥90Hz，保證了虛擬仿真系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

通過構(gòu)建這樣一個(gè) “虛實(shí)融合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、安全可控" 的沉浸式教學(xué)平臺(tái)，該實(shí)訓(xùn)室不僅為學(xué)生提供了高度還原真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景的實(shí)踐環(huán)境，全面培養(yǎng)學(xué)生掌握從納米級(jí)材料合成到兆瓦級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)度的核心技能，滿足新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)高素質(zhì)技術(shù)人才的迫切需求，還為教師開展科研工作提供了有力的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)也能為行業(yè)技術(shù)人員提供專業(yè)的培訓(xùn)服務(wù)，為推動(dòng)我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及 “雙碳" 戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)重要力量。

1.2 具體目標(biāo)

1.2.1 技能培養(yǎng)目標(biāo)

材料制備能力：學(xué)生需熟練掌握三元正極材料（NCM）的共沉淀合成工藝，確保鎳鈷錳比例誤差控制在≤1.5% 的范圍內(nèi)；能夠精準(zhǔn)調(diào)控磷酸鐵鋰（LFP）的煅燒溫度曲線，使振實(shí)密度模擬誤差≤1.2% 。

電芯制造能力：學(xué)生要熟練完成圓柱形鋰離子電池的 12 道核心工序，包括勻漿涂布、卷繞裝配、注液化成等，保證工藝參數(shù)達(dá)標(biāo)率≥95%。

智能運(yùn)維能力：學(xué)生應(yīng)具備診斷 35 種典型電池故障（如析鋰、微短路、熱失控等）的能力，且平均修復(fù)時(shí)間≤25 分鐘。

回收利用能力：學(xué)生需規(guī)范執(zhí)行電池拆解流程，實(shí)現(xiàn)正極材料回收率≥98%，電解液無害化處理率達(dá)到 100%。

1.2.2 平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

軟件系統(tǒng)：配置圓柱形鋰離子電池制備仿真系統(tǒng)、三元正極材料生產(chǎn)虛擬仿真軟件、磷酸鐵鋰可調(diào)控合成仿真系統(tǒng)、儲(chǔ)能產(chǎn)品智能調(diào)度系統(tǒng)這四大核心模塊，支持多終端協(xié)同操作與數(shù)據(jù)互通。

硬件設(shè)施：部署 60 臺(tái)配備 NVIDIA RTX A4500 顯卡的高性能圖形工作站、10 套 HTC Vive Pro 2 VR 交互設(shè)備、2 節(jié)點(diǎn)的 Intel Xeon Gold 6248R 處理器服務(wù)器集群，確保系統(tǒng)響應(yīng)延遲＜30ms，畫面刷新率≥90Hz。

安全標(biāo)準(zhǔn)：通過 ISO 13849 功能安全認(rèn)證，配備急停按鈕、虛擬圍欄、直流電弧檢測(cè)器三重防護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)操作率。

第二章 可開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

2.1 基礎(chǔ)技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)

2.1.1 材料合成實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn) 1：三元材料共沉淀合成優(yōu)化：學(xué)生借助虛擬反應(yīng)釜，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) pH 值（11.5 - 12.5）、氨水濃度（0.5 - 1.5mol/L）、攪拌速率（200 - 600rpm），實(shí)時(shí)觀測(cè)前驅(qū)體粒徑分布（D50 控制精度 ±0.3μm）與元素比例均勻性（Ni:Co:Mn 偏差≤0.8%）。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成比容量預(yù)測(cè)報(bào)告（放電≥180mAh/g），并對(duì)不同配比（如 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 ）的電化學(xué)性能差異進(jìn)行對(duì)比分析。

實(shí)驗(yàn) 2：磷酸鐵鋰碳包覆調(diào)控：在虛擬燒結(jié)爐中，學(xué)生設(shè)置葡萄糖添加量（2 - 8wt%）、氣氛組成（Ar/H2 混合比）、升溫速率（2 - 5℃/min），通過電子顯微鏡仿真界面觀察碳包覆層厚度（1 - 10nm±2nm），分析導(dǎo)電率變化以及充放電效率（目標(biāo)≥92%）。

2.1.2 電芯制造實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn) 3：極片涂布厚度一致性訓(xùn)練：學(xué)生操作虛擬涂布機(jī)，設(shè)定走帶速度（10 - 30m/min）、漿料粘度（3000 - 8000mPa?s）、烘干溫度（80 - 120℃），利用激光測(cè)厚儀檢測(cè)極片面密度（目標(biāo)值 ±1.5g/m2）。系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)提示偏差原因（如漿料沉降或烘干不均），并生成工藝優(yōu)化建議。

實(shí)驗(yàn) 4：卷繞裝配精度驗(yàn)證：在虛擬卷繞機(jī)上，學(xué)生調(diào)整張力（5 - 15N）、對(duì)齊精度（±0.1mm）、卷針轉(zhuǎn)速（200 - 500rpm），通過 X 射線仿真檢測(cè)極片對(duì)齊度與隔膜褶皺率（合格標(biāo)準(zhǔn)＜0.05%）。對(duì)于未達(dá)標(biāo)的卷芯，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)標(biāo)記缺陷位置，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行返工。

2.2 高階創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

2.2.1 數(shù)字孿生與智能運(yùn)維

實(shí)驗(yàn) 5：電池產(chǎn)線數(shù)字孿生建模：基于 ANSYS Maxwell 與 COMSOL Multiphysics 耦合引擎，學(xué)生構(gòu)建 4680 電池產(chǎn)線三維模型，實(shí)時(shí)映射設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（振動(dòng)、溫度、電流）。通過調(diào)整虛擬產(chǎn)線布局（如機(jī)械臂路徑、檢測(cè)工位間距），優(yōu)化單線產(chǎn)能（目標(biāo)≥10GWh / 年），并生成投資回報(bào)率分析報(bào)告。

實(shí)驗(yàn) 6：儲(chǔ)能系統(tǒng)多目標(biāo)調(diào)度：在智能調(diào)度系統(tǒng)中，設(shè)置削峰填谷、需量管理、虛擬電廠（VPP）等 8 種運(yùn)行模式，動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電策略（SOC 控制精度≥97%）。學(xué)生需要平衡電網(wǎng)負(fù)荷、電池壽命、經(jīng)濟(jì)收益三要素，完成 24 小時(shí)調(diào)度模擬（響應(yīng)時(shí)間＜200ms），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)評(píng)估綜合得分。

2.2.2 回收與安全實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn) 7：熱失控連鎖反應(yīng)仿真：模擬電池過充（電壓＞4.3V）、高溫（＞60℃）、機(jī)械穿刺等場(chǎng)景，觀測(cè)熱失控傳播速度（5 - 15m/s）、氣體成分（CO、HF 濃度）與火焰擴(kuò)散范圍。學(xué)生執(zhí)行緊急斷電、隔離火源、啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)等操作，系統(tǒng)記錄響應(yīng)時(shí)間與處置完整性。

實(shí)驗(yàn) 8：正極材料綠色回收：在虛擬回收車間中，學(xué)生操作酸浸（H2SO4 濃度 1 - 2mol/L）、沉淀（pH 值 3 - 5）、煅燒（500 - 700℃）工藝，計(jì)算金屬回收率（Li≥95%、Co≥98%），并生成環(huán)境影響報(bào)告（碳排放≤10kg CO2/kg 材料）。