中國儲能網(wǎng)訊：中汽協(xié)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年前11個月國內(nèi)新能源汽車?yán)塾?jì)生產(chǎn)42.7萬輛，銷售40.2萬輛，比去年同期分別增長59.0%和60.4%。新能源市場的火爆，也間接導(dǎo)致動力電池行業(yè)整體出貨量的水漲船高，2016年鋰電池市場迅飛猛進(jìn)，我國動力電池出貨量已經(jīng)躋身國際領(lǐng)先行列，然而對于普通消費(fèi)者而言，汽車動力電池的研發(fā)制造一直充滿神秘色彩，近日寧德時(shí)代向工場菌敞開了大門。工場菌也得以借此機(jī)會為大家展示安全可靠的汽車動力電池是怎樣研發(fā)和制造出來的。
寧德時(shí)代（CATL）是？
開篇之前跟各位科普一下，寧德時(shí)代新能源科技控股有限公司（下文簡稱:CATL），是國內(nèi)唯一一家為國際品牌乘用車提供動力電池的企業(yè)，公司為寶馬、大眾、北汽、吉利、長安、上汽、長城等國內(nèi)外車企提供動力電池方案，華晨寶馬X1混動版、吉利帝豪EV、北汽EU260等車型上搭載的均是寧德時(shí)代的產(chǎn)品。2015年CATL車用鋰電池出貨量位居全球第三，另外需要說明的是寧德時(shí)代自2011年成立至今，一直保持著零安全事故的記錄。
CATL目前每年投入銷售總額的5%用于技術(shù)研發(fā)，涵蓋材料、產(chǎn)品、工程設(shè)計(jì)、測試分析、智能制造、信息系統(tǒng)、項(xiàng)目管理等領(lǐng)域。寧德時(shí)代還設(shè)立了研發(fā)中心，斥資4億元引進(jìn)154類、1500多臺國際一流水平的儀器設(shè)備，具備材料、電芯和電池系統(tǒng)的全面分析和測試能力。
今年9月，總投資100億元的CATL鋰離子電池長三角生產(chǎn)基地在江蘇中關(guān)村科技產(chǎn)業(yè)園開工，這是寧德時(shí)代繼寧德、西寧之后的第三個生產(chǎn)基地。項(xiàng)目建成達(dá)產(chǎn)后，將形成年產(chǎn)10GWH動力儲能及鋰離子電池的生產(chǎn)能力。
安全是一家電池企業(yè)核心
安全是CATL的第一理念，這里的安全指的是電池全生命周期安全。一是全過程，從電池的量子動力學(xué)仿真分析出發(fā)，從機(jī)理分析、電池材料選擇和設(shè)計(jì)、電芯設(shè)計(jì)、電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)到制造全過程都必須進(jìn)行安全管控。二是全方位，電池系統(tǒng)安全包括電氣安全、功能安全、機(jī)械安全和化學(xué)安全。
好的電池系統(tǒng)產(chǎn)品主要依賴三大關(guān)鍵技術(shù)，電芯技術(shù)、成組技術(shù)和BMS技術(shù)。電芯決定是否安全的“基因”，成組技術(shù)提供電池系統(tǒng)強(qiáng)壯的身體，BMS管理技術(shù)提供電池系統(tǒng)“智慧的大腦”。
優(yōu)秀的設(shè)計(jì)驗(yàn)證是安全的前提
電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，通常需要經(jīng)歷模擬仿真、測試評估等環(huán)節(jié)。隨著電池行業(yè)的日益擴(kuò)張，電池的測試也越來越被重視。通過仿真測試，能夠非常有效地減少測試時(shí)間，在設(shè)計(jì)初期便可發(fā)現(xiàn)問題并提出改進(jìn)方案。
仿真覆蓋微觀到宏觀，內(nèi)容包括量子動力學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、產(chǎn)熱分析、防熱失控、熱場分布、模態(tài)、振動疲勞、沖擊、石擊等。
CATL通過電化學(xué)仿真、熱和流體仿真、結(jié)構(gòu)仿真來識別設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、評估性能和可靠性指標(biāo)。這些方法對保障產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量、，縮短開發(fā)周期，以及滿足客戶技術(shù)需求都起了非常重要的支持作用。
耐用是動力電池另一大重要指標(biāo)
在保障電池的可靠性方面，電池企業(yè)通常會利用海量數(shù)據(jù)結(jié)合測試結(jié)果分析失效模式和失效率。根據(jù)失效率的“浴盆曲線”模型，所有的產(chǎn)品在早期失效率會比較，使用中期失效率會下降，到晚期老化時(shí)又會升高。CATL作為電池廠家，盡力把產(chǎn)品的早期失效控制在出廠前，使用戶在使用期間的失效率最低，在老化衰老期失效率增加時(shí)，電池系統(tǒng)依靠診斷、預(yù)測指導(dǎo)維護(hù)使用，最終使動力電池壽命達(dá)到最高。
為了科學(xué)有效評估電池的使用壽命，CATL建立了一套成熟的壽命預(yù)測模型。通過3個月的測試數(shù)據(jù)，可預(yù)測電池包系統(tǒng)十年甚至更長的使用壽命。CATL 2011年投入使用的純電動大巴，累計(jì)行駛18萬公里，實(shí)際能量壽命衰減落在95%的置信區(qū)間。
安全測試必不可少
除了科學(xué)的安全理念、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_發(fā)流程，一套完整的測試驗(yàn)證體系在保障電池包安全時(shí)同樣必不可少。CATL的產(chǎn)品不僅按照國家標(biāo)準(zhǔn)通過了針刺、火燒、電化學(xué)、高壓、碰撞以及極端寒冷、極端炎熱等試驗(yàn)，還通過了C-NAS認(rèn)證。同時(shí)，因汽車電子設(shè)備的電磁兼容性能在國內(nèi)日益受到重視，CATL耗資千萬建立了電磁兼容實(shí)驗(yàn)室以應(yīng)對在自主研發(fā)過程中遇到電磁兼容技術(shù)難題。
目前，CATL動力電池測試中心具備美國、德國、國產(chǎn)的門類齊全的先進(jìn)電池檢測設(shè)備。測試中心可依照國家頒布的電動車電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，歐美日等發(fā)達(dá)國家的國際標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，世界主要汽車企業(yè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試?？梢詫Ω鞣N規(guī)格的電池單體、電池模組、電池包電池系統(tǒng)進(jìn)行測試評價(jià)，包括電池性能測試、壽命測試、環(huán)境可靠性測試、安全測試等，測試能力覆蓋范圍最廣。 2017年，CATL將建成國家級的工程研究中心。
智能制造 提高產(chǎn)品一致性
對于動力電池而言，單體比能量提高僅僅是性能優(yōu)越的一方面，更重要的是所有單體電池的高度一致性，要提高產(chǎn)品一致性，智能化、自動化的生產(chǎn)模式必不可少。CATL已經(jīng)投資數(shù)十億元建立智能化、自動化產(chǎn)線，該產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了高度的自動化。
工場菌在參觀工廠中看到，CATL的工廠使用了大量的高科技機(jī)器人、在線檢測設(shè)備和信息追溯系統(tǒng)，車間內(nèi)的AGV自動搬運(yùn)材料和為設(shè)備喂料，機(jī)械手自動拆盤碼盤，RGV輸送線來回穿梭于庫房和線邊，中控系統(tǒng)指導(dǎo)每個子設(shè)備智能有序的完成裝盤、掃碼、檢測、分揀……這種生產(chǎn)模式極大地降低了人員情緒作業(yè)、疲勞作業(yè)和動作失誤對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，實(shí)現(xiàn)了工廠的自動化、智能化、數(shù)字化、高效化。
鋰離子的工藝非常復(fù)雜，工序非常繁多，而且每道工序?qū)﹄姵氐男阅芏加杏绊?。整個制造過程需要對環(huán)境控制。采取高精度和穩(wěn)定的設(shè)備，對電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格而有效的監(jiān)控控制，減少電池的差異性，從而提升電池的質(zhì)量。智能化的生產(chǎn)線不僅能夠提高動力電池的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，為企業(yè)節(jié)約成本和生產(chǎn)周期，還能最終破解動力電池“一致性”的難題。
CATL有一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)預(yù)警安全隱患，使產(chǎn)品安全的問題大大的減少。這套監(jiān)控系統(tǒng)配合CATL整個售后服務(wù)市場、市場追溯包括未來的梯次利用，保證了產(chǎn)品全生命周期實(shí)時(shí)監(jiān)控和安全維護(hù)。
未來中國主流的新能源汽車是什么樣？
寧德時(shí)代總裁黃世霖在接受采訪時(shí)向我們表示，他眼中的未來中國主流的新能源乘用車應(yīng)該是純電為主，每部車搭載40kWh左右的電池，10-15分鐘即可充滿，充一次電可以跑300公里。傳統(tǒng)燃油車一桶的油跑500-600公里，電動車充一次電可以跑300公里以上，未來充電站的分布跟加油站的密度差不多，大家買電動汽車的積極性會提高。只要這幾個指標(biāo)都能實(shí)現(xiàn)，并且有較好的運(yùn)營模式，電動汽車跟傳統(tǒng)燃油車相比便很有競爭力，另外電動汽車維護(hù)保養(yǎng)比傳統(tǒng)燃油車少很多，電機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)也更簡單，他對電動汽車的未來充滿信心。
得益于國內(nèi)一流電池技術(shù)，CATL僅用5年間就已成為中國電池的領(lǐng)軍企業(yè)之一，并且海外知名汽車客戶的認(rèn)可。目前，寧德時(shí)代是中國唯一走出國門為外資豪華車企品牌供貨的動力電池企業(yè)，也是國內(nèi)唯一可以與日韓競爭對手對標(biāo)的企業(yè)。嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的技術(shù)研發(fā)和測試、智能化的生產(chǎn)工廠，成績的背后工場菌更多的看到的是這家電池制造企業(yè)背后的堅(jiān)持和付出，以及要做世界一流動力電池的企業(yè)的決心。
