直擊CATL動力電池產(chǎn)線
電芯激活的過程——化成
化成是對注液后的電芯進行激活的過程,通過充放電使電芯內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成SEI膜(SEI膜:是鋰電池首次循環(huán)時由于電解液和負極材料在固液相間層面上發(fā)生反應(yīng),所以會形成一層鈍化膜,就像給電芯鍍了一層面膜。),保證后續(xù)電芯在充放電循環(huán)過程中的安全、可靠和長循環(huán)壽命。將電芯的性能激活,還要經(jīng)過X-ray監(jiān)測、絕緣監(jiān)測、焊接監(jiān)測,容量測試等一系列“體檢過程”。
化成工序當(dāng)中還包括,對電芯“激活”后第二次灌注電解液、稱重、注液口焊接、氣密性檢測;自放電測試高溫老化及靜置保證了產(chǎn)品性能。
所有制造好后的每一個電芯單體都具有一個單獨的二維碼,記錄著出生日期,制造環(huán)境,性能參數(shù)等等。強大的追溯系統(tǒng)可以將任何信息記錄在案。如果出現(xiàn)異常,可以隨時調(diào)取生產(chǎn)信息;同時,這些大數(shù)據(jù)可以針對性地對后續(xù)改良設(shè)計做出數(shù)據(jù)支持。
單個的電芯是不能使用的,只有將眾多電芯組合在一起,再加上保護電路和保護殼,才能直接使用。這就是所謂的電池模組。
電池模組(module)是由眾多電芯組成的。需要通過嚴格篩選,將一致性好的電芯按照精密設(shè)計組裝成為模塊化的電池模組,并加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置。CATL的模組全自動化生產(chǎn)產(chǎn)線,全程由十幾個精密機械手協(xié)作完成。另外,每一個模組都有自己固定的識別碼,出現(xiàn)問題可以實現(xiàn)全過程的追溯。
從簡單的一顆電芯到電池包的生產(chǎn)過程也是相當(dāng)復(fù)雜,需要多道工序,一點不比電芯的制造過程簡單。
上料
將電芯傳送到制定位置,機械手自動抓取送入模組裝配線。
在寧德時代的車間內(nèi)從自動搬運材料到為設(shè)備喂料100%實現(xiàn)了自動化
給電芯洗個澡——等離子清洗工序
對每個電芯表面進行清洗(CATL寧德時代采用的是等離子處理技術(shù)保證清潔度)。這里采用離子清潔,保證在過程中的污染物不附著在電芯底部。
為什么要采用等離子清洗技術(shù)?原因在于,等離子清洗技術(shù)是清洗方法中最為徹底的剝離式清洗方式,其最大優(yōu)勢在于清洗后無廢液,最大特點是對金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料等都能很好地處理,可實現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。
等離子清洗過程
將電芯組合起來——電芯涂膠
電芯組裝前,需要表面涂膠。涂膠的作用除了固定作用之外,還能起到絕緣和散熱的目的。CATL寧德時代采用國際上最先進的高精度的涂膠設(shè)備以及機械手協(xié)作,可以以設(shè)定軌跡涂膠,同時實時監(jiān)控涂膠質(zhì)量,確保涂膠品質(zhì),進一步提升了每組不同電池模組的一致性。
電芯的涂膠過程
給電芯建個家——端版與側(cè)板的焊接
電池模組多采用鋁制端板和側(cè)板焊接而成,通過機器人進行層壓和端板、側(cè)板焊接處理。
線束隔離板裝配
焊接監(jiān)測系統(tǒng)準確定位焊接位置后,綁定線束隔離板物料條碼至MES生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng),生成單獨的編碼以便追溯。打碼后通過機械手將線束隔離板自動裝入模組。
線束隔離板的安裝過程
完成電池的串并聯(lián)——激光焊接
通過自動激光焊接,完成極柱與連接片的連接,實現(xiàn)電池串并聯(lián)。
下線前的重要一關(guān)——下線測試
下線前對模組全性能檢查,包括模組電壓/電阻、電池單體電壓、耐壓測試、絕緣電阻測試。標準化的模組設(shè)計原理可以定制化匹配不同車型,每個模塊還能夠安裝在車內(nèi)最佳適合空間和預(yù)定位置。
每個電池包包含了若干電池單元,與連接器、控制器和冷卻系統(tǒng)集成到一起,外覆鋁殼包裝。通過螺栓自動固緊,由電氣連接器相連,即使發(fā)生故障,僅需更換單獨的模組即可,不必更換整個電池組,維修工作量和危險性大大降低,更換模組僅需把冷卻系統(tǒng)拆解,并不涉及其他構(gòu)件。
其實,電動汽車從最初的設(shè)計階段就要通過各種方法,最大程度保證安全性。然而,再完美的設(shè)計還得經(jīng)過實踐測試的考量。在寧德時代,只有成功通過這些磨練的電池產(chǎn)品,才能被放行使用。
590攝氏度火燒測試
590攝氏度火燒電池是什么概念?我們知道金星的地面溫度是464攝氏度,在這樣的高溫下,鉛、鋅等金屬材料早已熔化。但是,電池組卻要在這樣的高溫下進行“生存”挑戰(zhàn)。
在安全性能方面國家的標準是外部燃燒130秒,電池不起火、不爆炸。然而,作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)CATL寧德時代卻有著更高的要求,不僅做到了外部燃燒130秒后電池依然可以正常工作,的國家標準,更達到了在590攝氏度的情況下連續(xù)燃燒1小時后,電池依然沒有爆炸危險。
連續(xù)21小時振動試驗
在日常用車當(dāng)中,免不了要通過一些顛簸路面,電池產(chǎn)生的振動可能會引發(fā)質(zhì)量不過關(guān)的電池產(chǎn)品固定不良,零部件松動,甚至外殼破裂最后引發(fā)安全失效的等情況。
所以我們需要模擬車輛震動對電池包產(chǎn)生的影響。振動臺用來模擬電池包在實際使用中會遇到的顛簸路況,環(huán)境箱用來提供不同的溫度環(huán)境,充放電機則用以提供充放電的實際工作情況。這三部分組成了帶溫度帶負載的振動測試系統(tǒng),真實模擬了實車使用時的情景。
寧德時代的一座推力20噸的振動臺,用來模擬電池包在實際使用中會遇到的顛簸路況,但其振動強烈程度更甚于實際路況。在試驗中,電池包一秒鐘要被振動200下,而電芯模組則要被振動2000下。更加嚴苛的是電池包需要在-30℃至60℃的環(huán)境條件下,連續(xù)隨機振動21小時,這樣可等效模擬數(shù)十萬公里的行車疲勞情況。
加速度達到100G的撞擊測試
與振動試驗類似,沖擊測試用以測試電池包的機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,其模擬車輛通過路障時,瞬間顛簸對電池包結(jié)構(gòu)的沖擊。此外,在更換電池的過程中有萬分之一的幾率遇到電池跌落的情況。所謂不怕一萬就怕萬一,CATL寧德時代將電池從1米高度進行自由落體測試,且保證各項功能依然正常。
在寧德時代的沖擊測試中,最高加速度可高達100G。要知道一般人的心臟承受的最大加速度為50G。而目前有記錄的,人體能承受的加速度極限約為40G。在如此強烈的加速度沖擊下,電池包依然運行正常。
最貼近真實事故的擠壓測試
擠壓測試用于模擬電池在交通事故時受到擠壓的情況,隨著電池變形程度的增加,正負極集流體會首先被撕裂。在短路點產(chǎn)生非常大的電流,熱量集中釋放,引起短路點的溫度急劇上升,因此很容易引發(fā)熱失控,進而引起起火或爆炸。
與現(xiàn)實車禍事故最為貼近的擠壓測試
在擠壓測試找那個電池包外殼出現(xiàn)了明顯的變形,內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞,電芯被內(nèi)部零部件刺破,出現(xiàn)高壓短路,造成熱失控。對于擠壓測試的通過標準一般是不起火、不爆炸。而寧德時代的電池產(chǎn)品,甚至可以再擠壓變形的情況下,繼續(xù)正常工作。
在寧德時代的擠壓試驗中,施加給電池包的力是十噸。12米大巴車重量為7噸,加上乘客和行李的重量接近10噸,也就是說這至少可以模擬一輛12米大巴車撞擊時的擠壓。
結(jié)束語:
自此經(jīng)過數(shù)不清的復(fù)雜加工工藝和檢測測試流程,一塊印有CATL LOGO的成品車用電池單元終于誕生了,但是對于質(zhì)量的把控來說這并沒有結(jié)束,為了把控在日常使用時的質(zhì)量和品質(zhì),所有的成品電池和電芯都有自己獨一無二的編碼,如果未來那塊電池甚至那顆電芯出現(xiàn)故障,可以追溯到那條生產(chǎn)線甚至那一批原料。對于電池這種帶有一定危險性的產(chǎn)品來說,質(zhì)量永遠是最重要的一環(huán)。
目前CATL已經(jīng)形成了從原料的開采到后期回收,一套完善的鏈條體系。而與寶馬、奔馳等國際企業(yè)的合作關(guān)系,再次證明了其產(chǎn)品的優(yōu)勢。產(chǎn)品的穩(wěn)定性和好口碑,是取勝的關(guān)鍵,但在新能源行業(yè)當(dāng)中逆水行舟不進則退,未來需要不斷推出有市場競爭力的產(chǎn)品,才能始終挺立在業(yè)界最高峰。
責(zé)任編輯:繼電保護
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