讓世界看到中國速度 寧德時(shí)代打造零事故電池

伴隨著國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，加上政策的扶持，國內(nèi)動(dòng)力電池行業(yè)正成為新的“風(fēng)口”，資本不斷涌入，其中不乏混水摸魚者。當(dāng)前中國動(dòng)力電池企業(yè)雖多，但產(chǎn)能普遍低下，且大多數(shù)企業(yè)技術(shù)實(shí)力薄弱、研發(fā)能力差，呈現(xiàn)小而散的格局，能與國外電池企業(yè)展開正面競(jìng)爭的屈指可數(shù)。寧德時(shí)代(簡稱：CATL)就是其中之一。

CATL是目前國內(nèi)唯一一家為國際品牌乘用車提供動(dòng)力電池的企業(yè)。但一直以來，CATL都因其低調(diào)的態(tài)度不為外界所了解，這家年輕的“黑馬”企業(yè)究竟是什么來頭?新浪汽車將為你解開其神秘面紗。

 “黑馬”正在崛起

CATL成立于2011年，由于ATL母公司對(duì)動(dòng)力電池投入的猶豫，2012年底ATL的部分管理層和民族資本結(jié)合創(chuàng)立了寧德時(shí)代，ATL當(dāng)時(shí)也投資了少量股權(quán)。

在2013-2015年間，ATL陸續(xù)向CATL出售了部分動(dòng)力電池資產(chǎn)、業(yè)務(wù)與在CATL的股權(quán)，CATL成為純中資企業(yè)。2015年，CATL作為重點(diǎn)企業(yè)首批入選工信部《汽車動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)目錄，同年全球車用鋰電池產(chǎn)量位列第三。2016年，CATL成功申報(bào)由科技部主導(dǎo)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車專項(xiàng)和工信部主導(dǎo)的國家智能電網(wǎng)專項(xiàng)。

2015年，CATL擠進(jìn)全球車用鋰電池產(chǎn)量排行榜上，與松下、比亞迪名列前三。如此快速的發(fā)展也得到了國內(nèi)外新能源產(chǎn)業(yè)的關(guān)注。

安全、安全、還是安全

新能源汽車自燃事故不斷，安全對(duì)于動(dòng)力電池來說是最大的問題之一，據(jù)介紹，CATL從成立至今，一直保持著零安全事故的記錄。那么CATL究竟是如何做到的呢?

CATL的安全理念是電池全生命周期安全。一是全過程，從電池的量子動(dòng)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。

做出好的電池系統(tǒng)產(chǎn)品，CATL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)。在這三大技術(shù)構(gòu)成的鐵三角中，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”。 CATL經(jīng)過多年堅(jiān)持不懈，嚴(yán)格把控電池設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和生產(chǎn)的每個(gè)流程，努力把電池系統(tǒng)安全做到最好。

在電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，CATL會(huì)先做模擬仿真，后做測(cè)試評(píng)估。仿真覆蓋微觀到宏觀，內(nèi)容包括量子動(dòng)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(chǎng)分布、模態(tài)、振動(dòng)疲勞、沖擊、石擊等。通過電化學(xué)仿真、熱和流體仿真、結(jié)構(gòu)仿真來識(shí)別設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、評(píng)估性能和可靠性指標(biāo)。這些方法對(duì)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。

在保障電池可靠性方面，CATL從系統(tǒng)層層分解，從最小零部件，逐層去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(huì)比較高，使用中期失效率會(huì)下降，到晚期老化時(shí)又會(huì)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降到最低，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(cè)，指導(dǎo)維護(hù)使用，最終使動(dòng)力電池壽命達(dá)到最高。

壽命預(yù)測(cè)曲線圖

為了科學(xué)有效評(píng)估電池的使用壽命(耐用)， CATL還建立了一套成熟的壽命預(yù)測(cè)模型。通過3個(gè)月的測(cè)試數(shù)據(jù)，可預(yù)測(cè)電池包系統(tǒng)十年甚至更長的使用壽命。寧德時(shí)代2011年投入使用的純電動(dòng)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。

“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(cè)試驗(yàn)證體系在保障電池包安全時(shí)同樣必不可少。“CATL測(cè)試驗(yàn)證負(fù)責(zé)人王宇曦介紹，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(duì)在自主研發(fā)過程中遇到電磁兼容技術(shù)難題。

目前，CATL動(dòng)力電池測(cè)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(cè)設(shè)備。測(cè)試中心可依照國家頒布的電動(dòng)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(cè)試?？梢詫?duì)各種規(guī)格的電池單體、電池模組、電池包電池系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，包括電池性能測(cè)試、壽命測(cè)試、環(huán)境可靠性測(cè)試、安全測(cè)試等，測(cè)試能力覆蓋范圍最廣。 2017年，CATL將建成國家級(jí)的工程研究中心。

對(duì)于動(dòng)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(dòng)化的生產(chǎn)模式必不可少。

目前，CATL投資數(shù)十億元建立智能化、自動(dòng)化產(chǎn)線，該產(chǎn)線在“智慧工廠”和工業(yè)4.0信息物理融合系統(tǒng)CPS的指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化。廠區(qū)內(nèi)使用了大量的高科技機(jī)器人、中控系統(tǒng)、在線檢測(cè)設(shè)備和信息追溯系統(tǒng)，以做到“生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化”、“生產(chǎn)過程透明化”、“生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人化”。

在CATL車間現(xiàn)場(chǎng)可以看到：車間內(nèi)的AGV自動(dòng)搬運(yùn)材料和為設(shè)備喂料，機(jī)械手自動(dòng)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(gè)子設(shè)備智能有序的完成裝盤、掃碼、檢測(cè)、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(dòng)作失誤對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，實(shí)現(xiàn)了工廠的自動(dòng)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)﹄姵氐男阅芏加杏绊憽Ｕ麄€(gè)制造過程需要對(duì)環(huán)境控制。采取高精度和穩(wěn)定的設(shè)備，對(duì)電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的每個(gè)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(dòng)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(dòng)力電池一致性的難題。“現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人介紹。

除了前期非常強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)安全，CATL還格外關(guān)注產(chǎn)品應(yīng)用安全，即“呵護(hù)”。目前，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(gè)售后服務(wù)市場(chǎng)、市場(chǎng)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)。

“有條件”的合作

據(jù)介紹，CATL建立了動(dòng)力電池和儲(chǔ)能系統(tǒng)研發(fā)制造基地，擁有材料、電芯、電池系統(tǒng)、電池回收的全產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)，得到國內(nèi)外市場(chǎng)的認(rèn)可，不僅與北汽新能源、長安汽車、吉利汽車、上汽集團(tuán)等國內(nèi)車企合作，同時(shí)CATL還為華晨寶馬提供動(dòng)力電池。現(xiàn)場(chǎng)據(jù)CATL總裁黃世霖透露，CATL目前已和歐洲三家知名車企達(dá)成合作意向，將為他們旗下的新能源車提供合作開發(fā)的鋰電池。

CATL總裁黃世霖(左)

但對(duì)于合作伙伴的選擇，黃世霖有自己的標(biāo)準(zhǔn)，他認(rèn)為，動(dòng)力電池是非常特殊的一個(gè)產(chǎn)品，使用產(chǎn)品的技術(shù)也是有一定的參差，如果使用不當(dāng)就很容易出現(xiàn)安全事故。因此在給客戶做配套的時(shí)候，將會(huì)非常關(guān)注客戶如何使用產(chǎn)品，車企如果存在不當(dāng)?shù)氖褂们闆r，CATL有可能拒絕向其供貨。

加快技術(shù)與產(chǎn)能升級(jí)

《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》表示，到2020年，純電動(dòng)汽車電池單體能量密度高于350 Wh/kg，純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)成本低于1元/Wh。要完成如此宏偉的目標(biāo)，似乎并不簡單，在采訪中黃世霖表示，CATL研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)趨于成熟，CATL有信心在2020年實(shí)現(xiàn)國家對(duì)動(dòng)力電池的要求。

黃世霖介紹道，目前鋰電池的發(fā)展方向就是不斷地追求能量密度，鋰電池理論上可達(dá)到700瓦時(shí)/公斤，如何去靠近這個(gè)理論極限，并在2025年達(dá)到500瓦時(shí)/公斤的能量密度，是需要整個(gè)行業(yè)思考的問題。

做好電池的研發(fā)除了技術(shù)積累，更需要大規(guī)模的投入，目前，CATL已經(jīng)進(jìn)行了兩輪融資，黃世霖表示，目前CATL產(chǎn)能已達(dá)到100億，計(jì)劃到2020年投入300億進(jìn)行研發(fā)和產(chǎn)能升級(jí)，形成50G瓦時(shí)的有效產(chǎn)能。CATL希望可以找到更多的資金支持，加快研發(fā)、生產(chǎn)進(jìn)程。