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做電芯就是做虎皮蛋糕?一起來歐拉電池工廠看看吧!

2019-11-06 09:38

來自 :電動邦

作者 :驅逐艦島風號

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今天,我受邀參加歐拉電池工廠參觀活動。其實作為一名偏技術領域的編輯,大大小小的電池工廠參觀活動我也去過不少,比如別克的活動,讓我從頭到尾了解到一片片電芯是經過何種工序,變成單體、模組和電池的(相關文章點這里);再比如日產的活動,讓我了解到了小規模實驗室和試裝車間是如何工作的(相關文章點這里)。這幾次活動都讓我受益匪淺。但此次歐拉的活動,卻讓我了解到了另一個電池生產上的關鍵問題——電芯是怎么制作的。

(本次活動因廠商要求,無法拍攝圖片,希望大家見諒)

■ 蜂巢能源

本次我們參觀的“歐拉電池工廠”,實際上是蜂巢易創的工廠,蜂巢易創是一家動力總成和智能互聯研發公司,可以理解為長城的零部件公司獨立出去,并獨立發布新產品。似乎之后長城旗下產品的動力總成都由他們來研發生產和制造,除了燃油車的發動機和變速器外,我在該工廠內看還到了 WEY 、歐拉、長城炮皮卡等車型的電池。

據悉,蜂巢易創擁有超過 16 億元投入的研發設施建設。正因如此,歐拉也獲得了從元素到電池包制造,再到整車制造、梯次回收利用的全產業鏈布局能力。根據長城的介紹,前面幾個環節基本已形成完整的產業鏈,只是最后的回收利用還在規劃和實驗階段。

■?做電芯就像做虎皮蛋糕?

我驚奇地發現,做電芯類似于做虎皮蛋糕,我們知道做虎皮蛋糕需要先做一層“虎皮”,再做一層蛋糕,然后卷起來就完事了。做電芯也是這樣子,不信你看!

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要制作虎皮,你需要準備蛋黃、面粉、白糖,攪拌在一起。這可不是瞎攪拌,對于三者的配比必須爛熟于心,一不小心? 做的太甜了可不好。

我們可以把這些看成是三元鋰電池的正極材料——鎳鈷錳。?對于電池比較了解的朋友都知道,“三元鋰電池”的“三元”,指的就是正極材料,比如鎳鈷錳,其中鎳是電池活性的關鍵。我們常提到的“811”電池,表示的是鎳鈷錳的占比,也就是 8 成鎳,1 成鈷,1 成錳。與之前的“523”對比,明顯是大幅度提升了鎳的含量。

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竞技游戏竞猜盘口鎳鈷錳礦石在開采后,會變成粉末來進行攪拌,攪拌就是將活性材料通過真空攪拌機攪拌成漿狀。這將直接影響電池的質量和成品合格率。而且該道工序工藝流程復雜,也不是單純的“開機器攪一攪”,而是對原料配比,混料步驟,攪拌時間等等都有較高的要求。

接著我們需要給虎皮找個載體,就是底下的蛋糕了,雖然你需要自己做這個蛋糕,但在電池工藝上,底下的蛋糕是現成 的,那就是銅箔和鋁箔。按照歐拉的說法,這二者的厚度分別僅有 12?μm 和 6 μm

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接著我們把虎皮涂在蛋糕上,做電芯也是這樣,但由于這次做的是一千人份的“虎皮電芯”,放在案板上涂顯然是不現實的,于是需要引入現代工藝——涂布機。銅箔和鋁箔會像織布機上的布一樣卷成卷,將鎳鈷錳粉末均勻地涂在上面,這道工序稱為“涂布”。理所應當確保沒有顆粒、雜物、粉塵等混入極片。

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▲?圖片并非歐拉電池工廠圖片,僅用作展示涂布工藝

竞技游戏竞猜盘口接著你需要把的虎皮和蛋糕壓一壓。讓他們結合的更緊一點,不然后面吃起來二者分離可就不好吃了。電芯也是一樣,需要把涂上的正極材料壓實,這能提升電池的能量密度,保證厚度的一致性。但如果壓得過實,極片上方會出現褶皺,找個不恰當的例子解釋下這種現象,你用手使勁按一下床單,看看床單邊緣會不會皺。對此歐拉特別加入了除皺工藝,據說很多廠家并未加入此工藝。

接著會把涂好的鎳鈷錳的大塊“織布”切片,切成適合自家電池需要的大小,切片的要求大家可以類比自己做飯切土豆片,要的就是大小均勻,避免毛刺。要知道毛刺可能會刺穿隔膜。這倒是跟虎皮蛋糕有所區別,虎皮蛋糕你可以卷完了再切,電芯得先切再卷,不然太大了不好操作。

接著切出極耳,就是電池用來和外部相連的東西。

然后我們把放在一起并壓實了的虎皮和蛋糕卷在一起,就做成了我們熟悉的虎皮蛋糕了,但是由于是卷成圓形,如果放入一個方盒子里,卷繞的形態自然是會浪費一些空間的,所以歐拉決定改進工藝,采用千層餅的形式,也就是由卷繞改為堆疊,這能提升單位體積/重量的帶電量,變相提升能量密度或電池容量。

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接著灌入電解液,一個美味的電池就做完了。

但是這時候的電池是不帶電的,想要他帶電,使用前需要激活一下,這個不難理解,你買個新手機拿回來還得充個電不是?

這樣電芯就做完了,一個個電芯會成為一個個模組、一個個模組會成為一個個 PACK、一個個 PACK?會搭載在一輛輛車上……這個過程我們之前見的多了,就不多講了。

■?大費周章做出了什么電池?

如此費盡心思,成就了歐拉 R1?擁有一組容量為 33 kWh,能量密度 160?Wh/kg?的電池,模組整體設計采用 6 電芯串聯,整包電池共有15個模組。單一模組的重量為11.3kg,總能量為2.26kWh,體積能量密度193Wh/L。并采用輕量化設計,能讓這個微型車擁有 351?km?的綜合續航里程,同級領先。

■?如何保護這塊電池?

這塊歷盡千辛萬苦制造的模組,歐拉也投入了不少精力去保護它,結構設計和 BMS?雙管齊下。電池的上殼體采用 SMC 復合材料,具有優異的絕緣性、抗壓性、防腐、防爆、防火性能,保證強度安全的前提下實現輕量化設計;下殼體由鋁型材 料,在保證強度及剛度的前提下實現下殼體輕量化設計。

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歐拉R1 可以實現碰撞檢測、過充保護、短路保護、過溫保護、過流保護、主被動泄放、絕緣保護和高壓互鎖檢測等 8 重保護措施。BMS?系統可以對單體電壓和總電壓進行實時檢測,還包括低壓供電檢測和溫度檢測,以及發生事故時的電池狀態檢測,一旦存在風險將會傳輸信號立刻開啟斷電保護。

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另外歐拉 R1?還?配備了加熱系統,加熱膜片位于模組底部,采用串聯方式對模組進行加熱,大片加熱膜內通過硅橡膠壓合導線連接,不同加熱膜之間通過接插件連接;加熱膜片下方采用泡棉支撐。動力電池包采用低溫加熱和行車加熱熱管理策略,通過?BMS 設置加熱膜啟停閾值在模組低溫狀態時對模組進行加熱從而提高充電效率和續航里程。對于北方冬季用車大有裨益。

實驗方面歐拉也沒少做,滿足國標中規定一條龍服務——機械沖擊、溫度沖擊、海水浸泡、高海拔、模擬碰撞、跌落、翻轉、擠壓、外部火燒、過溫保護、鹽霧自然跑不了,模擬碰撞、底部球擊、踩踏、長時間浸水等其他項目也安排上,更有心的是似乎應用了“場景化”理念,歐拉還模擬車輛碰撞后發生翻轉事故得情況,對電池包進行進一步測試。

▲ 模擬碰撞+碰撞后翻轉測試試驗驗證

■ 未來是固態電池的天下?

此次參觀活動中,我們還窺見了歐拉乃至長城的電池技術路線,我們知道目前是高鎳的時代,長城也不免俗,畢竟長城和歐拉還未鋪開 811?電池的應用。再過幾年長城會研發低鈷或無鈷電池,要知道鈷礦比較貴,很多整車廠都悄咪咪入股鈷礦,比如長城和比亞迪,真是家里有礦。

竞技游戏竞猜盘口固態電池這幾年也被頻頻提到,長城也是堅定不移地看好固態電池,但對于未來的規劃透露的不是很多,只知道 2020?年底會有初步的一代固態電池而下一代量產固態電池則要到 2030?年了,10?年規劃還是比較長遠的。

■?邦點評

其實在本次活動中,我們還簡單體驗了歐拉 R2?的試裝車,這輛車據說會在明年 5?月上市,屆時歐拉的電池技術會更上一層樓,比起 R1 ,R2的產品力定然會有不小的提升。無論電池技術多么優秀,它終究是為整車服務的,歐拉 R1?這一年來?通過努力已經走到了細分市場的前列,在整個新能源銷量排行榜上也經常出現。讓我們期待歐拉 R2上市后的表現,希望它不會辜負背后幾千個電池工程師的日夜操勞吧。

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