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电芯是怎么制造出来的?电池需要哪些工序(生产线揭秘)续

电芯是怎么制造出来的?电池需要哪些工序(生产线揭秘)续

第二章:让电芯不再“裸奔” 电池包生产流程


单个的电芯是不能使用的,只有将众多电芯组合在一起,再加上保护电路和保护壳,才能直接使用。这就是所谓的电池模组。


电池模组(module)是由众多电芯组成的。需要通过严格筛选,将一致性好的电芯按照精密设计组装成为模块化的电池模组,并加装单体电池监控与管理装置。CATL的模组全自动化生产产线,全程由十几个精密机械手协作完成。另外,每一个模组都有自己固定的识别码,出现问题可以实现全过程的追溯。

从简单的一颗电芯到电池包的生产过程也是相当复杂,需要多道工序,一点不比电芯的制造过程简单。


上料


将电芯传送到制定位置,机械手自动抓取送入模组装配线。


在宁德时代的车间内从自动搬运材料到为设备喂料100%实现了自动化


给电芯洗个澡——等离子清洗工序


对每个电芯表面进行清洗(CATL宁德时代采用的是等离子处理技术保证清洁度)。这里采用离子清洁,保证在过程中的污染物不附着在电芯底部。


为什么要采用等离子清洗技术?原因在于,等离子清洗技术是清洗方法中最为彻底的剥离式清洗方式,其最大优势在于清洗后无废液,最大特点是对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料等都能很好地处理,可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。

等离子清洗过程


将电芯组合起来——电芯涂胶


电芯组装前,需要表面涂胶。涂胶的作用除了固定作用之外,还能起到绝缘和散热的目的。CATL宁德时代采用国际上最先进的高精度的涂胶设备以及机械手协作,可以以设定轨迹涂胶,同时实时监控涂胶质量,确保涂胶品质,进一步提升了每组不同电池模组的一致性。

电芯的涂胶过程

给电芯建个家——端版与侧板的焊接


电池模组多采用铝制端板和侧板焊接而成,通过机器人进行层压和端板、侧板焊接处理。

线束隔离板装配


焊接监测系统准确定位焊接位置后,绑定线束隔离板物料条码至MES生产调度管理系统,生成单独的编码以便追溯。打码后通过机械手将线束隔离板自动装入模组。

线束隔离板的安装过程

完成电池的串并联——激光焊接


通过自动激光焊接,完成极柱与连接片的连接,实现电池串并联。

下线前的重要一关——下线测试


下线前对模组全性能检查,包括模组电压/电阻、电池单体电压、耐压测试、绝缘电阻测试。标准化的模组设计原理可以定制化匹配不同车型,每个模块还能够安装在车内最佳适合空间和预定位置。


每个电池包包含了若干电池单元,与连接器、控制器和冷却系统集成到一起,外覆铝壳包装。通过螺栓自动固紧,由电气连接器相连,即使发生故障,仅需更换单独的模组即可,不必更换整个电池组,维修工作量和危险性大大降低,更换模组仅需把冷却系统拆解,并不涉及其他构件。


第三章:电池组的终极考验 电池组安全性测验


其实,电动汽车从最初的设计阶段就要通过各种方法,最大程度保证安全性。然而,再完美的设计还得经过实践测试的考量。在宁德时代,只有成功通过这些磨练的电池产品,才能被放行使用。


590摄氏度火烧测试


590摄氏度火烧电池是什么概念?我们知道金星的地面温度是464摄氏度,在这样的高温下,铅、锌等金属材料早已熔化。但是,电池组却要在这样的高温下进行“生存”挑战。

在安全性能方面国家的标准是外部燃烧130秒,电池不起火、不爆炸。然而,作为行业领军企业CATL宁德时代却有着更高的要求,不仅做到了外部燃烧130秒后电池依然可以正常工作,的国家标准,更达到了在590摄氏度的情况下连续燃烧1小时后,电池依然没有爆炸危险。


连续21小时振动试验


在日常用车当中,免不了要通过一些颠簸路面,电池产生的振动可能会引发质量不过关的电池产品固定不良,零部件松动,甚至外壳破裂最后引发安全失效的等情况。

所以我们需要模拟车辆震动对电池包产生的影响。振动台用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况,环境箱用来提供不同的温度环境,充放电机则用以提供充放电的实际工作情况。这三部分组成了带温度带负载的振动测试系统,真实模拟了实车使用时的情景。


宁德时代的一座推力20吨的振动台,用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况,但其振动强烈程度更甚于实际路况。在试验中,电池包一秒钟要被振动200下,而电芯模组则要被振动2000下。更加严苛的是电池包需要在-30℃至60℃的环境条件下,连续随机振动21小时,这样可等效模拟数十万公里的行车疲劳情况。


加速度达到100G的撞击测试


与振动试验类似,冲击测试用以测试电池包的机械结构稳定,其模拟车辆通过路障时,瞬间颠簸对电池包结构的冲击。此外,在更换电池的过程中有万分之一的几率遇到电池跌落的情况。所谓不怕一万就怕万一,CATL宁德时代将电池从1米高度进行自由落体测试,且保证各项功能依然正常。

在宁德时代的冲击测试中,最高加速度可高达100G。要知道一般人的心脏承受的最大加速度为50G。而目前有记录的,人体能承受的加速度极限约为40G。在如此强烈的加速度冲击下,电池包依然运行正常。


最贴近真实事故的挤压测试


挤压测试用于模拟电池在交通事故时受到挤压的情况,随着电池变形程度的增加,正负极集流体会首先被撕裂。在短路点产生非常大的电流,热量集中释放,引起短路点的温度急剧上升,因此很容易引发热失控,进而引起起火或爆炸。

与现实车祸事故最为贴近的挤压测试


在挤压测试找那个电池包外壳出现了明显的变形,内部结构被破坏,电芯被内部零部件刺破,出现高压短路,造成热失控。对于挤压测试的通过标准一般是不起火、不爆炸。而宁德时代的电池产品,甚至可以再挤压变形的情况下,继续正常工作。


在宁德时代的挤压试验中,施加给电池包的力是十吨。12米大巴车重量为7吨,加上乘客和行李的重量接近10吨,也就是说这至少可以模拟一辆12米大巴车撞击时的挤压。


写在最后:


自此经过数不清的复杂加工工艺和检测测试流程,一块印有CATL LOGO的成品车用电池单元终于诞生了,但是对于质量的把控来说这并没有结束,为了把控在日常使用时的质量和品质,所有的成品电池和电芯都有自己独一无二的编码,如果未来那块电池甚至那颗电芯出现故障,可以追溯到那条生产线甚至那一批原料。对于电池这种带有一定危险性的产品来说,质量永远是最重要的一环。

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