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新能源车企发力电池自研 蔡司加码三电质量保证领域


发布日期:2022-05-13 10:37   来源:未知   阅读:

  近日,本田发布了电动汽车事业最新举措,重点之一是未来几年加快新一代电池的自主研发,决定为目前正在开发的全固态电池建设示范生产线年春季启动。这是主机厂对于自研新能源汽车动力电池的又一大动作。

  新能源汽车代表着汽车产业的发展方向,动力电池作为电动汽车的“心脏”,关系到主机厂供应链的稳定性和竞争力。全国乘联会秘书长崔东树认为,整车企业自造电池是趋势,因为电池的成本占比太高,至少占到整车价格的25%左右。

  从全球新能源汽车产业看,陆续有主机厂切入动力电池领域,其中既包括大众、本田、特斯拉等国际厂商,也可以看到比亚迪、广汽、长城、吉利、蔚来等国内车企的身影。

  作为引领汽车电动化趋势的公司,特斯拉很早即布局动力电池领域,从与合作伙伴共同建厂到自研。4月投产的特斯拉德州超级工厂,交付了第一批装有4680自研电芯、一体式压铸前车身和结构性电池的汽车。4680电池于2020年发布,采用无极耳设计,硅碳负极材料,干电极技术,电池的能量密度将达到300kWh/kg,相比于2170电池,容量提高5倍,输出功率提升6倍,将使整车续航里程增加16%,成本降低14%,被评价为具有颠覆性的电池。

  今年3月,大众汽车与合作伙伴宣布将在西班牙建造一座巨型电动汽车电池工厂,这是规划中的六座工厂中的第三座。与此同时,该公司正在研发磷酸铁锂电池、三元锂电池、高锰电池和固态电池。根据大众汽车的“2030 NEW AUTO战略”,在电池方面,计划通过建立新的合作伙伴关系,解决从原材料到回收利用过程中出现的所有问题,搭建一条可控的电池供应链。

  再将目光转向国内,从比亚迪的“刀片”、广汽埃安的“弹匣”,到东风岚图的“琥珀”和“云母”,再到长城的“大禹”等,国内主机厂在动力电池自研方面正快马加鞭。

  从电池制造商转型为车企的比亚迪,是国内最早押注新能源汽车的主机厂之一,电池技术也是其优势所在,其自研的“刀片电池”把磷酸铁锂重新拉回“主赛道”。通过对于电池包结构的重塑,比亚迪“刀片电池”在成组时可以跳过“模组”,体积利用率相较传统的有模组电池包提升50%以上,续航里程达到了高能量三元锂电池的同等水平。由于去掉了“模组”这一层中间结构,使得电池系统的复杂度大幅下降,由此也带来了更高的产品稳定性和更低的故障率。

  国内的造车新势力同样大举发力。蔚来自研的三元铁锂标准续航电池包(75kWh),采用了三元锂与磷酸铁锂电芯混合排布的方式,综合了三元锂电池的高能量密度、较好的低温性能,以及磷酸铁锂电池的高安全、低成本等优点。

  对主机厂而言,自研动力电池涉及到多方面的考量,各家主机厂正沿着自己找到的路线推进。

  天风证券认为,汽车主机厂布局动力电池,拥有几方面优势:动力电池技术趋于成熟,主机厂具备后发优势;背靠主机厂,动力电池出货增长快且稳定;主机厂对车理解更深,车端需求可以直接穿透到电池;新技术、工艺和设备可以快速应用;电池和底盘同步开发,更易应用CTC等技术方案。

  尽管如此,主机厂自研电池还要面对研发、原材料、投资等挑战。动力电池的核心技术指标包括能量密度、充放电倍率、循环寿命、安全性、可靠性等,电池质量将影响到整车的安全性和消费者的满意度。

  根据中国消费者协会公布的《2021年全国消协组织受理投诉情况》,新能源汽车成为投诉新热点,电池质量是主要问题之一。近日,工信部等五部门发布《关于进一步加强新能源汽车企业安全体系建设的指导意见》,从设计、生产、服务、事故响应、网络安全等方面提出22条原则性要求,其中包括提高动力电池安全水平。工信部表示,动力电池是新能源汽车的核心部件,提高动力电池安全是核心要素。

  业内人士指出,新能源汽车动力电池种类较多,包括磷酸铁锂电池、三元锂电池,以及铅酸电池、镍氢电池、锰酸锂电池等。按封装形式区分,锂电池分为圆柱、方形和软包。无论哪种技术路线,电池的质量保证过程都是复杂且多方面的,从材料研发开始,原材料加工,电芯生产,到电池模组装配,品控伴随着生产的每一步。

  近两年,光学和光电设备公司蔡司加大投入,以新能源汽车“三电”系统质量解决方案为切入点,入局新能源汽车领域。

  锂电池是目前新能源汽车电池的一个主流方向,无论叠片技术还是卷绕技术,如何在研发和生产的每个环节做好质量检验,都是重要命题。蔡司专家介绍,工业显微镜和X射线等精密的光学测量设备,可以保障制造商及时发现电池隐患。

  例如在材料研发环节,电芯材料的微观结构将决定电池的性能,需要各种分析解决方案来了解材料和电池性能之间的关系。蔡司以光学显微镜、聚焦离子束扫描电子显微镜以及用于无损3D成像的X射线显微镜构成表征材料微观结构、化学成分和电气特性所需的解决方案,这些解决方案相互关联,从而能分析出局部属性对整体性能的影响。在电芯生产环节,无损CT检测助力电池厂商找到电池发热、失效及短路等根本原因,从源头避免缺陷电芯流入市场。在模组装配环节,无损CT检测是新能源汽车电池模组装配的必要步骤,CT扫描必须能够分析到微米级金属颗粒以及微米级缺陷,以确保装配质量和进行失效分析。蔡司微焦点 X 射线管能以高分辨率和高效率对电池及其模组进行更好的CT成像,X射线光学技术和机电一体化技术的结合保证了电池及其模组检测的精确性、机器的稳定性和操作的可靠性。

  新能源汽车和内燃机汽车在内部构造上截然不同,不仅是电池,整个三电系统作为核心部件,关系到整车的品质。

  在电机方面,从保时捷开始,主机厂相继布局基于800V电压平台的新车,通用、大众、奔驰、现代、比亚迪、广汽埃安、吉利极氪、北汽极狐、小鹏汽车等均有所动作。不断提高的电机转速对于电机旋转类零件提出超高的精度要求,新一代电机带来的挑战涉及发卡和定子的精准生产和装配,以及定子和转子中叠片的制造。蔡司生产接触式和光学测量设备,涵盖质量管理过程的各个方面,可以帮助电机制造商建立整个检测链。比如用传统三坐标配上激光测头测量现在最流行的发卡电机,对里面的扁铜线进行检测。

  另据了解,于4月26日举行的2022蔡司创新产品春季发布会上,新能源汽车解决方案依然是重点之一。

  新能源汽车产业蓬勃发展,咨询机构EV-Volumes的数据显示,2021年全球新能源车型累计销量近650万辆,同比增长108%。我国已连续7年位居全球第一新能源汽车销量第一,根据工信部数据,2021年累计销售达352.1万辆。

  新能源汽车将会改变整个汽车工业,过程中伴随着技术革新、升级,这离不开先进制造、通信、材料、检测等助力。各怀绝技的参与者们,为该产业的发展创造出巨大的想象空间。

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