“超級工廠”一詞在十年前還沒有出現(xiàn)，但現(xiàn)在已經(jīng)成為整個(gè)電動(dòng)汽車（EV）生態(tài)系統(tǒng)的中流砥柱,。超級工廠將鋰離子（Li-ion）電池的產(chǎn)量從每年4 GWh至10 GWh提升至每年40 GWh至80 GWh,。電池的大批量生產(chǎn)將成本效益提高到了極致，使得過去十年電動(dòng)汽車的電池價(jià)格下跌了90%,。
超級工廠的電池生產(chǎn)流程異常復(fù)雜,。為了擴(kuò)大電池的生產(chǎn)規(guī)模，就必須在生產(chǎn)流程的每一個(gè)環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)高精度,、自動(dòng)化并安排質(zhì)檢,。電芯是電池模組的基本組成單位，電池模組串聯(lián)成電池包之后,，可用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng),。
大多數(shù)電動(dòng)汽車電池的循環(huán)壽命在1500至2000次，具體取決于電池組的設(shè)計(jì)和電動(dòng)汽車的續(xù)航里程,。生產(chǎn)過程中的缺陷檢測以及預(yù)充電,、化成和老化等階段中的質(zhì)量檢測對于確保電池的性能和實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)壽命至關(guān)重要。
圖1所示的是常規(guī)鋰離子電池制造流程的簡化示意圖,。
圖1：電池制造流程中的關(guān)鍵階段
檢測電池生產(chǎn)過程中的制造缺陷
電池的性能可能因制造流程中的電化學(xué)或機(jī)械缺陷而偏離最初的設(shè)計(jì)規(guī)格,。
濕度、微量顆粒污染物等因素都會(huì)對電池產(chǎn)生不利影響,，導(dǎo)致放電速度加快和電池失效,。例如，電池結(jié)構(gòu)中的微小機(jī)械缺陷會(huì)在每次電池充放電循環(huán)中產(chǎn)生明顯的變形,，縮短電池的使用壽命,。
電池制造流程中可能出現(xiàn)的另外一個(gè)缺陷是在焊片焊接過程產(chǎn)生的輕微焊片毛刺。焊片將陽極和陰極連接到電池殼體外部的負(fù)載,，上面的毛刺可能導(dǎo)致內(nèi)部短路,，進(jìn)而引發(fā)熱失控。
分析電池的循環(huán)壽命 ，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)
為了了解電池實(shí)際的性能表現(xiàn)與設(shè)計(jì)規(guī)格之間存在的差異,，需要在制造過程中讓每個(gè)電池通過諸多質(zhì)量檢驗(yàn)關(guān)口,，其中包括一個(gè)能確定電池充放電循環(huán)壽命和老化速度的質(zhì)量關(guān)口。這個(gè)環(huán)節(jié)旨在檢驗(yàn)電池在開始加速衰減和失去完全充電的能力之前可以充放電多少次,。
電池循環(huán)測試是一個(gè)需要數(shù)天,、數(shù)周乃至數(shù)月的漫長流程。每個(gè)電池必須經(jīng)歷數(shù)百次充放電循環(huán),，才能表征內(nèi)部電阻和容量保持率與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系,。
制造商不可能對現(xiàn)代化超級工廠產(chǎn)線上的每個(gè)電池進(jìn)行電池循環(huán)質(zhì)量檢測，而是在線下進(jìn)行抽檢來把握產(chǎn)品質(zhì)量關(guān),。
在循環(huán)壽命測試中,，制造商使用電池充放電循環(huán)測試儀來表征電芯容量和效率在連續(xù)充放電循環(huán)中隨時(shí)間的變化。
使用超級測試箱提高電池循環(huán)測試效率
制造商需要采用節(jié)約成本的創(chuàng)新方案來把好質(zhì)量關(guān),，以提高效率,、減少運(yùn)營成本并進(jìn)一步降低電動(dòng)汽車電池的成本,，進(jìn)而縮小燃油汽車和中檔電動(dòng)汽車之間的價(jià)格差距,。圖2所示的是一個(gè)常規(guī)電池循環(huán)測試裝置，每個(gè)箱體能夠容納10到20個(gè)電芯,，功率約為10 kW,，不包括循環(huán)器為電芯充放電所需的能量,。
圖2：常規(guī)電池循環(huán)測試裝置
在電池制造過程中部署的新質(zhì)量管控方案，其中的“超級測試箱”有助于減少超級工廠的車間空間占用和耗電量,。圖3所示的是電池測試解決方案提供商是德科技與Proventia聯(lián)合創(chuàng)建的新型超級測試箱質(zhì)量管控裝置,。每個(gè)超級測試箱僅為一個(gè)集裝箱大小，可容納200個(gè)350A的棱柱形電芯通道和100個(gè)10A的圓柱形電芯通道,，并配有安全和溫度控制系統(tǒng),。
圖3：尺寸緊湊超級測試箱，用于電池循環(huán)測試
在是德科技和Proventia合作的項(xiàng)目中,，合作開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)對于一個(gè)需要18個(gè)傳統(tǒng)循環(huán)器及恒溫箱體的質(zhì)量閘而言,，超級測試箱在提供同等通道容量的前提下，所占空間僅為三分之一（見圖4）,。
圖4 ：新型超級測試箱所占的空間僅為相同通道容量的傳統(tǒng)箱體與循環(huán)器的33%
如果需要增加測試容量,，可在現(xiàn)場快速安裝更多的超級測試箱，實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)量增長同步的容量擴(kuò)展,。另外,，超級測試箱配備有達(dá)到5級風(fēng)險(xiǎn)控制的安全應(yīng)急系統(tǒng)，可應(yīng)對溫度過高,、系統(tǒng)故障或者煙霧,、氣體和火災(zāi)等嚴(yán)重的安全問題,。它可以幫助電動(dòng)汽車電池制造商節(jié)省成本和時(shí)間。
通過提高運(yùn)營效率節(jié)省資源,、時(shí)間和成本
使用超級測試箱作為電池循環(huán)測試的“質(zhì)量閘”還能通過再生能源的回收利用節(jié)省成本,。其中，再生能源的利用就是將放電電池的能量回收到交流電源線上,。這種可再生電源系統(tǒng)能夠回收75%以上的清潔電能,。除了降低電費(fèi)外，大幅減少的散熱需求還可以減少各系統(tǒng)部件的壓力,，提高設(shè)備的可靠性,。由于發(fā)熱量減少，系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)得更加小型化,，占用更少的空間,。對照研究顯示，超級測試箱只需要50 kW的功率,，而運(yùn)行18個(gè)傳統(tǒng)電池循環(huán)器需要180 kW。
軟件也是一個(gè)不可或缺的工具,，它為整個(gè)電池循環(huán)測試“質(zhì)量閘”的管理人員和操作人員提供了運(yùn)營可視化以及可執(zhí)行的洞察和見解,。基于云端的應(yīng)用為測試管理人員和操作人員提供覆蓋整個(gè)企業(yè)和各個(gè)級別的遠(yuǎn)程訪問,，使得他們能夠監(jiān)測數(shù)千個(gè)通道中的每個(gè)電芯的測試狀態(tài),。
推動(dòng)盈利
伴隨著汽車電氣化趨勢的加快，汽車制造商及其電池供應(yīng)鏈將繼續(xù)尋找降低電池成本的方法,。電池成本的降低將幫助大眾市場從目前普及的燃油汽車過渡到電動(dòng)汽車,。通過采用超級測試箱等節(jié)約成本的創(chuàng)新的質(zhì)量管控方案以及可再生能源系統(tǒng)和以軟件為中心的運(yùn)營方式，制造商不僅可以提高效率,、降低運(yùn)營成本,，還能更快實(shí)現(xiàn)盈利并推動(dòng)電動(dòng)汽車的普及。
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