Principais responsabilidades da pesquisa e desenvolvimento de células de bateria

I. Desconstrução precisa dos objetivos da tarefa

A desconstrução dos objetivos da tarefa é um aspecto fundamental do desenvolvimento celular. Seja para o desenvolvimento de novos produtos ou para a manutenção contínua de produtos produzidos em massa, a divisão clara e lógica dos objetivos é crucial. Indicadores complexos devem ser estratificados e refinados, e então sistematicamente atribuídos aos departamentos relevantes. Isso garante que cada departamento entenda sua direção e prioridades.

Se um departamento não atingir os objetivos atribuídos, a responsabilidade é clara. Por outro lado, se todos os departamentos atingirem com sucesso suas metas decompostas, mas a meta geral permanecer inalterada, é necessário reavaliar se a decomposição dos objetivos do departamento de desenvolvimento celular foi tendenciosa ou irracional.

Por exemplo, ao desenvolver células de alta densidade energética, a meta de densidade energética deve ser dividida em aspectos específicos, como seleção de material de eletrodo positivo e negativo, projeto de espessura de eletrodo e formulação de eletrólito, com essas tarefas atribuídas aos departamentos de P&D de materiais e projeto de processo.

Em grandes empresas de baterias, o desenvolvimento das células começa com o atendimento às necessidades do cliente. Após obter um profundo entendimento dos requisitos do cliente em relação ao desempenho, tamanho e custo das células em diferentes cenários de aplicação, é realizada uma análise abrangente e detalhada da decomposição de metas. Em fábricas de baterias menores, embora a alta gerência possa definir diretamente as principais metas e estratégias, os funcionários juniores ainda podem aprender os métodos e a lógica da decomposição de indicadores a partir dos OKRs (Objetivos e Resultados-Chave) da empresa. Esse processo não apenas ajuda os funcionários a compreender o layout estratégico geral da empresa, mas também fornece orientação macro para seu trabalho.

II. Processo rigoroso de desenvolvimento de produtos

(1) Planejamento de projeto baseado na demanda

No início do desenvolvimento de um novo produto, as dimensões estruturais da célula devem ser projetadas com precisão, de acordo com as necessidades do cliente. Diferentes cenários de aplicação, como veículos elétricos, usinas de armazenamento de energia e eletrônicos de consumo, apresentam demandas muito diferentes quanto ao tamanho da célula. Ao mesmo tempo, indicadores de desempenho elétrico abrangentes e precisos devem ser estabelecidos com base nas características do cenário de aplicação, incluindo densidade de energia, taxa de carga-descarga, vida útil do ciclo e taxa de autodescarga.

Por exemplo, células para veículos elétricos precisam priorizar a densidade energética e as taxas de carga-descarga para atender aos requisitos de longo alcance e carregamento rápido, enquanto células para estações de armazenamento de energia se concentram mais na vida útil do ciclo e na segurança. Durante a fase de projeto e planejamento, a colaboração com os departamentos de sistemas também é essencial para desenvolver soluções abrangentes para sistemas, incluindo sistemas de gestão da qualidade e sistemas de processo de produção, estabelecendo uma base sólida para a produção subsequente de amostras.

(2) Produção de Amostras e Otimização Iterativa

Após a conclusão do planejamento do design, o processo avança rapidamente para o personalizado equipamento de bateria Produção de amostras. Cada rodada de produção de amostras deve passar por testes rigorosos e abrangentes, incluindo testes de desempenho elétrico, testes de segurança e testes de adaptabilidade ambiental. Com base nos resultados dos testes, os parâmetros de projeto e processo são ajustados prontamente, e a próxima rodada de validação tem início. Esse processo iterativo continua até que as metas de desempenho da célula sejam perfeitamente alcançadas.

Uma vez que o desempenho elétrico da célula atenda aos padrões, uma validação adicional é necessária caso o produto final seja um módulo de sistema. Módulos envolvem múltiplas células conectadas em série ou paralelo, exigindo a consideração de fatores complexos como consistência da célula, gerenciamento térmico e conexões elétricas.

Para os recém-chegados que entram no campo do desenvolvimento celular, a tarefa principal inicial é acompanhar linhas de produção de baterias . Na linha de produção, os novatos podem aprender visualmente todo o processo detalhado de fabricação de células, desde as matérias-primas até os produtos acabados, incluindo etapas importantes como revestimento de eletrodos, enrolamento ou empilhamento, injeção de eletrólitos e encapsulamento.

À medida que a experiência se acumula, os novatos podem gradualmente assumir o papel de líder de experimentos, totalmente responsáveis pela produção de células e pela padronização dos resultados dos relatórios de processo. Após a conclusão das amostras, eles atuam como comissários, enviando amostras para instituições de teste profissionais e produzindo relatórios especializados detalhados com base nos resultados dos testes.

Ao acompanhar as linhas de produção, diversos problemas no local são inevitáveis, como defeitos de material, flutuações no processo e falhas de equipamento. Isso exige acúmulo contínuo de experiência para aprimorar gradualmente as habilidades de resolução de problemas. Esse processo também envolve trabalho de validação para diversos materiais de baterias. Embora não sejam tão especializados quanto os profissionais do departamento de materiais, os novatos ainda conseguem compreender as características básicas e os fundamentos da aplicação.

Para células testadas, é necessária uma análise de desmontagem ou outra análise de falhas. Embora não seja tão aprofundada quanto a de departamentos profissionais de análise de falhas, informações importantes ainda podem ser extraídas para auxiliar na otimização do produto.

III. Formulação de Estratégia de Aplicação de Produtos Científicos

(1) Exploração de desempenho e formulação de estratégias para produtos recentemente desenvolvidos

Os produtos de células recém-desenvolvidos devem passar por uma série de testes básicos de desempenho elétrico abrangentes e detalhados, incluindo testes de capacidade, testes de resistência interna e testes de ciclo de vida sob diferentes temperaturas e taxas de carga-descarga.

Com base nesses testes, são gerados resultados detalhados de testes de matriz de linha de base e formuladas tabelas precisas de limitação de corrente de carga-descarga. Essas tabelas servem como referências cruciais para o desenvolvimento subsequente de estratégias de BMS (Sistema de Gerenciamento de Baterias). O BMS deve controlar razoavelmente as correntes de carga-descarga com base nas características da célula para garantir uma operação segura e eficiente.

Para células com potenciais deficiências no sistema de materiais ou que não atendam totalmente aos padrões, as estratégias de teste devem ser ajustadas com flexibilidade. Por exemplo, para células propensas à expansão, pode-se aplicar uma força de pré-aperto para suprimir a expansão e garantir o desempenho. Para células com aceitação de carga mais fraca, métodos de carregamento escalonado podem ser tentados para melhorar a eficiência do carregamento.

(2) Manutenção e otimização de produtos produzidos em massa

A manutenção da produção em massa é complexa e crítica. Pode envolver a validação da substituição de materiais para redução de custos, buscando matérias-primas mais econômicas sem comprometer o desempenho do produto, aumentando assim a competitividade no mercado. Simultaneamente, células envelhecidas devem passar pela validação da capacidade de carga-descarga para avaliar a diferença entre a vida útil operacional real e a vida útil em laboratório, fornecendo suporte de dados para a previsão e otimização da vida útil do produto.

Além disso, as reclamações dos clientes exigem validação de reprodução, análise aprofundada da causa raiz e medidas práticas de melhoria. Essas tarefas variam de acordo com o foco de negócios da empresa e as necessidades do cliente.

Para iniciantes, a fase de aplicação do produto envolve principalmente o aprendizado de procedimentos específicos de teste, com a compreensão completa do propósito e dos princípios de design de cada etapa do teste. Após o domínio dos métodos de teste, são necessários o processamento preciso de dados, a análise aprofundada dos resultados dos testes e a geração de relatórios profissionais especializados. Se os produtos da empresa forem módulos, os testes de módulos também devem ser realizados.

O teste de módulos é mais complexo do que o teste de células. Além do desempenho da célula em si, problemas de consistência decorrentes da conexão de múltiplas células em série ou paralelo devem ser abordados. Isso garante que parâmetros como tensão, capacidade e resistência interna sejam semelhantes em todas as células durante a carga-descarga, evitando sobrecarga ou descarga excessiva de células individuais.

Além disso, os problemas de aumento de temperatura dos módulos devem ser resolvidos por meio do projeto de sistemas de gerenciamento térmico razoáveis para garantir que os módulos operem dentro de faixas de temperatura adequadas sob diversas condições. Além disso, a estratégia de aplicação de BMS em módulos deve ser estudada exaustivamente para obter gerenciamento e proteção precisos. Este é, sem dúvida, um campo profundo e abrangente, que exige que os profissionais acumulem conhecimento continuamente e aprofundem sua compreensão por meio da prática.

Em fábricas de baterias de nova energia, o desenvolvimento de células é como uma maratona longa e complexa. Se os profissionais tiverem a oportunidade de acompanhar um projeto na íntegra, participando ativamente de todas as etapas, desde a análise da demanda e o desenvolvimento do produto até a manutenção da aplicação, poderão não apenas dominar completamente as habilidades de desenvolvimento de células e acumular uma rica experiência, mas também obter uma grande sensação de realização quando o produto chegar ao mercado com sucesso e atender às necessidades do cliente.

É claro que esse processo também é repleto de desafios. Horas extras se tornam a norma e a pressão do trabalho é significativa. No entanto, é por meio de desafios tão intensos que os profissionais continuam a crescer e a contribuir para o desenvolvimento próspero da indústria de baterias de nova energia.

No TOB NOVA ENERGIA , apoiamos o desenvolvimento de células em todas as etapas - desde a linha de laboratório de baterias, configuração da linha piloto de baterias até a escala completa soluções de linha de produção de baterias . Nós fornecemos uma ampla gama de materiais de bateria , apoiado por especialistas suporte técnico de baterias para tecnologias emergentes, como baterias de estado sólido, íons de sódio e lítio-enxofre. Aguardamos que mais colegas compartilhem suas experiências na seção de comentários para, juntos, aprimorarmos nossa compreensão das responsabilidades no desenvolvimento de células.