创物志| 宝马530Le——CATL的转型之战

原创 2018-04-09 宁德时代新能源 CATL宁德时代新能源
        3月30日，宝马在中国布局的又一款新能源车型——530Le插电混动版上市了，至此，宝马品牌在中国的新能源产品阵营已扩大到了6个车系。
 
        对于CATL人来说，每个月都会有那么几款配套自家电池的新车型上市。但在众多值得欢庆的时刻中，这一次，是有些特别的。
 
        因为，这不仅仅是和宝马合作的第4款车型的上市，也不仅仅是一个内部最高奖项的荣誉。BMW 530Le，内部项目代码G38，简简单单几个字母与数字，它们的背后——

是一个行业难题的突破性解决方案，
是缔造出30多个专利成果的智慧，
也是CATL从无名小卒到世界一流公司华丽转身的关键节点。

01
还没开始就输了？
        CATL与宝马的合作，始于2012年。在2013年末，第一款合作车型华晨宝马之诺1E也顺利上市了。有了这番顺利磨合，或许在外界看来，作为第一家配套国际车企的中国电池企业，CATL似乎已将宝马供应链的“入场券”握在手中。
 
        但事实远非想象中的那般顺利。
 
        2014年初，CATL刚介入这个项目供应商甄选时，韩系电池企业就已完成了第一轮送样，而宝马给候选供应商设置的送样截至时间，就在三周后。CATL必须在三周内完成电芯的首次出样，否则将失去该项目供应商的甄选资格。而当时，CATL连符合设计要求的电芯雏形都还没有，一切都还是零。
 
        这意味着，很有可能比赛尚未开始，CATL就输在了起跑线上。
 
        “太难了！”即使是现在，宝马项目负责人，朱博，想起这个近乎不可能的任务时，依然会捏一把汗，“20天，把电芯造出来，还要顺利运到德国交到客户手上，太难了！正常来说，完成一次电芯出样，就至少需要2个半月。”
 
        不凡的经历，从开始就注定了它的不凡。如此艰巨的一个任务，并没有难住奋斗的CATL人。
 
        一支由十几位技术精英组成的核心团队应运而生了。团队连续熬夜攻关，仅两天就把电芯设计方案确定了下来；正常的电芯开模时间太长，就立即做方案优化，最终成功将开模时间从50天缩减到了15天。
 
        完成电芯的快速出样，不是仅靠CATL内部集中突破就能解决的问题，还需要供应商的帮忙，比如说电芯顶盖的制造。电芯顶盖是电芯级别机械件中最复杂的一个，它把关了电芯的安全命门。在这个不到40平方厘米的铝片上，包含了电芯的安全阀，绝缘件，极柱等十几个精密器件，甚至其大小，都需经过周密的计算。在CA TL确定顶盖设计方案后，还需交由供应商进行实际生产。
 
        为了不让任何一个环节掉链子，产品开发吴总和质量总监孙总亲自监工，而负责电芯设计的李经理更是在供应商处驻厂了两个星期，沟通一个零部件的制作细节，并与供应商及时修改方案。
 
        终于，在三周内，CATL完成了电芯制成。


 
        为了和时间赛跑，这批样品电芯一下产线就被运往了德国。和这批电芯一同从中国出发的，还有三个工程师，包括朱博自己。
 
        “当时，我们自己背着一个包，把电芯测试的常规仪器背到德国去，在我们的德国办公室里进行最后的电池测试。我们三个人日夜不休地测了三天，最后确定这两百个电芯均性能良好，这才放心的交付给宝马。”朱博回忆说。

后来者居上
02
        仅仅用了所需时间的一半，CATL就把第一批向宝马送样的电芯设计并制造了出来。并且，顺利通过了宝马的电池测试。
 
        虽然已经解决了一大难题，但真正的挑战才刚刚开始。
 
        2014年的动力锂电池发展路线还是以磷酸铁锂材料体系为主，三元材料虽然能量密度更高，但当时整个中国业界对于三元材料在锂电上的应用，都没有满足国标中对过充的要求。国标要求电池在200%SOC的情况下，电池不起火。但在当时的技术条件下，通常三元材料电芯充电至170%SOC时，化学结构就会坍塌，造成失效，最终带来安全隐患。
 
        其实，解决这个问题的原理并不复杂：只要让电芯过充到一定的程度时自动内部切断电源，处于一个安全的状态下不再充电，那么自然不存在过充起火的问题。但当时整个中国锂电行业，均没有解决这个问题的突破性办法。
 
        然而，韩系电池企业的过充解决方案已相当成熟。这让CATL一下陷入了被动的竞争局面。
 

 
        CATL电芯设计部的李经理指出：“这个问题最大的瓶颈，是位于顶盖上的安全装置。”原来，电芯出现过充情况时，本可利用内部产气，形成外短路，同时产生的大电流可将电芯内部正极端的保险丝熔断。如此，即可切断电芯内部电源。但这股大电流可高达5000A，其产生的热量可轻易熔断一把扳手。对于当时的过充安全保护装置而言，很难负荷如此大的电流。
 
        为了解决三元电芯的过充问题，产品开发吴总亲自带队研发，先后尝试了二十多种方案。即使凌晨已至，如果有需要，吴总还会亲自跑到实验室里了解样品的测试数据。“甚至有一次，我从样品生产线上下来已经是凌晨一点多了，还看到吴总带来两个工程师赶去实验室看结果。”当时不顾一切的奋斗画面，对朱博来说依然历历在目。
 
        一遍又一遍的设计，模拟，测试，推翻，再设计，再模拟，再测试……在苦心钻研了3个月后，一项颠覆国内锂电行业的技术成果诞生了。CATL通过巧妙的变截面设计，使顶盖上的安全装置既能在140%SOC过充情况下顺利形成短路，又能完美负荷超过5000A的大电流。
 

       这一看似简单的改变，实际上是超过35项专利的智慧结晶。这一成果后来被应用到了CATL所有的三元电池产品上，随后更被业界广泛采用，推动了三元材料在动力锂电池上的使用。
 
        解决三元电芯的过充问题，只够与韩系电池企业在技术上比肩，真正让CATL产品脱颖而出的，是比对方优异的循环寿命。这款电芯经过了5000次充放电的测试，确保即便是完全充放电5000次之后，还能有80%以上的电池容量。这就意味着如果每天完全充放电一次，在13年的时间内，电芯的性能几乎没有变化，这在同类电芯中是没有的。
 
        最终，这款能力密度高达165Wh/kg、循环寿命达5000次的插电式动力电芯成功获得了宝马的认可。


 
       G38项目，给CATL带来了一笔可观的订单，产出了近40项专利，锻造了一批日后成为CATL中流砥柱的人才，但它带给CATL的，远不止此。
 
        经历过这个时期的CATL人都认同这样一个说法——在这次项目的洗礼下，CATL开始从一家追随浪潮的中国锂电制造企业，走向世界一流的锂电研发制造企业。
 
        “对我个人而言，我第一次知道了动力锂电池的开发到底意味着什么。”朱博说，“以前，我们可能是只知道如何去尽力满足客户的需求，但从G38这个项目开始，我们知道了如何正确的理解客户需求，如何主动的创造真正合适的解决方案。在这个前提下，我们才真正得到了客户的认可，成为真正能够参与全球竞争的锂电供应商。”