Kernaufgaben der Batteriezellenforschung und -entwicklung

I. Präzise Dekonstruktion der Aufgabenziele

Die Dekonstruktion von Aufgabenzielen ist ein grundlegender Aspekt der Zellentwicklung. Ob bei der Entwicklung neuer Produkte oder der laufenden Wartung von Massenprodukten – eine klare und logische Aufschlüsselung der Ziele ist entscheidend. Komplexe Indikatoren müssen geschichtet und verfeinert und anschließend systematisch den relevanten Abteilungen zugewiesen werden. So wird sichergestellt, dass jede Abteilung ihre Ausrichtung und Prioritäten versteht.

Wenn eine Abteilung ihre zugewiesenen Ziele nicht erreicht, ist die Verantwortlichkeit klar. Umgekehrt gilt: Wenn alle Abteilungen ihre aufgeschlüsselten Ziele erfolgreich erreichen, das Gesamtziel jedoch nicht erreicht wird, muss neu bewertet werden, ob die Zielaufschlüsselung der Zellentwicklungsabteilung voreingenommen oder unangemessen war.

Bei der Entwicklung von Zellen mit hoher Energiedichte muss das Energiedichteziel beispielsweise in spezifische Aspekte wie die Auswahl des Materials für die positive und negative Elektrode, die Gestaltung der Elektrodendicke und die Elektrolytformulierung unterteilt werden. Diese Aufgaben werden den Abteilungen für Materialforschung und -entwicklung sowie Prozessdesign zugewiesen.

In größeren Batterieherstellern beginnt die Zellentwicklung mit der Berücksichtigung der Kundenbedürfnisse. Nach einem tiefen Verständnis der Kundenanforderungen an Zellleistung, -größe und -kosten in verschiedenen Anwendungsszenarien wird eine umfassende und detaillierte Zielzerlegungsanalyse durchgeführt. In kleineren Batteriefabriken kann das Top-Management zwar die wichtigsten Ziele und Strategien direkt vorgeben, aber Nachwuchskräfte können dennoch die Methoden und die Logik der Indikatorenzerlegung anhand der OKRs (Objectives and Key Results) des Unternehmens erlernen. Dieser Prozess hilft den Mitarbeitern nicht nur, die strategische Gesamtausrichtung des Unternehmens zu verstehen, sondern bietet ihnen auch Orientierung auf Makroebene für ihre Arbeit.

II. Rigoroser Produktentwicklungsprozess

(1) Bedarfsorientierte Entwurfsplanung

Zu Beginn der Entwicklung eines neuen Produkts müssen die strukturellen Abmessungen der Zelle präzise auf Grundlage der Kundenanforderungen entworfen werden. Verschiedene Anwendungsszenarien, wie Elektrofahrzeuge, Energiespeicherkraftwerke und Unterhaltungselektronik, stellen sehr unterschiedliche Anforderungen an die Zellgröße. Gleichzeitig müssen umfassende und präzise elektrische Leistungsindikatoren basierend auf den Merkmalen des Anwendungsszenarios festgelegt werden, darunter Energiedichte, Lade-/Entladerate, Zykluslebensdauer und Selbstentladungsrate.

So müssen beispielsweise bei Zellen für Elektrofahrzeuge die Energiedichte und die Lade-/Entladeraten im Vordergrund stehen, um die Anforderungen an große Reichweite und Schnellladung zu erfüllen, während bei Zellen für Energiespeicherstationen der Schwerpunkt eher auf Zyklenlebensdauer und Sicherheit liegt. In der Entwurfs- und Planungsphase ist zudem die Zusammenarbeit mit den Systemabteilungen unerlässlich, um umfassende Systemlösungen zu entwickeln, die auch Qualitätsmanagementsysteme und Produktionsprozesssysteme umfassen und so eine solide Grundlage für die spätere Musterproduktion schaffen.

(2) Musterproduktion und iterative Optimierung

Nach Abschluss der Designplanung geht der Prozess schnell in die kundenspezifische Batterieausrüstung Musterproduktion. Jede Runde der Musterproduktion muss strenge und umfassende Tests durchlaufen, darunter Tests der elektrischen Leistung, Sicherheitstests und Tests zur Anpassung an die Umweltbedingungen. Basierend auf den Testergebnissen werden Design- und Prozessparameter umgehend angepasst, und die nächste Validierungsrunde beginnt. Dieser iterative Prozess wird so lange fortgesetzt, bis die Leistungsziele der Zelle perfekt erreicht sind.

Sobald die elektrische Leistung der Zelle den Standards entspricht, ist eine weitere Validierung erforderlich, wenn das Endprodukt ein Systemmodul ist. Module bestehen aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Zellen, wobei komplexe Faktoren wie Zellkonsistenz, Wärmemanagement und elektrische Verbindungen berücksichtigt werden müssen.

Für Neueinsteiger in die Zellentwicklung besteht die Hauptaufgabe zunächst darin, Batterieproduktionslinien . An der Produktionslinie können Neueinsteiger den gesamten Herstellungsprozess von Zellen im Detail visuell erlernen, vom Rohmaterial bis zum fertigen Produkt, einschließlich wichtiger Schritte wie Elektrodenbeschichtung, Wickeln oder Stapeln, Elektrolytinjektion und Verkapselung.

Mit zunehmender Erfahrung können Neueinsteiger nach und nach die Rolle des Versuchsleiters übernehmen und die volle Verantwortung für die Zellproduktion und die Standardisierung der Prozessberichte übernehmen. Nach Fertigstellung der Proben fungieren sie als Auftraggeber, senden Proben an professionelle Prüfinstitute und erstellen auf Grundlage der Testergebnisse detaillierte Fachberichte.

Beim Begleiten von Produktionslinien sind verschiedene Probleme vor Ort unvermeidlich, wie Materialfehler, Prozessschwankungen und Geräteausfälle. Dies erfordert kontinuierlichen Erfahrungsaufbau, um die Problemlösungskompetenz schrittweise zu verbessern. Dieser Prozess umfasst auch Validierungsarbeiten für verschiedene Batteriematerialien. Auch wenn sie nicht so spezialisiert sind wie Fachleute in der Materialabteilung, können Neulinge dennoch grundlegende Eigenschaften und Anwendungsgrundlagen verstehen.

Für getestete Zellen ist eine Teardown-Analyse oder eine andere Fehleranalyse erforderlich. Obwohl diese nicht so detailliert ist wie die von professionellen Fehleranalyseabteilungen, können dennoch wichtige Informationen zur Produktoptimierung extrahiert werden.

III. Formulierung einer wissenschaftlichen Produktanwendungsstrategie

(1) Performance-Exploration und Strategieformulierung für neu entwickelte Produkte

Neu entwickelte Zellprodukte müssen eine Reihe umfassender und eingehender grundlegender elektrischer Leistungstests durchlaufen, darunter Kapazitätstests, Innenwiderstandstests und Zyklenlebensdauertests bei unterschiedlichen Temperaturen und Lade-/Entladeraten.

Auf Grundlage dieser Tests werden detaillierte Basismatrix-Testergebnisse generiert und präzise Tabellen zur Begrenzung des Lade- und Entladestroms erstellt. Diese Tabellen dienen als wichtige Referenz für die anschließende Entwicklung einer BMS-Strategie (Battery Management System). Das BMS muss die Lade- und Entladeströme basierend auf den Zelleigenschaften angemessen steuern, um einen sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten.

Bei Zellen mit potenziellen Materialsystemmängeln oder nicht vollständiger Einhaltung von Standards müssen die Teststrategien flexibel angepasst werden. Beispielsweise kann bei Zellen, die zur Ausdehnung neigen, eine Vorspannkraft angewendet werden, um die Ausdehnung zu unterdrücken und die Leistung sicherzustellen. Bei Zellen mit geringerer Ladungsaufnahme können schrittweise Lademethoden ausprobiert werden, um die Ladeeffizienz zu verbessern.

(2) Wartung und Optimierung von Massenprodukten

Die Wartung in der Massenproduktion ist komplex und kritisch. Sie kann die Validierung kostensparender Materialersatzprodukte und die Suche nach kostengünstigeren Rohstoffen ohne Kompromisse bei der Produktleistung beinhalten und so die Wettbewerbsfähigkeit am Markt steigern. Gleichzeitig müssen alternde Zellen einer Validierung ihrer Lade- und Entladefähigkeit unterzogen werden, um die Lücke zwischen der tatsächlichen Betriebslebensdauer und der Lebensdauer im Labor zu ermitteln. Dies liefert Daten, die die Vorhersage und Optimierung der Produktlebensdauer unterstützen.

Darüber hinaus erfordern Kundenbeschwerden eine Reproduktionsvalidierung, eine gründliche Ursachenanalyse und praktische Verbesserungsmaßnahmen. Diese Aufgaben variieren je nach Geschäftsschwerpunkt des Unternehmens und den Kundenbedürfnissen.

Für Neueinsteiger bedeutet die Produktanwendungsphase vor allem, spezifische Testverfahren zu erlernen und den Zweck und die Designprinzipien jedes Testschritts gründlich zu verstehen. Nach der Beherrschung der Testmethoden sind eine genaue Datenverarbeitung, eine gründliche Analyse der Testergebnisse und die Erstellung professioneller Fachberichte erforderlich. Handelt es sich bei den Produkten des Unternehmens um Module, müssen auch Modultests durchgeführt werden.

Modultests sind komplexer als Zelltests. Neben der Leistung der Zelle selbst müssen auch Konsistenzprobleme berücksichtigt werden, die durch die Reihen- oder Parallelschaltung mehrerer Zellen entstehen. Dadurch wird sichergestellt, dass Parameter wie Spannung, Kapazität und Innenwiderstand beim Laden und Entladen zwischen den Zellen ähnlich sind, wodurch eine Überladung oder Tiefentladung einzelner Zellen verhindert wird.

Darüber hinaus müssen Probleme mit dem Temperaturanstieg der Module durch die Entwicklung geeigneter Wärmemanagementsysteme gelöst werden, um sicherzustellen, dass die Module unter verschiedenen Bedingungen in geeigneten Temperaturbereichen arbeiten. Darüber hinaus muss die Anwendungsstrategie des BMS in Modulen gründlich untersucht werden, um eine präzise Steuerung und einen präzisen Schutz zu gewährleisten. Dies ist zweifellos ein tiefgreifendes und umfangreiches Fachgebiet, das von den Praktikern kontinuierliches Wissenserwerb und die Vertiefung ihres Verständnisses durch praktische Erfahrung erfordert.

In Fabriken für Batterien für neue Energien gleicht die Zellentwicklung einem langen und komplexen Marathon. Wenn Praktiker die Möglichkeit haben, ein Projekt vollständig zu verfolgen und an jeder Phase von der Bedarfsanalyse über die Produktentwicklung bis hin zur Anwendungswartung intensiv teilzunehmen, können sie nicht nur umfassende Kenntnisse in der Zellentwicklung erwerben und umfangreiche Erfahrungen sammeln, sondern auch ein großes Erfolgserlebnis erzielen, wenn das Produkt erfolgreich auf den Markt kommt und die Kundenanforderungen erfüllt.

Natürlich ist dieser Prozess auch mit Herausforderungen verbunden. Überstunden werden zur Normalität, und der Arbeitsdruck ist enorm. Doch gerade durch diese hohen Anforderungen wachsen die Praktiker weiter und tragen zur florierenden Entwicklung der Batterieindustrie für neue Energien bei.

Bei TOB NEUE ENERGIE Wir unterstützen die Zellentwicklung in jeder Phase – von der Batterielaborlinie über die Einrichtung einer Batteriepilotlinie bis hin zur Serienproduktion Lösungen für Batterieproduktionslinien Wir bieten eine breite Palette von Batteriematerialien , unterstützt von Experten Technischer Support für Batterien für neue Technologien wie Festkörper-, Natrium-Ionen- und Lithium-Schwefel-Batterien. Wir freuen uns darauf, wenn weitere Kollegen ihre Erfahrungen im Kommentarbereich teilen, um gemeinsam unser Verständnis der Aufgaben der Zellentwicklung zu verbessern.