新能源汽车来势汹汹 揭开动力电池研发背后的秘密

导语

在雾霾当道，煤、油价格日趋走高，汽车行业快速发展的今天，电作为可重复使用的低价无污染能源，其应用正日益广泛，这也带动了新能源电池行业的快速发展。
普莱德在仿真技术的使用方面，与其他电池PACK厂商相比处于较为领先的位置，普莱德建立了专门面向仿真和安全的团队，并能与工程技术中心的其他部门协同工作。目前，普莱德联合多维汇通、ANSYS正在逐步建立面向多学科的仿真平台。

2017年6月，北汽新能源与普莱德签订2017年度战略采购合同，根据合同约定，北汽新能源拟向普莱德采购动力电池系统，总金额为36.89亿元；7月17日，北汽福田签订了一项2017年度动力电池战略采购合同：福田汽车将在2017年内向普莱德下发5500台商用电动汽车用动力电池系统采购订单，总金额为人民币9.5亿元。

这是新能源汽车电池领域新秀——普莱德过去几个月中两笔重要的订单，也是过去几年普莱德取得跨越式发展的一个缩影。

座落于北京市采育经济技术开发区的普莱德是一家新能源电池领域的科技企业，成立于2009年的普莱德经历了最初几年的技术积淀，从2014年开始以厚积薄发的态势取得了高速发展——2014年营业额2.47亿、2015年营业额11.14亿、2016年营业额超过40亿，这其中既有新能源汽车行业快速发展给动力电池领域带来的利好，更得益于普莱德在技术领域长期的储备和持续的投入。


普莱德新能源电池科技有限公司

专业化分工，成动力电池产业大势所趋

在雾霾当道，煤、油价格日趋走高，汽车行业快速发展的今天，电作为可重复使用的低价无污染能源，其应用正日益广泛，这也带动了新能源电池行业的快速发展。以新能源汽车为例，目前中国是世界电动汽车产销量最大的国家，也是世界电动汽车标准法规的重要参与与制订国家。

随着传统车企对新能源零部件研发投入的增大，车企逐渐开始通过合资、参股、自建、共同研发等手段进入三电（电池、电机、电控）的研发领域，采取后向一体化战略，从传统车企向新能源汽车企业转型。其中比亚迪、长安新能源长期坚持关键零部件自行研发生产，掌握三电系统的研发；北汽通过普莱德、BESK、北汽新能源、江铃新能源自建三电实验室掌握三电系统的研发生产，奇瑞合资欣旺达组建奇达，江淮合资华霆动力，吉利康迪自建康迪新能源掌握电池的研发生产；众泰新能源自建金坛新能源基地，掌握电机、电控的研发生产。

可以说，新能源汽车产业的蓬勃发展，给动力电池领域的发展注入了强心剂。现阶段，国内市场上从事动力电池系统设计、研发、生产、销售与服务的企业主要有三种类型：

第一类是传统主营生产电芯的企业，它们将动力电池系统作为企业的附属服务业务，包括时代新能源、国轩高科、中航锂电、沃特玛等企业；
第二类是主营业务为新能源汽车生产和销售的厂商，动力电池系统为其上游配套产品，代表企业为比亚迪、长城汽车、江淮汽车等；
第三类是专业从事BMS（电池管理系统）设计、生产和动力电池系统的企业，包括普莱德、上海捷新、华霆动力、欧鹏巴赫、德赛等。

有数据统计，目前约60%的电池系统由电芯生产企业自己完成，剩余约40%由整车厂和专业的第三方电池系统企业完成。但这一格局正在发生着变化——动力电池系统的定制化程度很高，针对不同整车厂商的不同车型，动力电池系统的性能参数和指标要求差别较大，这意味着在新能源汽车领域，专业的第三方电池系统企业正在崛起，占据越来越大的市场份额。

普莱德近两年的业绩也印证了这一趋势，其高速增长的势头一方面得益于新能源汽车市场带动的动力电池系统需求增长，另一方面则得益于动力电池行业发展带来的专业化分工日益清晰。

在国内动力电池市场竞争异常激烈的局面下，普莱德本着绿色设计、绿色制造的目的，不断推陈出新，生产的动力电池包安全、优质、高效、环保，在众多竞争者中脱颖而出，成为新能源电池行业的一支新秀。

技术创新，新能源电池行业制胜关键

过去10年，动力电池技术的进步催生了许多新兴产品涌现，新能源汽车、无人机……它们的普及和发展全都离不开电池技术的进步。

随着动力电池的技术能力不断突破，成本也不断降低，从2007年左右的7000元/ kWh降至2015年的略高于2000元/ kWh，约3～4年成本就会下降1倍。有调研显示，2017年，锂电池的价格至少会下降15%，而在过去5年已经下降了70%。这意味着，随着价格的降低锂电池会越来越普及、越来越流行，另一方面，作为新能源电池的生产企业，对前沿技术的储备与研发、以及工程技术的创新，将成为影响企业发展的关键。

在成立之初，普莱德就定为于技术驱动型公司，每年都会投入大量研发费用，包括大型充放电设备、环境可靠性测试设备, 安全性测试设备, 焊接设备、测试柜、工作站、高精度仪表等研发设备的采购及更新。同时，还成立了专门的工程技术中心，包括工程部、研发中心、分析测试中心、材料中试基地等8个主要部门，研究的领域涉及电芯、电池模组、电池系统、电池材料、动力电池制造技术等多个方面，主要开展系统可靠性、系统安全性、系统寿命、轻量化、动力电池材料性能、动力电池制造技术等研究工作。


普莱德研制的新能源动力电池

普莱德研发中心仿真研发经理林治家博士告诉记者，过去几年，普莱德制定了合理化研发经费投入机制，不断加强企业技术研发能力。林治家介绍：“普莱德拥有强大的研发团队，对于系统集成方面有多年沉淀的经验，同时，在结构设计、热管理、仿真分析、BMS等方面拥有多年的技术储备，能够完全满足客户的各种需求；普莱德还积极开拓储能、移动充电、梯次利用等市场，具备电池全生命周期利用的能力，能够实现电池价值最大化；普莱德拥有最优质的供应商：CATL、亿能、力高、安费诺等国内知名电芯、BMS、线束、接插件厂商，严格的供应商管理层层把关，保证了良好的品质。”

在林治家看来，相比国外的先进水平，目前国内的动力电池技术主要在电芯层级比能量、均一性和使用寿命上有所不足。但国内企业的优势是依托国家大力支持和市场浪潮，快速提高自动化生产水平，通过原材料、生产方面的提升来缩小差距，随着电池基础技术的不断革新，最终定会形成综合竞争力世界领先的电池产品，参与到全球市场的激烈竞争当中。


普莱德研发中心仿真研发经理林治家接受记者采访

仿真技术，为普莱德产品创新提供重要支撑

在支撑普莱德实现快速发展的技术创新中，工程仿真技术起到了不可或缺的作用。

首先，仿真技术可以对设计结果提供充分的检验判断。以结构仿真为例，仿真结果能直观提现出产品各部位的质量问题，常规的测试只能通过应变片等测量单元获得特定部位的应力应变，但是无法获得产品整体应力情况，也无法获知产品的传力路径及诸多危险部位。在产品不合格时，测试也无法准确找到结构破坏的关键所在以及潜在的其他可能破坏区域，只能通过经验来判断。仿真技术能针对产品的结构进行验证，获得全局性的结果，从而能准确找到结构件的薄弱环节和潜在薄弱环节，给出优化方向，保障最终产品有效通过各种检验标准。

其次，仿真技术还能应用于设计初期，发挥更大的价值。譬如在一些新的方案或初始设计阶段就经由仿真技术进行验证，可以大大优化设计过程，减少样品测试循环的时间和成本投入。比如某款电池包产品，在最初设计阶段就通过仿真发现其吊点设计不合理，经过与客户量化的讨论，很快重新确认了设计包络，避免了充分设计后再解决问题的尴尬，为双方节约了研发时间和成本。

林治家告诉记者，普莱德在仿真技术的使用方面，与其他电池PACK厂商相比处于较为领先的位置，普莱德建立了专门面向仿真和安全的团队，并能与工程技术中心的其他部门协同工作。针对整车厂关心的多工况、多目标下的强度、刚度、振动、加热散热、寿命等问题，普莱德均可以通过仿真提供快速响应和基于全局结果的准确预测，为设计优化和判断提供充分支持。

举例来说：在一款新的动力电池设计过程中通常会经过3-4版循环才能最终定稿，而每次修改都存在2-3个可能的方案，如果采用试验验证，开模成件和试验需要20-30天，而通过ANSYS Mechanical、ANSYS Fluent等技术的应用只需要几天甚至几个小时，同时节省了大量开模和试验成本。

动力电池作为一个新兴领域，其设计方案基本上是定制化需求，缺乏标准化整合。同时，其设计理念甚至原则都随着电芯产品的发展和新能源汽车的变化而持续进化，产品时效性要求极为严苛。针对此种现状，采用仿真辅助设计对于成本和时间上都是最好的选择。而动力电池包的仿真，需要包括结构、流体、电磁等多场问题，因此，一个通用性强、领域广泛、使用方便的仿真平台是最合适的选择。

林治家介绍，普莱德联合多维汇通、ANSYS正在逐步建立面向多学科的仿真平台。ANSYS作为融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可以针对产品的各个方面性能进行有效的仿真分析。而且ANSYS仿真平台经历了长期的发展和优化，对于软件易用性、通用性的开发和多领域的技术应用及支持都保持着领先地位，在市场占有率方面也长期处于领先地位，选择ANSYS软件平台作为仿真的工具，是兼顾目前使用和未来拓展的最优选择。

除此之外，普莱德也在持续推动其他IT系统的建设和深化应用。基于动力电池行业生产特征和产品特殊性要求，普莱德对于产品智能化、数字化、自动化生产和产品全生命周期（覆盖研发、测试、生产、维护各个阶段）的质量追溯方面始终非常重视，在两化融合领域的建设也一直紧随时代潮流，切合管理特点，制订了较完善的信息化战略规划，正在规划和建设相对完善的信息化业务体系。