充电速度、续航里程、放电性能、安全系数……关于电动自行车电池,你所关心的各种性能,都跟电池设计师的研究和工作有关。
最近,天能集团上新了天冠系列8款高性能电摩电池,这些电池创新性突破微纳铅碳、E2E智能制造和G for X石墨烯三大关键技术,提升电池高功率循环、高效率快充和大电流放电性能。而其背后的主导设计师是一位1994年出生的年轻小伙。
小电池大能量
刚见到徐寅洲时,似乎很难将面前这个看起来略显青涩的年轻人与电池结构设计工程师的头衔联系起来,更难以想象天能集团最新发布的“天冠”系列电池正是出自这位年轻工程师之手。
谈及自己的工作,徐寅洲介绍道:“电池结构设计过程包括材料研究、结构调整以及板栅和细节优化等方方面面的内容。”
“并且电流是肉眼看不到的,所以我们结构设计师的工作就是借助仿真模拟、三维技术等各种工具和技术进行结构设计,包括电池中的散热片、板栅,还有整个电池的散热面,以及细节的优化等等。”徐寅洲进一步解释道。
一款创新产品的研发过程无疑是艰难的,因此,在“天冠”系列电池的研发过程中,徐寅洲和他所在的电池结构设计团队投入了大量精力。
首先是对于板栅的创新设计。徐寅洲和团队通过仿真模拟和实验相结合,设计出了一款新型板栅。这种板栅的阈值提高了20%以上,因此强度比普通板栅更高,电流分布更均匀,同时充放电性能也大大提升。
其次是新材料的技术突破。高电流持续放电对于材料的要求很高,为此,徐寅洲和团队成员先后尝试了很多种材料,最终采用了粒子强度更高、导热性能也相对更好的新型高分子ABS材料。
确定新材料以后,他又通过仿真技术分析,增加了外观强度,使产品拥有耐高温、耐腐蚀优势,并和团队一起创新性突破微纳铅碳、E2E智能制造和G for X石墨烯三大关键技术,提升电池高功率循环、高效率快充和大电流放电性能。
此外,非常值得一提的是,在徐寅洲所获得的11项个人专利中,有2项在这一研发过程中得到了应用——“天冠”系列电池所配备的高强度板栅和加强型底壳,就是出自他的专利设计。
谈及天冠系列电池的优势,“在行业内同规格的电池中,天冠系列电池的容量更大,放电功率比同行业其他电池起码高了10%以上,而且电池的寿命、耐低温性能,以及体积与能量比都可以做到行业领先。”徐寅洲一脸骄傲地说。
“精锐部队”创造的奇迹
在徐寅洲的日常研发工作中,根据公司统一要求进行自主研发的产品大概只占20%-30%,更多的则是要根据不同客户的需求进行定制设计。
而在这个过程中,不同客户的需求自然不同,“有时会遇到一些比较奇怪的需求,甚至有些电池可能会设计得比较异形。”徐寅洲调侃道。
谈及究竟能有多“异形”,徐寅洲介绍道:“比如之前的老款电池,正常情况下电池容量是12伏,但有些厂家要求设计成16伏的,那么这种电池就会又长又宽,同时高度也会更高。”
除此之外,还要处理接线口位置的调整。徐寅洲拿起放在桌面上的一个电池模型,边比画边解释道:“常规款的电池接线口大多是呈对角分布,但有些客户要求设计成同侧分布,这时我们就需要改变内部的线路去满足客户的需求。”
然而,在如此复杂的工作背后,与多数人想象中的大型团队不同,徐寅洲所在的电池结构设计团队,包括他在内只有两位成员。“除了我以外还有一位十几年的老员工,整个电池结构设计团队其实就我们两个人。”
但就是这样一个小小的二人团队,却创造出了破纪录的奇迹。
通常而言,一款新的电动车电池产品的设计开发周期与项目需求、难度相关,短的3周,长的则要3-4个月甚至半年以上。
因为电动车电池在电动车做3C认证过程中起到了非常重要的作用,所以为了在激烈的市场上抢占先机,加快电池开发速度将对电池后续市场占有率起到关键作用。
“记得之前有一次,在研发当时市面上没有的5公斤以下轻量化电池时,为了缩短研发周期,我们团队将原本的图纸设计时间压缩了一半,两天不到就完成了产品结构设计工作。”徐寅洲回忆道。
之后,为了加快进度,他马不停蹄赶到精工科技公司并直接驻扎在那里,同车间技术人员一起进行模具调试,试模后又第一时间完成塑壳验收,出具产品合格报告。就这样,通过3D打印技术代替传统工艺的创新性应用,开模时间也大大缩短。
正是得益于这支“精锐部队”的超高效率,整个项目的设计、验收、上市只花了两个月左右的时间。这不仅比预计时间提前了一个月,还打破了天能历史上产品从研发到上市的最快纪录。
最终,在其他品牌的产品还未上市时,天能的这款电池就已上市两个多月。
尽管拥有如此出色的成绩,徐寅洲依然十分谦虚,“产品设计本身的工作量不算太大,每年推出的产品种类也不算太多,所以只有两个人做产品设计的工作,但其实还有更多同事在做电池材料、工艺等方面的工作,所以这是我们所有人共同努力的结果。”
源于儿时的工程师梦想
“哪个男孩小时候没有过想要造车的念头?”谈及儿时梦想,徐寅洲的热忱依然无法掩盖。但令他没有想到的是,有一天梦想真的会照进现实。
1994年出生的徐寅洲是一位江西小伙,“我的老家在江西一个不太发达的地方,那里也没有什么大型的机械化工厂。我童年的大部分时间,要么是自己在田里玩,要么就是跟村里的其他小孩一起玩。”
但也是在童年时期,徐寅洲接触到了一些像电动小马达、电动小汽车之类的电动玩具,而这一切都令他感到十分新奇,“我会好奇它们为什么会动,又是如何运作的?”
读中学期间,徐寅洲接触到了一些电能驱动机械运行的知识,这使他认识到,有一种看不到的东西在驱动着机械运行,而这种东西就是“电能”。对于徐寅洲来说,这种“无中生有”的过程很奇特,自然而然的,这也极大地激发了他对于机械的兴趣。
2018年,徐寅洲大学毕业,主修产品设计。毕业后,他的第一份工作是在海信集团做空调设计,而这与他儿时的梦想还存在着一定的差距。于是,一年多以后,徐寅洲入职天能集团,至今一直在天能集团从事电池结构设计工作。
“之所以选择进入天能集团做电池结构设计师,一方面是由于天能发展的前瞻性,另一方面也是因为小时候的梦想。毕竟电池是电动车的“心脏”,现在的我离梦想又近了一步,也算是没有遗憾了。”
进入天能集团的四年间,徐寅洲一边学习成长,一边结合公司战略进行研发设计。
“刚进入公司时,发现实际应用的设计软件与在学校学的很不一样,所以刚来到公司的前三个月我几乎是从零开始去学习和琢磨新软件的使用。”
徐寅洲提到,初入天能的那段时间,他几乎每天晚上下班后都会自学到十二点,就这样练了半个多月才算正式上手了。
此后,秉持着这种学习和钻研的精神,他 在电池结构设计领域不断深耕,打造出A6、领跑、超跑、石墨烯等系列产品,还主导设计并成功推出了真黑金电池、天冠电摩电池等一系列备受市场青睐的爆款产品。
如今,搭载由他主导设计的“天冠”系列电池的电摩正行驶在G318,迎面而来的是自由的风,也是技术创新的风。只要风不停歇,铅电的未来依然有无限可能,而这位年轻的“电池男孩”的前途,同样不可限量。
对话
铅电技术攻关难点与优势
橙柿互动:与锂电技术相比,铅电技术有哪些攻关难点?
徐寅洲:化学方程式已经决定了铅的单个分子量比锂大了十几倍,所以铅电电池的重量自然也会更大,这是无法改变的事实。
橙柿互动:针对这一问题目前有突破吗?
徐寅洲:我们天冠系列电池在体积与能量比上相较行业内同规格电池领先了很多。正常行业内这种规格的电池最多做到23ah,而我们已经能做到26ah了。
橙柿互动:铅酸电池的优势有哪些?
徐寅洲:与其他电池相比,铅酸电池回收成本低,回收利用率高,可以达到99%以上,安全性也更好。
天冠系列电池的创新与突破
橙柿互动:天冠系列电池研发过程中涉及到哪些关键技术?
徐寅洲:我们采用了新型 ABS材料,还通过仿真模拟和实验结合设计出了一款强度更高的新型板栅。
橙柿互动:新型材料有哪些优势?
徐寅洲:高电流持续放电对于材料的要求很高,而我们采用的新型 ABS材料粒子强度更高、导热性能也相对更好,且具有防火性能,因此能够有效降低安全隐患。
橙柿互动:仿真模拟技术的作用?
徐寅洲:通过仿真模拟我们可以测试产品的极限。比如不断增高施加给板栅的电压,就可以观察到板栅的熔点,再据此针对性地改进材料与结构。通过这一技术,我们成功将板栅阈值提高了20%以上。
跨界学习不能停
橙柿互动:研发过程中有没有灵感枯竭的时候?如何突破?
徐寅洲:有。比如有些时候面对一些不切实际的需求,一开始会很懵,不知道该怎么办,这时大家就会开会讨论,集思广益。
此外,不断地学习也非常重要。比如我经常浏览一些产品设计类的网站,看看有没有什么好的方案可以借鉴,其实不仅仅是电池,像电脑、音响这类产品的造型、结构、线条弧度都是具有参考价值的,只要稍作调整,或许就可以应用在电池结构设计的过程中。
橙柿互动:“跨界”学习能为设计提供什么样的灵感?
徐寅洲:如今市面上最常见的电池密封工艺是使用超声波高频振动进行焊接,小部分使用的是胶封,也有一部分会使用热封。但在一些网站或是一些新的专利中,可能会出现密封效果更好的新材料或是新工艺。比如之前我们看到有些手机的后盖结构中有倒扣的设计,而这种方案在电池设计中从来没有使用过。在倒扣装置的操作过程中,直接使用压板设备可以实现密封流程的自动化,不仅生产时间缩短了,人力成本也会降低。不过原有生产工艺的改变并不是一蹴而就的,因此倒扣设计目前还未大规模投入生产使用,但我已经将这个创新点写进了战略方案中。