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一分鐘看懂“刀片電池”

鉅大LARGE  |  點擊量:5568次  |  2020年05月04日  

從一月份百人會的首次曝光,到三月二十九日的正式亮相,毫無疑問,刀片電池的每一次出現都自帶熱點。


刀片電池優勢到底在哪里?“長板突出、短板顯著”的磷酸鐵鋰離子電池,有望依靠刀片電池技術重新奪回電動乘用車市場嗎?


01


比亞迪電芯的發展歷程


其實回顧一下,消費類電池起家,發展到汽車公司的比亞迪,一直都是磷酸鐵鋰離子電池的忠實擁護者,前兩年還一直宣傳其“鐵電池”。


但是正如我們上期提到的原因,在2016-2019年的這個窗口期中,由于市場需求和技術發展的雙重影響,假如不采用三元電池,根本無法參與市場競爭。所以其2019年銷售的主力車型,均采用三元電池。


但是,按照刀片電池公布會上所說的,比亞迪下一步會往磷酸鐵鋰方向走。雖然目前是三元和磷酸鐵鋰兩條產品線并行走,但從安全性、成本來看,比亞迪認為磷酸鐵鋰刀片才是優選路線。下降的能量密度,則通過電芯結構特性、提高成組率來補償。這也是刀片電池出現的起因。


02


為何要做刀片電池?


之前,主流車用動力鋰離子電池的發展思路是,從電芯組成模組,再把模組組成電池包。而CTP,celltopack,是從電芯直接到電池包的技術路線。它基于方殼電芯的特性,利用其剛度,結合整包的結構來對電池系統進行簡化。


電芯到模組,從模組到電池包,都會有轉換效率。就像得房率相同。傳統電池包的體積成組率大概在40-50%,質量成組率在65-75%,都存有很大提升空間。


但大家肯定會奇怪,既然會出現重量和空間的損失,那以前模組存在的意義是什么?為何要有中間商“賺差價呢?


因為模組有分組的功能,在制造、維修方面發揮重要用途。模組規格標準化之后,就可以兼容不同的供應商,將整體制造過程標準化。在維修方面,壞了一個電芯只要對一個模組,而不是整包進行更換。


但是,隨著電池技術進步,因電芯質量問題造成維修的需求變少了。而電動汽車續駛里程的上升,有關成組率要求卻越來越高。所以CTP技術出現了。


CTP,最早在CATL與北汽合作項目上出現,而比亞迪最近的當紅熱點——刀片電池,也是沿用此思路,只是特殊點在于,使用了磷酸鐵鋰的電芯,并且非常極限地將電芯做成了又薄又長的刀片狀。


由于電池的結構變化,使得托盤設計也徹底改變了。取消了電池殼體結構梁,而使用刀片電池的每個電芯殼體充當電池的梁,把電池系統的結構強度建立在電芯的結構之上。


并且借鑒蜂窩鋁板結構原理,上下兩面,黏貼兩個高強度板,形成蜂窩鋁板。把儲能件和結構支撐件相互結合在了一塊兒。


刀片電池通過結構創新,在成組時跳過“模組”,提高體積利用率,同樣的空間內裝入了更多電芯。


但刀片電池的出現并不突然,這可以算是比亞迪對電池第三代改進:


第一代電池,用在比亞迪王朝系列:是基于原有車型設計的,以秦EV為例,模組采用復合的模組,有幾種不同的形狀,為的就是盡可能塞更多塊電池。而且這個時候電芯容量也提高了,以NCM523和NCM622的電池為代表,電芯的容量從100Ah升級到135Ah。


第二代電池,用在e網車型:采用e平臺系統,這個時候開始,比亞迪就已經把設計思路,從上述的第一代,轉為了扁平化、單層模組方向。而且,重點是一套電池系統可以覆蓋多個車型,做到和驅動系統相同的模塊化,電芯容量依舊是135Ah。


而第三代電池系統,用在漢EV車型:就是這一代電池,賣點是平整化和安全性。目前公布的而這款電池,尺寸為2.4米*1.2米,高度方向上面可以做到110mm左右。


但是,刀片電池真的一刀切把所有問題都解決了嗎?


03


是否今后所有電池都要CTP?


在應用范圍方面,我們可以看到,漢EV的電池能量密度為140Wh/kg,但也僅僅是140。相比現在523電芯的160Wh/kg還是相差很多。假如523電芯應用了相關先進的成組技術后,能量密度會直逼180甚至200Wh/kg。


而且想把這款電池直接用在其他車型上是很難的。假如用在尺寸小一點的車上面,電池布置空間可能不夠,這時候就必須要疊二層來新增一部分電量。這樣高度上的優勢就被完全抵消掉了。


從產業鏈適配性方面,比亞迪假如想讓這個電芯參與國際競爭,與CATL同臺競技,恐怕要符合不同車企的平臺化需求,要做更多的修改,在長度方向上面做調整。從專利來看,比亞迪有長度從600mm-2000mm不同規格的刀片電池,但這樣就很難實現電芯的通用化。


換句話說,比亞迪這次公布會,更像把電芯作為一個產品,而車型是為了匹配電池誕生的。


另外,刀片在技術方面,最大的痛點就是碰撞問題。幾乎所有車企之前的碰撞設計,都是通過車身和電池系統的結構組合,讓碰撞不能擠壓到電芯,盡可能保證碰撞之后電芯完整。


而有關刀片電池,正如我們剛剛所說,電芯的結構是直接承接力的。假如發生側碰或者其他的碰撞,單個破損以后,串聯的電芯很難維修。


而且,假如按照這樣的設計思路,把同樣的方法用到三元上,可能會很難。因為這樣的整體結構設計,電池在極端條件下會發生破損,三元電芯可能無法承受這個后果。所以這么做就必須以“電芯是安全”的作為前提。


假如說現在很多自主品牌追求的811電芯,是在化學體系上的激進嘗試。那刀片的做法就是在化學體系保守的同時,在結構上做激進嘗試。


但若要論兩種方法,誰是未來方向,我認為一定還有更終極的方法出現。CTP是一個新的解題思路,但刀片電池并不一定是最終的“正確答案”,未來還值得期待。


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