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从宁德时代CTP到比亚迪刀片电池 解锁动力锂离子电池的“新”

九游会俱乐部LARGE  |  点击量:129次  |  2021年07月29日  

摘要
当我们提出新能源汽车最关键的部分有哪些这样的问题时,得到的答案基本都是电池。 的确,如今新能源汽车的绝大部分命门都在电池上。成本,安全,能量密度,充电效率,甚至谣

当我们提出新能源汽车最关键的部分有什么这样的问题时,得到的答案基本都是电池。


的确,如今新能源汽车的绝大部分命门都在电池上。成本,安全,能量密度,充电效率,甚至谣言中的辐射,都与电池笔直相关。可以说,新能源汽车的迅速普及正是得锂离子电池益于电池技术的进步和成本的不断下降数据显示,十年来电池制造成本下降了85%,2019年电池系统成本降低到0.6-1元/Wh。


电池技术是新能源汽车发展的重中之重,之前如此,今后大概率也将如此。以此推理,想要借新能源之势实现弯道超车的我国汽车行业,在面对国际市场、面对同样不断进化的燃油车时,势必要拿出些动力锂离子电池范畴的新,才有可能赢下这场变革。


新的十年到来,已经达到500-600km的续航能力还能更上一层吗?充电时间还能进一步缩短吗?动力锂离子电池的极限又在哪里?


探索一直在持续,CTP(CellToPack)技术便是颇具代表性的一个。这一概念在最近由于宁德时代以及比亚迪的刀片电池而燃起了一定的热度。


CTP:老名词的新发展


众所周知,电动汽车所搭载的电池组,通常是由电芯(Cell)组装成模组(Module),再将数个模组集成为电池组(Pack),形成了电芯-模组-电池组的三级装配模式。例如采用三元锂离子电池的特斯拉ModelS,会将数千个圆柱形电芯集成为十几个模组(Model3简化了为4个大尺寸模组),这样的好处在于大大简化了装配的复杂程度,提高了加工效率,同时模组化设计也便于后期的维护,可以实现单个模块或模组的更换。


然而模组也新增了不少额外的零部件,这些都会导致电池组的成本、重量上升。与之相对的CTP技术便是笔直从电芯(Cell)到电池组(Pack),省去了模组(Module)的步骤,来换取成本、空间和轻量化上的优点。在实现方式上紧要有两种,第一是采用完全无模组的方式,第二则是以大模组替代小模组。


其实,CTP并非新技术,往日也曾使用于磷酸铁锂离子电池及商用客车范畴磷酸铁锂离子电池较强的稳定性和大型客车广阔的电池排布空间使CTP成为可能。将CTP使用在乘用车范畴则是最近掀起的趋势九游会俱乐部锂电。


去年德国法兰克福国际车展上,宁德时代公布了全新的CTP(CelltoPack)电池无模组化技术,受到了广泛关注。目前有包括北汽、蔚来、威马、哪吒等在内的国内车企都打算通过这项技术开发新的电池系统。而宁德时代也并非国内第一个公布该技术的公司,2019年七月九日蜂巢能源就公布了该技术,作为主机厂的比亚迪同样有相关研发。


优点与劣势


之所以有这样的热度,很大程度上是由于CTP优点非常笔直可见:宁德时代的数据显示,CTP电池组体积利用率可以提高15%-20%,电池组零部件数量减少40%,加工效率提升50%,锂离子电池厂家电池组能量密度提升10%-15%,可以达到200Wh/kg以上,电池的制造成本也大幅降低。


而依据蜂巢能源给出的数据,与传统590模组相比,CTP第一代减少了24%的零部件,第二代成组效率提升了5-10%,空间利用率提升5%,零部件数量再减少22%。


那么风锂离子电池险和劣势呢?从某个角度讲,模组所带来的好处正是CTP所要处理的问题。


CTP对电芯的一致性的要求更高,例如电芯在工作时的形变和散热性能在没有模组化管理后都要重新考量。而电芯的原材料、类型、加工工艺等均需进一步优化。


取消了模组,也就取消了电芯在模组级别的防护,相应的bMS采样和控制策略也要进行更改。


由于模组结构的弱化,使得前期电芯的装配固定和后期维修、改动的难度都大大新增。


当然,正如人们所说,除去技术,CTP背后也是电池厂商和车企的博弈。对电池厂商来说,做电池组必然要比模组更赚钱,而电池厂商转变为CTP恰恰为做整个PACK铺平了道路。


实例:比亚迪的刀片电池


一月十一日的我国电动汽车百人会论坛(2020)上,王传福表示,比亚迪开发的刀片电池今年将实现首次量产,并首次搭载比亚迪新车型汉。


所谓刀片电池即长电芯方法,将电芯进行扁平化设计。依据比亚迪专利显示,刀片电池长度最长可以达到2500mm,是传统一般磷酸铁锂离子电池的10倍以上,可以极大提升电芯的成组效率。此外,它还不限于某一个特定尺寸,而是可以依据不同需求变为不同尺寸的一系列电芯。相比传统铁电池,刀片电池在体积比能量密度上提升了50%,具有高安全、长寿命等特点,整车寿命可达百万公里以上。


目前,比亚迪乘用车所搭载的多数已是三元锂离子电池,而随着刀片电池的推出,磷酸铁锂离子电池即将杀回乘用车板块。


一系列的数据让人无限遐想,而实际效果要怎么样也将随着量产而经受市场的检验。


无论是宁德时代的CTP技术还是比亚迪锐利的刀片电池,都是国内厂商在优化电池组方面的大胆尝试,而这背后又隐藏着电芯制造技术的提升。安全,能量密度,体积,成本,技术的发展正是这些因素之间不断博弈的结果。平衡,打破平衡,再次平衡,也正是在这一过程中,人们对新能源汽车的将来愈发有信心。


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