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从宁德时代CTP到比亚迪刀片电池 解锁动力电池的“新武器”

   日期:2020-01-21     来源:腾讯汽车    浏览:4726    评论:0    
当我们提出“新能源汽车最关键的部分是什么”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”,都与电池直接相关。可以说,新能源汽车的迅速普及正是得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中国汽车行业,在面对国际市场、面对同样不断进化的燃油车时,势必要拿出些动力电池领域的新武器,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?动力电池的极限又在哪里?

探索一直在继续,CTP(Cell To Pack)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包,通常是由电芯(Cell)组装成模组(Module),再将数个模组集成为电池包(Pack),形成了“电芯-模组-电池包”的三级装配模式。例如采用三元锂电池的特斯拉Model S,会将数千个圆柱形电芯集成为十几个模组(Model 3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,提高了生产效率,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。

然而模组也增加了不少额外的零部件,这些都会导致电池包的成本、重量上升。与之相对的CTP技术便是直接从电芯(Cell)到电池包(Pack),省去了模组(Module)的步骤,来换取成本、空间和轻量化上的优势。在实现方式上主要有两种,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,以前也曾应用于磷酸铁锂电池及商用客车领域——磷酸铁锂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应用在乘用车领域则是最近掀起的趋势。

去年德国法兰克福国际车展上,宁德时代发布了全新的CTP(Cell to Pack)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发布该技术的企业,2019年7月9日蜂巢能源就发布了该技术,作为主机厂的比亚迪同样有相关研发。

优势与劣势

之所以有这样的热度,很大程度上是由于CTP优势非常直接可见:宁德时代的数据显示,CTP电池包体积利用率可以提高15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升50%,电池包能量密度提升10%-15%,可以达到200Wh/kg以上,电池的制造成本也大幅降低。

而根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%。

那么风险和劣势呢?从某个角度讲,模组所带来的好处正是CTP所需要解决的问题。

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需要重新考量。而电芯的原材料、类型、生产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采样和控制策略也需要进行更改。

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、改动的难度都大大增加。

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,做电池包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”

1月11日的中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案,将电芯进行扁平化设计。根据比亚迪专利显示,刀片电池长度最长可以达到2500mm,是传统普通磷酸铁锂电池的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,而是可以根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电池,而随着“刀片电池”的推出,磷酸铁锂电池即将杀回乘用车板块。

一系列的数据让人无限遐想,而实际效果如何也将随着量产而经受市场的检验。

无论是宁德时代的CTP技术还是比亚迪锋利的“刀片电池“,都是国内厂商在优化电池包方面的大胆尝试,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未来愈发有信心。 
 

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