電池系統能量提升“爭奇斗艷” 大模組/無模組時代加速到來
發布時間:2020-05-22 13:17:00

能量密度是動力電池最關鍵的核心指標之一,從很大程度上來講,整車在同等質量下動力電池的系統能量密度越高,電動汽車的續航里程則越長。近年來,隨著鋰電池技術研發的不斷深入,動力電池系統的能量密度在逐年提升。特別是龍頭企業,在電池系統能量密度提升方面爭奇斗艷,“八仙過海,各顯神通”。


  能量密度提升空間巨大  


動力電池在能量密度上有非常大的發展空間,潛力無限,值得大家發揮優勢,共同去研究,為未來出行提供更強動力?!狈涑材茉纯萍加邢薰究偨浝項罴t新表示,能量密度足夠高時電池體積可以大幅縮小,甚至能縮小到只占電動汽車底盤中間通道位置,而且幾乎碰撞不到,安全系數也有提高。


從數據來看,工信部公布的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》(2020年第5批),純電動乘用車車型的電池系統量密度大幅提升,電池系統能量密度在160Wh/kg及以上的車型已占據半壁江山。其中,SKI為北汽高端品牌極狐配套的ARCFOX α-T,其系統能量密度已經高達194.12Wh/kg。


實際上,2019年動力電池系統能量密度呈現明顯增長趨勢,市場上已批量應用的三元電池磷酸鐵鋰電池系統能量密度最高分別可達 182.44Wh/kg和144.9Wh/kg,較2018年同比增長10.3%和2.3%。在國家財政補貼政策和市場的雙重作用下,2019年140Wh/kg及以上車型已成為市場絕對主體,140(含)-160Wh/kg和160Wh/kg以上車型產量占純電動乘用車總產量的比例分別為63.1%和29.1%。



  電池包系統層級創新優化  


當然,提高電池能量密度方式有很多種,材料優化是主要途徑。例如近年來在乘用車領域,傳統的磷酸鐵鋰市場份額逐漸被三元所蠶食;而在三元領域,越來越多的動力電池廠商從NCM111和NCM532向更高鎳的NCM811和NCA材料進發。除了通過改善電池材料性能,以提升電池的單體能量密度以外,電池包系統層級的創新優化也是一種提高能量密度的有效方法。


今年5月,江淮全新電動轎車江淮iC5正式上市,采用了NCA(鎳鈷鋁)21700圓柱電池單體,相比于廣汽Aion S和幾何A搭載的NCM 811電池,NCA電池的能量密度更高。而最大的亮點,江淮iC5的電池組采用了“蜂窩”結構的仿生設計,采用全新的UE(Unitized Encapsulation)外延包覆模組技術進行單元化封裝。“蜂窩”結構的電芯尺寸小,模組結構靈活,可以充分利用電池包不規則空間,獲得最大電池包能量,實現了530km的超長續航。


眾所周知,目前市面上常見的電池包(pack)很多基于小模組+電池包內各種固定件、支撐件得來,過多的結構組件占據了相當多的體積和質量,所以整體集成效率大大降低。而簡化電池包上的裝配支撐結構,使得整個電池包結構明顯簡化,甚至形成近似于電芯-電池包的兩級集成方案,也成為不少企業傾向選擇的技術方向。


在電池包的集成簡化方面,寧德時代的CTP和比亞迪的“刀片電池”最受矚目。2019年9月,在德國法蘭克福國際車展上,寧德時代推出了全新的CTP方案(Cell To Pack),改變了原有的“電芯-模組-電池包”結構,電芯直接集成到電池包里。同月,寧德時代和北汽新能源舉行了全球首款CTP發布儀式,北汽EU5將成為首款搭載該電池的車型。


寧德時代CTP技術路線,其核心是減少了模組數量,直接由多個大容量電芯組成標準化電池包,再靈活堆疊組成更大的電池模塊,適應不同款車型的配套需要。根據寧德時代公布的資料,相比于傳統電池包,CTP 可以使空間利用率提升15%-20%,零件數量減少40%,能量密度提升 10%-15%。


與寧德時代CTP“針鋒相對”的,比亞迪推出了“刀片電池”,該方案更加適用于磷酸鐵鋰電池?!暗镀姵亍眴误w向大容量進化,電芯形狀更加扁平、窄小,單體最大穩定長度可以達到2100mm。多個“刀片”捆扎形成電池包模塊,通過少數幾個大模組組合成電池模塊。相較傳統電池包,“刀片電池”的體積能量密度提升了50%以上。


“刀片電池”通過設計電池的長度和寬度,可在一定體積下使電芯合理的扁長化,一方面利于在動力電池包內的整體排布,從而提高動力電池包的空間利用率、擴大動力電池包的能量密度;另一方面能夠保證電芯具有足夠大的散熱面積,能夠及時將內部的熱量傳導至外部,防止熱量在內聚集,從而匹配較高的能量密度。


實際上,不管是比亞迪的“刀片電池”,還是寧德時代的CTP技術,本質都是通過“無模組”來提升能量密度。兩種技術狀態在減少模組結構、提升封裝效率上可以說是殊途同歸,大幅減少單體連接線束以及相關的流程工藝成本,大幅度提高成組效率及系統能量密度。


而作為國內動力電池“老三”,國軒高科也在電池包優化方面暗暗發力。今年3月,國軒高科工程研究總院院長蔡毅透露,國軒高科正尋求在模組層級提高LFP(磷酸鐵鋰)電池的能量密度,并擴大其適用范圍。國軒高科在模組層級提高LFP電池的能量密度,勢必也將帶動電池包能量密度的提升,有望使得其系統能量密度從目前的160Wh/kg再上新臺階。


“把電芯直接集成到電池包,省去電池模組,在技術角度并不難,確實能夠起到優化空間利用率,并提升能量密度的效果,去掉模組是當前動力電池能量密度提升的有效路徑之一?!蹦硺I內人士談到。


據了解,在大幅提升系統質量能量密度以及體積能量密度的同時,去模組、少模組也使電池包復雜度大幅下降,由此也帶來了更高的產品穩定性和更低的故障率。


電池包的成組考驗的是電池研發人員對單體電芯和模組排兵布陣的能力,需要以安全性為前提,最大程度地利用每一寸空間。隨著動力電池龍頭們紛紛從系統層級尋求能量密度的突破,電池包大模組、無模組時代或將到來。

稿件來源: 電池中國網
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