动力电池路线再生变数 比亚迪刀片电池量产下线

2020-03-30 | 浏览:1.3万 | 评论:24

3月29日,比亚迪举行了“刀片电池”的发布会,在发布会上比亚迪正式推出“刀片电池”,同时宣布了这款电池在重庆工厂已经量产下线。

通过这次的发布会,比亚迪将会让磷酸铁锂电池重新回到主流位置,并且比亚迪将向整个新能源车行业开放共享,以促进”刀片电池”的普及。

在应用方面,比亚迪刀片电池将首发搭载在比亚迪汉车型上,这款中大型纯电动轿车计划于今年年中上市。相关参数显示,作为首款搭载刀片电池的产品,比亚迪汉NEDC里程超过600公里。

动力电池的瓶颈

动力电池的成本一直都占据着电动车整车成本的40%以上,因此如何在保证续航的同时降低成本是电池厂商研究的方向。

另一方面,提高电池的能量密度,增加续航里程也同样重要。

对于提高电池能量密度的方法并不多,无非是在电池种类和配比上进行研发或者对电池结构进行优化,显然电池配比的优化提升空间已经变得越来越小了,从电池结构来入手或许是不错的方法。

比亚迪正是选择了对电池结构进行再研发,结合磷酸铁锂材料推出了刀片电池,使得电池在提升能量密度的同时控制住了电池的成本。

何为刀片电池

从结构来说,比亚迪的刀片电池同样属于CTP技术的一种,CTP全称为Cell To Pack,它将电芯直接集成到电池包(传统电池包采用的是从单体——模组——电池包的成组方式)。

和宁德时代此前发布的CTP技术理念相同,它们都是将电芯直接集成为电池包,省去了中间模组环节。

不过比亚迪的技术显然要更加的“激进”,采用的是完全无模组方式,难度更大也更为彻底;宁德时代则是以大模组替代小模组的方式。

CTP并不是很先进的技术,为什么早不采用,主要是以前对电池包设计的安全冗余度过高,现在技术更自信,通过结构优化可以省去或简化模组零部件,从而提高单位电池的能量密度。

刀片电池特点

从比亚迪披露的专利来看,刀片电池是把电芯长度拉长,厚度做薄,做成430mm甚至2500mm的超长电芯,其电芯是两端出极耳。

和传统方形电池相比,呈现“扁平”和“长条”形状,通过阵列方式排布在一起,像“刀片”一般插入电池包的一种电池设计工艺,因此名为“刀片电池”。

在电池包总体积一致的情况下,现有的电池PACK结构,多出了各模组的侧板、端板、紧固件、横梁、纵梁等组件;而采用了CTP技术的比亚迪电池包,除去电池管理系统、配电箱等组件,包内空间利用率大概在62%左右。受到不同的电芯布局方式影响,包内空间利用率分别为55%到65%,如有需求甚至可以达到80%。

由于零部件的减少,带来重量的减少,因此单位质量能量密度也能够提高,整车续航里程也能提高。采用CTP技术的电池PACK,带电量约增加20%-30%,续航里程也能提升20%-30%。

作为对比,采用CTP技术的比亚迪磷酸铁锂电池包(刀片电池)的重量比能量密度已经达到了180Wh/kg,和当下采用NCM811电芯的电池包相当了。

刀片电池的优势

1.安全性:磷酸铁锂>三元锂

磷酸铁锂的热稳定性是目前车用锂电池中最好的,电热峰值大于350℃,当电池温度处于500-600℃高温时,其内部化学成分才开始分解。

三元锂电池的热稳定性较差,300℃左右就开始分解,因此对电池管理系统的要求非常高,需要防过温保护装置和电池管理系统来保护电池的安全。所以在高温条件,磷酸铁锂的安全性相对较高。

在比亚迪的针刺穿透测试中,同样的测试条件下,三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化,表面温度迅速超过500℃,并发生极端热失控,开始剧烈燃烧,电池表面的鸡蛋被炸飞;

传统磷酸铁锂电池在被穿透后无明火,有烟雾从电池卸压阀喷出,表面温度达到了200℃~400℃,电池表面的鸡蛋被高温烤焦;

比亚迪”刀片电池”在穿透后无明火,甚至无烟雾,电池表面的温度仅有30℃左右,电池表面的鸡蛋无变化。

正是基于成本和安全角度考虑,比亚迪的刀片电池是采用了磷酸铁锂材料,同时相比于传统的磷酸铁锂电池,”刀片电池”内芯采用特殊的极耳结构设计,使其内部出现短路的几率极低;即便发生极端情况,电芯内部也不会出现剧烈反应,进一步降低了自燃风险。

2.寿命:磷酸铁锂>三元锂

电池寿命是电池在多次完全充放电后的电量衰减,一般电动车电池充满后衰减到原有80%电量就代表电池该换了。

 磷酸铁锂电池的完全充放电循环次数大于3500次后电量才会衰减到原有的80%。也就是说如果每天充放电一次,磷酸铁锂电池也要将近10年才出现明显衰减现象。

“刀片电池”延续了磷酸铁锂技术的长寿命优势,可实现循环充放电3000次以上、行驶120万公里以上的寿命水平。

作为对比,三元锂电池完全充放电循环大于2000次会开始出现衰减现象,也就是大概在6年的时间,当然通过电池管理和车辆电控系统也可以稍微延长一点电池寿命,但是也只能是稍加延缓。

刀片电池存在什么风险

有优势同样也具有劣势,取消或减少模组环节,也会带来一些风险。传统三级结构的电池Pack,因为有模组的存在,所以碰撞安全多了一层保护。

采用CTP技术的电池Pack,除去Pack的边梁,电芯将直接承受碰撞的冲击。

另外,CTP对电芯一致性的要求更高,电芯由于充放电膨胀造成的形变和散热性能变差不可忽视,一旦单个电芯发生故障,可能会涉及到更换整个电池包,而不是之前只需更换某一个模组,维修成本会大幅增加。

开放共享全球合作

此外,在发布会上,比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙表示:“几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于”刀片电池”技术的合作方案,相信大家很快就能看到、听到”刀片电池”更多精彩的消息。”

比亚迪”刀片电池”将向整个新能源车行业开放共享,以促进”刀片电池”的普及,让行业和消费者受益。比亚迪希望从”刀片电池”开始,加速低安全性电池的快速淘汰,引领新能源车行业进入良性发展的快车道。

磷酸铁锂重回主流——降本增效

从热稳定性、安全性、使用寿命以及成本来看,磷酸铁锂电池是具有优势的,在能量密度上,通过电池包的结构优化,使得磷酸铁锂电池的能量密度大幅提升。

而在最关键的安全性上,刀片电池的结构优势也让电池不再自燃,对于电动车的使用安全来说是无疑是颠覆性的。

相信通过刀片电池技术,磷酸铁锂电池将重回主流。

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