記住我 忘記密碼?
下載汽車頭條APP
記住我 忘記密碼?
下載汽車頭條APP
能量密度提升50%?!國內新能源鳳毛麟角的CTP技術究竟是什么?
電動邦 2020-02-24 12:51:42 閱讀數 30470

動力電池成本占整車成本的40%,甚至還要更多,降低動力電池成本一直是電池供應商和主機廠的重要任務之一。現有的電池Pack結構,通常由“電芯-模組-整包”的三級結構組成。若干個電芯組合在一起,被稱為“模組”;若干個模組組合在一起,再加上BMS、配電模塊等零部件,就成為“電池Pack”。為動力電池降本,主要手段之一就是減少“模組”的成本,但如今這種手段已經到了瓶頸期。

如何既能降低電池成本,又能提高能量密度,增加續航里程?

CTP技術或許是當下最好的選擇!

CTP技術全稱Cell To Pack,也叫無模組技術,現有兩種不同的技術路線。一是徹底取消模組的方案,以比亞迪刀片電池為代表;二是小模組整合為大模組的方案,以寧德時代CTP技術為代表。此外,比亞迪刀片電池專攻磷酸鐵鋰電池,寧德時代則以高鎳三元鋰電池為主。

■ 比亞迪CTP技術有什么特點?

比亞迪刀片電池,就是在此前方殼電池的基礎上,將電芯做“長”,做“薄”,形狀類似刀片。根據公開信息顯示,比亞迪一共有5種不同的電芯規格,具體數據如下表所示。這種電芯其實高度同現在方殼電池相比沒有變化,厚度相比軟包電芯略厚,主要變化是長度,從435mm一直到2500mm都有。這里面,比亞迪具體是如何做的,根據目前的資料還不清楚。

這種電芯想要組成電池PACK,就要依賴CTP技術。這種技術一方面提升了電池PACK的包內空間利用率,增加了帶電量;另一方面又減輕了PACK重量,提高了整包的能量密度。

比亞迪刀片電池專利圖

現有三級結構電池PACK示意圖

根據比亞迪申請專利能看到,在電池包總體積一致的情況下,現有的電池PACK結構,多出了各模組的側板、端板、緊固件、橫梁、縱梁等組件,包內空間利用率大概在40%左右;而采用了CTP技術的比亞迪電池包,除去電池管理系統、配電箱等組件,包內空間利用率大概在62%左右。受到不同的電芯布局方式影響,包內空間利用率分別為55%、60%、62%、65%,如有需求甚至可以達到80%。即使是同一輛車,采用CTP技術的電池PACK后,帶電量約增加20%-30%,續航里程也能提升20%-30%。

■ 寧德時代CTP技術有何不同?

寧德時代在去年法蘭克福車展上,公布了自家CTP技術的部分信息,這種電池PACK由至少兩個以上的大模組構成(如下圖),每一個模組之間通過固定件連接在電池托盤上,最終電池PACK通過安裝梁固定在不同車型上。

寧德時代CTP技術電池Pack示意圖

寧德時代CTP技術電池模組爆炸圖

根據寧德時代專利能夠看到,一個大模組里面被若干個塑料材質的散熱板分割成一個個小的空間,方殼電芯就像電腦硬盤一樣,可以插進這些小空間。每個電芯的側面還貼有導熱硅膠墊片,且電芯寬度方向的散熱板留有散熱通道,可以直接于外部的冷卻管路連接。根據相關數據顯示,這樣做能夠減少約40%的零部件,這些零部件來自模組之間的連接線束、側板、底板等。此外,在電池體積不變的情況下,采用CTP技術的電池Pack包內體積利用率也提升了15%-20%。

■ CTP技術有什么優點?

1、輕量化。CTP技術能夠最大程度的減少電池Pack內部,各個模組之間的側板、底板、連接線束、固定件、非必要的橫梁,縱梁等零部件,對于電池的輕量化非常有幫助。

寧德時代CTP技術電池模組連接方式

2、電池能量密度提升。這里面有兩個維度,第一個是重量比能量密度,這種說法也是我們常見的;以寧德時代的CTP技術為例,重量比能量密度能達到200Wh/kg。第二個維度是體積比能量密度,以比亞迪的CTP技術為例,體積比能量密度相比過去能夠提升50%,不同規格的電芯體積比能量密度分別為439Wh/L、448Wh/L、449 Wh/L、450 Wh/L。

作為對比,采用CTP技術的比亞迪磷酸鐵鋰電池Pack的重量比能量密度已經達到了180Wh/kg,堪比當下采用NCM811電芯的電池Pack了。

比亞迪刀片電池的另一種布局形式

3、成本低。事實上,CTP技術落地的一個重要推動力就是降低動力電池成本的需求。以比亞迪為例,新產品的成本可以降低20%-30%。這里面包含電池Pack本身的成本的因素,也包含簡化了生產組裝工藝,導致不良率下降的因素。寧德時代雖然沒有透露成本優勢,但因為生產效率提升50%帶來的積極影響,顯然不可忽視。

■ 現階段,對CTP技術的一些疑問?

1、電池碰撞安全。傳統三級結構的電池Pack,因為有模組的存在,所以碰撞安全多了一層保護。采用CTP技術的電池Pack,除去Pack的邊梁,電芯將直接承受碰撞的沖擊。

從現有的資料來看,以寧德時代為例,Pack的框架是鋁型材直接擠壓成型,以增加強度;每個大模組內部的塑料殼體通過注塑成型,注塑時將散熱板嵌入箱體模具內,實現一體成型。

寧德時代CTP技術電池模組內的散熱板示意圖

2、電池熱管理。由于新技術改變了電池Pack的結構,勢必會對電池的熱管理系統,甚至BMS系統提出全新的設計要求和策略,這是軟件層面的考量。

從硬件層面來看,比亞迪為這種電池Pack設計了新的排氣孔和排氣通道。排氣孔對著電芯兩端的防爆閥,當火焰、煙霧或氣體從防爆閥中排出,會通過排氣孔進入排氣通道,排出電池包外。現有的電池Pack則沒有類似的排氣通道設計,火焰、煙霧或氣體很容易聚集在模組內,對電芯造成二次傷害。

比亞迪刀片電池的排氣通道設計(103為防爆閥,221為排氣孔,222為排氣通道)

類似的設計,我在寧德時代的專利申請上也看到了,且針對三元鋰電池更易發熱的情況,采用寧德時代CTP技術的每一個電芯,內置在上下殼體中。殼體中間填充有導熱膠,電芯側壁和殼體之間還有壓力或溫度傳感器。前者用來檢測電芯的外形變化,后者用來檢測溫度變化,以排除故障電芯,提前預電芯測熱失控現象。

3、售后維修便捷性和成本。這是知乎大V朱玉龍提出的一個疑問——因為電芯或采取某種方式(或許是粘)直接固定在電池Pack的托盤上,因此4S店在日后的維修中,一是對技術提出了更高的要求,二是某個電芯故障,或許需要更換整個電池組。

比亞迪刀片電池的又一種布局方式

4、電池的一致性。目前有分析推測,采用CTP技術的電芯,其內部或許是幾個更小的電芯以并串聯的方式一個一個連接起來。無論該推測是否正確,這種新的技術對于電池的一致性確實提出了更高的要求。這里面也包含兩方面的內容,一是電芯生產過程中的一致性,二是電池使用過程中的一致性。而電池的一致性,一直以來都是國內電池生產商難以很好解決的問題。

■ 還有誰家有CTP技術?

除了上文所述的寧德時代和比亞迪之外,長城汽車的蜂巢能源、國軒高科等電池企業也都在研發自己的CTP技術。

據蜂巢能源透露,他們的CTP技術既有無模組方案,也有大模組方案。相比蜂巢能源傳統的590模組,CTP-G1減少24%零部件數量,每Wh電池成本降低0.1元;CTP-G2提升5%-10%重量成組效率,提升5%空間利用率,減少22%零部件數量,每Wh電池成本降低0.21元/Wh。只是目前還沒有更多的技術信息透露出來。

蜂巢新能源的CTP電池展示

另一方面,今年3月比亞迪將正式發布“超級磷酸鐵鋰電池”,屆時關于比亞迪的CTP技術或許會有更多消息。北汽新能源則確定要在EU5上,率先搭載采用了寧德時代CTP技術的電池,我們也可以期待。按照主機廠動力電池的測試流程,預計今年Q1末,我們就會看到更多采用了CTP技術的電池公布技術亮點。

■ 邦點評

CTP技術能夠顯著提升電池能量密度,提高純電動車的續航里程,這對消費者而言是一件好事。然而,回歸文章標題的疑問——CTP技術能讓我們的車更安全、更便宜嗎?目前為止,仍需打個問號。安全方面,最基礎也是最重要的電池一致性,國內電池企業同日韓電池企業還有較大差距;成本方面,由于電池供應商會掌握更大的話語權,新技術帶來的電池成本的降低,是否能體現在車輛的指導價上還未曾可知。

當然,我們有理由相信,當CTP技術成為一種趨勢后,我們現在的擔憂將不再是問題。

  

  

發布評論
广东十一选五走势图