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寶能軟包電池的CTP方案解析

h1654155972.5933 ? 來源:NE時(shí)代 ? 作者:NE時(shí)代 ? 2020-09-14 11:19 ? 次閱讀

做軟包CTP的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)該是為了降低成本和減輕重量,并提高成組效率。但因?yàn)檐洶姵乇旧淼奶匦裕麄€(gè)電池包的強(qiáng)度問題也應(yīng)該看一下市場(chǎng)檢驗(yàn)的結(jié)果。

隨著歐洲車企不斷定點(diǎn)中國(guó)的軟包電池企業(yè)以及成本的居高不下,關(guān)于軟包電池的降本問題被提上日程,是另辟蹊徑還是更好地落實(shí)CTP方案,寶能給出了這樣的回答。

新能源汽車增長(zhǎng)乏力,最重要的原因之一就是電池成本太高,所以各個(gè)電池企業(yè)都在絞盡腦汁來降低電池成本。

在整個(gè)電池pack中,電芯的成本在70%左右,而其中正極材料的成本又是大頭;除此之外,模組硬件成本是電池包里面一個(gè)成本占比較高的部分,據(jù)行業(yè)內(nèi)人士測(cè)算,這個(gè)比例在15%(基于NCM 523)左右,所以2020年我們看到一些很明顯的趨勢(shì):1、中短續(xù)航車型電池材料逐步回歸低成本磷酸鐵鋰;2、電池Pack采用大模組或無模組的方式。

寧德時(shí)代和比亞迪的CTP產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入到應(yīng)用階段,但主要是針對(duì)方形電池,在軟包電池領(lǐng)域,我們還沒看到更多的創(chuàng)新型方案。

但是進(jìn)入2020年以來,我們有一個(gè)很明顯的感受,歐洲車企步調(diào)統(tǒng)一地選擇和中國(guó)的軟包電池合作,戴姆勒入股孚能科技,億緯鋰能供應(yīng)寶馬,大眾定點(diǎn)萬向123。不管軟包電池路線在車企的戰(zhàn)略布局里占據(jù)何等地位,我們可以肯定的是,隨著歐洲車企開啟電氣化進(jìn)程和LG化學(xué)在中國(guó)市場(chǎng)的進(jìn)一步放量,軟包電池是會(huì)有一部分增量市場(chǎng)的。

所以,相比于方形電池,軟包電池的降本問題顯得更加緊迫了。我們很好奇的是,軟包電池的降本,是會(huì)另辟蹊徑,還是沿用方形CTP的理念?

最近,我們從寶能旗下的電池公司寶創(chuàng)新能源新推出的幾篇專利中找到了答案,整體方案看起來像軟包的CTP。

1.0版本的軟包CTP方案

為什么說是1.0版本的軟包CTP方案呢?因?yàn)檫@與寧德時(shí)代的1.0 CTP方案類似,并不是直接從cell到pack。

從專利來看,寶能是沿著車身寬度方向放置了多個(gè)模組,形成一個(gè)pack。這有點(diǎn)類似特斯拉Model 3的CTP方案,但有點(diǎn)不同的是,特斯拉的模組是按車身長(zhǎng)度方案放置,寶能專利中的模組是按車身寬度方向放置的。

Tesla Model 3 pack方案與寶能電池pack方案對(duì)比

這種橫向放置的模組最特別的地方在于它的長(zhǎng)電芯,電芯的長(zhǎng)度是整個(gè)電池包的寬度,跟比亞迪的刀片電池類似。但是,與比亞迪刀片電池不同的是,寶能電池的長(zhǎng)電芯并不是一個(gè)單獨(dú)的長(zhǎng)電芯,而是由多個(gè)電芯串聯(lián)而成。

在串聯(lián)的時(shí)候,小電芯之間采用極耳焊接的方式進(jìn)行連接,外面再用一個(gè)極耳保護(hù)殼進(jìn)行保護(hù)。這種結(jié)構(gòu)的最大的好處是,電芯做長(zhǎng)之后,原先傳統(tǒng)模組六個(gè)面的端板部分要么變長(zhǎng)要么部分省掉(主要是底部端板),還省掉了傳統(tǒng)模組中的大量busbar和部分模組附件,因此整個(gè)電池包的空間利用率提升了,重量減輕,并降低電池包的成本。

跟比亞迪刀片電池CTP方案不同的是,寶能的電池包并不是電芯直列放置形成一個(gè)pack。

寶能電池采用的軟包方案,多個(gè)電芯水平疊放后一步焊接實(shí)現(xiàn)組內(nèi)串并聯(lián),形成一個(gè)小的疊片體,最后多個(gè)長(zhǎng)的電芯疊片體形成的一個(gè)大單元,單元外面放側(cè)板來隔開,疊片體與側(cè)板之間有緩沖泡棉,并且上下兩面都放置了絕緣板,這樣就行成了一個(gè)大模組。

寶能電池的大模組構(gòu)成

那么,省掉了底部端板,怎么來保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度呢?

側(cè)邊的端板其實(shí)還在,側(cè)板與頂板、疊片體之間通過結(jié)構(gòu)膠粘接和螺釘固定。

除此之外,底部放置了一體式的液冷板,頂部還有防爆泄壓功能的板,與四周的邊框連接,形成一體式結(jié)構(gòu)保證強(qiáng)度,但是這個(gè)強(qiáng)度究竟如何,我們后續(xù)可以關(guān)注一下成品。

軟包CTP電池的熱安全怎么保障?

從專利里面,我們還可以看到,寶能對(duì)每個(gè)電芯堆疊體外面都放置了冷板和導(dǎo)熱膠,及熱管理單元并不是針對(duì)一個(gè)大模組,而是縮小到了電芯堆疊體。

傳統(tǒng)的軟包電池模組里一般是12個(gè)電芯堆疊,而寶能因?yàn)椴捎玫拇?lián)長(zhǎng)電芯,每個(gè)電芯堆疊體里面只有3個(gè)電芯,這種設(shè)計(jì)相對(duì)來說熱失控安全性會(huì)更好一些。

另外,除了底部和側(cè)面的熱管理部件,電池頂部還有防爆泄壓系統(tǒng)。

電池頂部的防爆泄壓系統(tǒng)(見下圖),從上到下一共有三層,底部是絕緣膜、中間有防護(hù)板,頂部防爆膜組成,絕緣薄膜,用于電芯極柱、連接片和FPC采集片的絕緣防護(hù),防護(hù)板用于保護(hù)電芯,頂部防爆膜通過耐高溫結(jié)構(gòu)膠粘接在防護(hù)板上。

頂板上有開孔,開孔對(duì)應(yīng)電芯防爆閥,防爆泄壓系統(tǒng)只能從內(nèi)部打開,當(dāng)電芯發(fā)生熱失控時(shí),氣體從電芯防爆閥泄放,高溫熔化塑料的絕緣膜,同時(shí)沖開頂部的防爆膜,以此來確保熱失控電芯安全泄壓。

在泄壓口上方,寶能還留了一個(gè)滅火泄壓的通道。

1電芯模塊 ;3 密封板 ;31滅火泄壓煙道/第一泄壓孔;32 冷卻板;33散熱板;41采集片; 411檢測(cè)觸頭

另外,相鄰電芯由于是各自都是用密封膠形成的密封區(qū)域,防爆泄壓系統(tǒng)又是單向設(shè)置,外部氣體無法進(jìn)入,同時(shí)頂部相鄰電芯頂部的防爆膜在電芯泄壓時(shí)也不會(huì)打開,所以電芯之間更加不會(huì)相互影響。

軟包CTP要面對(duì)的問題

做軟包CTP的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)該是為了降低成本和減輕重量,并提高成組效率。但因?yàn)檐洶姵乇旧淼奶匦裕麄€(gè)電池包的強(qiáng)度問題也應(yīng)該看一下市場(chǎng)檢驗(yàn)的結(jié)果。

另外,電芯跟電芯之間的極耳是采用焊接的方式來連接,如何保證電芯之間的穩(wěn)固和性能,也是一個(gè)的問題。同時(shí),在生產(chǎn)過程中,該獨(dú)創(chuàng)的工藝是否有相應(yīng)的設(shè)備和方案來保證大規(guī)模的生產(chǎn)?生產(chǎn)過程中的良率如何保證?

作為一家全新的電池企業(yè),寶能是否能實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的落地,我們將會(huì)進(jìn)一步跟蹤和研究。除此之外,我們?cè)趯毮艿膶@羞€發(fā)現(xiàn)了類似于寧德時(shí)代的CTC的電池設(shè)計(jì)方案,后續(xù)我們也將會(huì)進(jìn)一步跟蹤和分析。

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原文標(biāo)題:【普沃思?技術(shù)π】寶能軟包電池CTP方案解析

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