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“無模組”電池專利盤點:誰更牛一點

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2020-12-25 20:15 ? 次閱讀

左圖:寧德時代CTP配套的北汽EU5,右圖:比亞迪“刀片電池”配套的比亞迪漢

去年起,“無模組”電池包突然大火。國內兩大電池巨頭引領潮流,寧德時代推出“CTP(Cell To Pack)”電池包;比亞迪祭出刀片電池,以無模組方式直接成組為電池包;電池新秀企業——蜂巢能源,也對外公開了CTP電池包。此外,還有一些企業也在研發類似技術。

“無模組”電池包,顧名思義,就是將電芯直接集成到電池包。

根據企業提供的數據來看,“無模組”電池包能夠提升體積利用率,并降低電池包的成本。

以寧德時代為例,其CTP電池包體積利用率提高了15%-20%,電池包零部件數量減少40%,生產效率提升了50%電池包能量密度提升了10%-15%,可達到200Wh/kg以上

比亞迪推出的則是采用磷酸鐵鋰的“刀片電池”,系統體積比能量提升達50%。在業內人士看來,這也是典型的“無模組”電池包。

蜂巢能源對外宣傳的數據是,與傳統590模組相比,蜂巢CTP第一代減少24%的零部件,第二代成組效率提升5-10%,空間利用率提升5%,零部件數量再減少22%。

從數據上看,取消模組的好處顯而易見,但是否會帶來新的問題?“無模組”電池包是否沒有模組結構?各家技術路線有何異同?對業界可能帶來什么影響?

1.“無模組”到底有沒有模組?

家家都說“無模組”,是真的都沒有模組嗎?

例如,根據寧德時代專利 CN 209658278 U來看,其CTP電池包就是有模組的。根據摘要所述,寧德時代電池包包含兩個以上的電池模組

資料來源:寧德時代專利 CN 209658278 U

比亞迪的“刀片電池”組成電池包,兼容有模組和無模組兩種形式。無模組模式下,電芯本身承擔一部分模組功能,做大了容量,但又提升了空間利用率,減少了材料和內耗;有模組的情況下,模組結構不包含端板和側板等結構,也比傳統模組有所提升。

從比亞迪“刀片電池”多個專利來看,首先,電芯長度遠比一般要長,形如刀片。在比亞迪專利CN 110518174 A中,長度為400~2500mm。

資料來源:比亞迪專利CN 110518174 A 注:100為電芯,即“刀片電池”

其次,“刀片電池”內部多個極芯串聯。和電芯組成模組相比,同樣是提升電壓和容量,但減少了外殼以及外部安裝結構,提高了空間利用率,保證了動力電池包的整體容量;同時,還減少了外部動力連接件的使用,降低內耗。

資料來源:比亞迪專利CN 110518174 A

第三,基于“刀片電池”,既可以做無模組電池包,也可以做有模組電池包。我們分析,無模組主要應用于乘用車,有模組電池包主要應用于商用車。

資料來源:比亞迪專利 CN110518156 A

第四,即便是有模組的電池包,基于“刀片電池”,該模組也能比常規模組節約一些結構件,同樣達到提升體積能量密度的功能。

資料來源:比亞迪專利CN 209389112 U

蜂巢能源的CTP電池包專利CN 109728219 A,其本身描述的就是一個電池模組。蜂巢能源主要是通過加強梁和端板的集成在一起,使電池包的結構更加緊湊,為電池包提升強度、降重。

資料來源:蜂巢能源專利 CN 109728219 A

他們的模組和傳統模組有何不同?

一般來講,電池模組基本組成包括:模組控制、電池單體、導電連接件、塑料框架、冷板、冷卻管道、兩端的壓板,以及一套將這些構件組合到一起的緊固件。其中兩端的壓板除了起到聚攏單體電芯,提供一定壓力的作用以外,有時還會將模組與電池包的固定結構設計在上面。

上述企業的電池包只是在某種程度上,減少了電池模組的部件,例如端板、側板,并且將電池模組做得比較大。

在某電池系統生產企業總經理張先生看來,這些“無模組”的電池包,多數而言,更準確的說法應該是簡易模組或者大模組,最終目標是減少電池包空間上的浪費,并減少一些多余的重量,從而達到提升電池系統的能量密度的目的。

審核編輯:符乾江
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