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CTP、刀片電池、蜂窩電池三種電池技術PK,誰會勝出?

鉅大LARGE  |  點擊量:1868次  |  2020年05月02日  

這么多年來,電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大特點就是技術迭代非常快。最初,寧德時代推出CTP技術,緊接著比亞迪的刀片電池喊得震天響,如今江淮汽車又有了蜂窩電池。三種電池技術都是運用層面的革新與創(chuàng)新。


寧德時代推出的CTP技術(CELLTOPACK,無模組技術)對原有的電池組裝進行了革新,比亞迪的刀片電池采用的也是一種無模組技術。江淮汽車的蜂窩電池按照六邊形排列,并且采用NCA(鎳鈷鋁)電芯,安全性提升一個數(shù)量級。


那么假如三種電子技術都將進行市場PK,誰會勝出?


CTP技術先發(fā)優(yōu)勢


寧德時代CTP項目組負責人告訴《我國汽車報》記者,采用無模組技術后,電池包體積利用率提高了15%~20%,電池包零部件數(shù)量減少了40%,生產(chǎn)效率提升了50%,將大幅降低動力鋰電池的制造成本。


優(yōu)點不止于此,提高電池包的體積利用率無疑將增大車輛內部空間容量,讓駕乘人員不再感到局促;減少了中間環(huán)節(jié),生產(chǎn)效率也會大幅提升。一般來說,動力鋰電池的生產(chǎn)過程中,每道工序都設有檢測關口,以往的生產(chǎn)方式是電芯通過一定框架構成模組,模組必須進行下線檢測,然后進行存儲、轉運。假如電池包與模組不在同一廠區(qū),生產(chǎn)電池包之前,生產(chǎn)車間對外來的模組必須再次進行進貨檢驗、上線檢驗。去掉模組之后,生產(chǎn)效率會大幅提高。


最重要的是,采用無模組技術之后,電池包的系統(tǒng)能量密度有了較大提升。該負責人告訴記者,無模組電池包能量密度較傳統(tǒng)電池包提升了10%~15%,傳統(tǒng)電池包能量密度平均為180Wh/kg,而無模組電池包能量密度可達到200Wh/kg以上。


盡管無模組動力鋰電池優(yōu)點很多,但行業(yè)內也有技術安全的擔心。不過,該負責人告訴記者,不必擔心安全問題,且無模組技術的應用還會降低安全風險。他解釋說,以往的電動汽車自燃事件中,起火原因多在于動力鋰電池的熱失控,而熱失控的原因則在于動力鋰電池在充放電過程中出現(xiàn)的熱量無法及時疏散出去。無模組技術因為減少了電池包中零部件的使用量,可以給電池包騰出更多的空間,電池的散熱通道也就更加順暢。


但是,在以往發(fā)生的多起電動汽車起火事件中,也有些是因為電動汽車行駛過程中出現(xiàn)的震動導致電池接觸部位磨損最終釀成的。模組在電池包中起著固定單體電池的用途,去掉模組之后單體電池的固定能否保障?上述負責人告訴《我國汽車報》記者,在傳統(tǒng)電池包中,通常使用螺栓固定模組,每個電池包有成百上千個螺栓,任何一個螺栓沒有固定好,都可能帶來安全隱患。無模組技術采用的則是其他方式,比如新型結構膠水、限位框架等。膠水具有一定的吸收震動能力,可以相對減緩車輛行駛震動帶來的影響。


另外,防水等級較差也導致了我國多起電動汽車起火事件的發(fā)生,采用無模組技術后,防水等級能否保障?寧德時代CTP項目組負責人告訴《我國汽車報》記者,傳統(tǒng)電池包上原有的絕緣、防水、防熱擴散、加熱冷卻等功能在無模組電池包上都沒有減少,反而做了優(yōu)化,安全性能得到進一步提高。


刀片電池的聲音很高


比亞迪刀片電池的電芯材料是磷酸鐵鋰。最近一段時間磷酸鐵鋰很火,比亞迪在公布會上用視頻告訴大家,磷酸鐵鋰的安全性多么好。安全性是吸引大家關注的一方面,補貼退坡也是重要原因之一。


刀片電池技術PACK體積能量密度超過330Wh/L,較原有電池系統(tǒng)可提升30%以上,通過節(jié)省物料、人工費用等,電池包成本有望降低30%。由于刀片電池比傳統(tǒng)方形電池更薄,因此散熱效果更好。


梳理歷年補貼政策可以看到,最低的續(xù)駛里程門檻是150公里,后來提高到了250公里,最近一次的補貼政策調整,更突出了長續(xù)駛里程車型的優(yōu)勢,續(xù)駛里程在250公里到400公里之間的純電動新能源乘用車,可享受補貼1.8萬元;續(xù)駛里程400公里以上的純電動新能源乘用車,可享受補貼2.5萬元。


按照一輛車搭載60度電計算,磷酸鐵鋰與三元鋰離子電池的成本差約為1.8萬元,續(xù)駛里程為250公里到400公里之間的補貼為1.8萬元,補貼已經(jīng)抹平了兩者之間的成本差距,超過400公里安裝三元電池獲得的補貼更多,成本差額出現(xiàn)倒掛。在利益的驅動下,整車公司紛紛選擇三元鋰離子電池。


我國市場學會營銷專家委員會秘書長、北京大學經(jīng)濟學院副教授薛旭告訴記者,大多數(shù)消費者對價格比較敏感,尤其是中低端車型消費者更敏感。我國新能源汽車大多數(shù)集中于中低端,價格低是一項有力的競爭武器。


蜂窩電池降低起火概率一個數(shù)量級


蜂窩電池采用了蜂巢結構的仿生設計,通過外延包覆的UE技術(UnitizedEncapsulation),實現(xiàn)單元化封裝。江淮華霆動力有限公司董事周鵬說,UE技術可以降低電池系統(tǒng)內的熱擴散,并且保持電池系統(tǒng)恒溫,降低季節(jié)性溫差對電池續(xù)駛里程的影響。


蜂窩電池的電芯按照六邊形排列,電芯之間注滿導熱膠,這保證了電芯的散熱速度。導熱膠與電芯100%接觸將加快電芯的散熱速度。電芯的電化學反應不可防止帶來熱量散發(fā),導熱膠快速把熱量傳遞出來,確保電池包內部的溫差≤3℃。


蜂窩電池的六邊形結構具有較高的穩(wěn)固性,蜜蜂的蜂巢就是大自然的案例,在工程建設中也大量采用六邊形結構。江淮汽車的蜂窩電池也采用六邊形結構。周鵬告訴記者,六邊形結構可以吸引一定的碰撞和擠壓能量,即便遭遇較大的外力碰撞擠壓也不易出現(xiàn)大面積的坍塌。


蜂窩電池的電芯之間注滿導熱膠,從而做到電池單體之間電隔離和熱隔離。假如有一顆電芯失效,它不會波及到周邊,因此不會引起連鎖反應。這項技術切斷了壞電芯向周圍擴散的通路,從而確保電池包的安全。


據(jù)介紹,江淮汽車蜂窩電池采用力神的21700NCA電池,這款電池采用雙防爆閥設計,容量為1C-4.8Ah(0.2C-5Ah),單體能量密度為245wh/kg。從能量密度來看,蜂窩電池的能量密度符合主流趨勢,并且處于中上游水平。


蜂窩電池還有一個關鍵是電芯采用雙防爆閥。以往的圓柱電池都只有一個防爆閥位于電芯的頂端。電芯內部一旦發(fā)生熱失控,反應非常劇烈,只有一端設計了閥,意味著氣體只能從一個方向涌出。采用雙防爆閥設計,分流涌出的氣體,降低劇烈程度。


為何采用NCA(鎳鈷鋁)呢?周鵬告訴記者,相比于NCM(鎳鈷錳)電池,NCA電池的安全性和穩(wěn)定性更好,但技術難度也更大。這種難度涵蓋材料技術、電池設計和加工技術。松下供應特斯拉的電池就是NCA,盡管特斯拉有起火事故,相比于國內的電動汽車起火事故比例明顯低不少。


蜂窩電池已經(jīng)過了多項嚴格測試。從底部直接用汽油加熱,持續(xù)加熱130秒;直接用火焰接觸電池包,持續(xù)燃燒130秒。在這些極端測試中,蜂窩電池都經(jīng)受住了考驗。


車輛行駛中的碰撞是導致起火的原因之一,電池包受到擠壓后,電池液泄漏迅速燃燒。江淮汽車的實驗人員對電池包進行了最大擠壓力200KN的擠壓,這相當于用20噸的擠壓力對電池系統(tǒng)進行擠壓,以及加速度25G的沖擊試驗。蜂窩電池的表現(xiàn)都還不錯。另外,江淮汽車還進行了振動實驗。


周鵬進一步強調,蜂窩電池的最大特點就是提升安全,預計可以將電池失效導致的車輛起火概率降低一個數(shù)量級,比如,以往1萬輛電動汽車有可能發(fā)生一起熱失控,運用蜂窩電池技術之后將變成10萬輛才發(fā)生一起。


三種電池技術各有特點,分別被不同的公司采用,PK的結果會如何?市場會給出答案。


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