編者按:寧德時代省去電池模組組裝環(huán)節(jié),整體提高效率,大幅降低了電池成本。后期會在保障產(chǎn)品安全方面研發(fā)更多新技術(shù)應(yīng)用。目前已有多家企業(yè)研發(fā)CTP技術(shù),這或?qū)⒊蔀殡姵匦袠I(yè)主流趨勢。
放棄模組,將電芯一步到位集成到電池包會成為未來動力電池技術(shù)的主流嗎?
在德國法蘭克福國際車展上,寧德時代推出了全新的CTP高集成動力電池開發(fā)平臺(Cell To Pack),即電芯直接集成到電池包。
寧德時代稱,由于省去了電池模組組裝環(huán)節(jié),較傳統(tǒng)電池包,CTP電池包體積利用率提高了15%-20%,電池包零部件數(shù)量減少40%,生產(chǎn)效率提升了50%,電池包能量密度提升了10%-15%,將大幅降低動力電池的制造成本。
當(dāng)前,國內(nèi)外電池企業(yè)和車企的電池包基本上都采用從單體——模組——電池包的成組方式,通過多層級的成組方式保障電池安全,但會犧牲電池包的空間利率和能量密度。
在此情況之外,電池企業(yè)也在積極探索新的技術(shù)方向,其中做大電芯和模組尺寸或者直接放棄模組獲得了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。目前有多家電池企業(yè)正在嘗試上述兩大方案。
而寧德時代此次展示的CTP為第二種方案,通過省去電池模組,直接將電芯集成到電池包,從而在提升電池包空間利用率、減輕電池包重量、提升能量密度和降成本等方面取得了積極成果。
優(yōu)化電池包整體性能
根據(jù)寧德時代的說法,CTP電池包體積利用率提高了15%-20%,電池包零部件數(shù)量減少40%,生產(chǎn)效率提升了50%,電池包能量密度提升了10%-15%,將大幅降低動力電池的制造成本。目前,寧德時代已經(jīng)取得超70項CTP核心專利,預(yù)計后期還將有更多的新技術(shù)應(yīng)用在CTP電池包以保障產(chǎn)品安全。
在補(bǔ)貼退坡和市場競爭加劇等壓力下,當(dāng)前主機(jī)廠和電池廠都在通過改進(jìn)電池生產(chǎn)工藝、去除雜質(zhì)、尋找新材料等方式,提高電池包能量密度,同時追求更低的成本??傮w而言該方法有積極作用,但優(yōu)化空間有限。
而寧德時代通過省略模組,直接將大量的電芯串并聯(lián)在一起,的確可以起到減少零部件使用,從而達(dá)到優(yōu)化空間利用率,減輕電池包重量,提升能量密度的效果。
“把電芯直接集成到電池包,省去電池模組,在技術(shù)角度沒有什么難度,也確實可以起到優(yōu)化空間利用率和提升能量密度的效果。” 國軒高科高級副總裁、工程研究總院常務(wù)副院長徐興無指出,去掉模組是當(dāng)前動力電池能量密度提升的有效路徑之一,此前也有電池企業(yè)在這方面進(jìn)行研究,總體來說實現(xiàn)的技術(shù)難度不大。
“我們正在和寧德時代開發(fā)這種無模組的電池包,準(zhǔn)備進(jìn)行驗證測試。”一位新能源乘用車主機(jī)廠高層對高工鋰電表示,寧德時代主要是從提升能量密度角度設(shè)計該方案,在提升能量密度和空間利用率方面確實有積極作用。
值得注意的是,除了寧德時代之外,蜂巢能源、比亞迪等電池企業(yè)也在研發(fā)CTP技術(shù),技術(shù)路線與寧德時代相同,后期或?qū)⒂懈嚯姵仄髽I(yè)推出CTP電池包,從而成為行業(yè)的主流趨勢之一。
比亞迪在中期業(yè)績交流會上透露稱,公司將于明年5-6月推出全新一代磷酸鐵鋰電池,體積比能量增加50%,壽命長達(dá)8年120萬公里,成本下降30%。搭載新電池,新車?yán)m(xù)航可達(dá)500-600km。
據(jù)了解,比亞迪所說的新一代磷酸鐵鋰電池就是采用去模組的方式,從而提升體積比能量和降低成本,提升能量密度。
產(chǎn)品性能還有待提升
眾所周知,電池模組結(jié)構(gòu)在電池PACK過程中起到電芯集成、支撐、固定和保護(hù)等作用,同時還要滿足完好固定電芯位置并保護(hù)其不發(fā)生有損性能的形變、滿足載流性能要求、滿足對電芯溫度的控制、遇到嚴(yán)重異常時及時斷電、避免熱失控的傳播等等功能。
當(dāng)前電池包基本上都采用多模組并聯(lián)模式PACK成電池包,當(dāng)模組中的電芯出現(xiàn)故障時不至于使整個電池包失效,在售后維護(hù)和梯次利用等方面也比較方便。而去掉模組直接將電芯串并聯(lián)在一起做成電池包,這意味著一旦有電芯出現(xiàn)問題將會對整個電池包產(chǎn)生影響,從而有可能降低電池包的可靠性。
業(yè)內(nèi)人士指出,CTP技術(shù)對電池企業(yè)和主機(jī)廠而言的要求都很高,主要存在以下幾個問題。
一是對電池產(chǎn)品的一致性要求非常高。把電芯直接做成電池包無疑會對電芯的質(zhì)量、良品率、一致性等方面提出更高的要求,從而對電池企業(yè)產(chǎn)生巨大的壓力,同時也使主機(jī)廠承擔(dān)的風(fēng)險進(jìn)一步提升。
當(dāng)前,國產(chǎn)電池的產(chǎn)品質(zhì)量和良品率以及一致性跟日韓企業(yè)還存在較大差距,若采用激進(jìn)的PACK方案或?qū)⒃谖磥懋a(chǎn)生較大的風(fēng)險。
二是維修難度大,不利于梯次利用。在傳統(tǒng)的電池成組方案中,一旦電芯出現(xiàn)安全問題可以直接將模組拆解下來進(jìn)行替換,從而不影響電池包的整體性能。但去掉模組之后一旦電芯出現(xiàn)問題,則會使電池包的維修難度大幅提升,甚至使整個電池包報廢,從而大大增加售后維護(hù)成本。
同時這種技術(shù)方案也不利于電池包的梯次利用,增加了主機(jī)廠的壓力,使得電池包的成本優(yōu)勢并不一定能夠在整車上體現(xiàn)出來。
三是削弱主機(jī)廠在電池供應(yīng)方面的主導(dǎo)權(quán)。當(dāng)前,為降低成本和提升競爭力,越來越多主機(jī)廠逐步加強(qiáng)其在動力電池領(lǐng)域的布局。除了自建電芯廠之外,更多主機(jī)廠開始自建或合資建設(shè)PACK廠,通過采購?fù)獠侩娦?,?nèi)部自行總成的方式提升其在動力電池供應(yīng)方面的主導(dǎo)權(quán)。
而將電芯直接做到電池包之后則意味著電池包的生產(chǎn)供應(yīng)將掌握在電池企業(yè)手中,導(dǎo)致主機(jī)廠只能依賴電池廠,從而削弱其市場競爭力。
此外,業(yè)內(nèi)人士還認(rèn)為,盡管去掉模組可以提升電池包空間利用率和能量密度,但也不能從根本上解決電動汽車?yán)m(xù)航里程焦慮問題。同時由于電池企業(yè)在制造工藝以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面的差異,CTP技術(shù)在提升空間利用率和能量密度方面的實際效果可能并沒有那么理想。
“寧德時代推出這項技術(shù)應(yīng)該已經(jīng)具備了使用的條件,我們正在跟它對接進(jìn)行前期的方案設(shè)計,后期會進(jìn)行測試驗證。”這位主機(jī)廠高層表示,寧德時代的這個方案可以降低其電池制造成本,提升市場競爭力,但產(chǎn)品最終結(jié)果還需要進(jìn)一步驗證。
原標(biāo)題:動力電池去模組背后的亮點與痛點