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從孚能科技SPS和寧德時代“麒麟電池”看電池系統迭代方向
發布時間:2022-11-12 20:16:28

剛剛過去的10月,新能源汽車行業的精彩遠不止多款新車型的發布或企業上市,動力電池領域的新技術和新系統解決方案更為可圈可點。上個月,孚能科技SPS“大軟包”技術一經發布,就入圍多項行業獎項;寧德時代“麒麟電池”正式搭載全新上市的極氪009,配套落地;基于上汽“魔方電池”內核,上汽飛凡汽車攜手捷能智電正式切入“車電分離”賽道……


值得注意的是,包括SPS大軟包、麒麟電池、魔方電池都有著“共同”的特征:它們不再是傳統的從電芯到模組的簡單組合,它們是更具“靈活性”的系統,因此將它們并列對比也更具價值。無疑,這些特征也意味著電池技術迭代趨勢。


從孚能科技SPS和寧德時代“麒麟電池”看電池系統迭代方向

圖片:9月引起關注的三種電池系統技術方案


續航里程之爭,不止能量密度高低


對消費者而言,新能源汽車續航里程至關重要,而更遠的續航里程需要電池系統有著更高的能量密度相匹配。電池系統能量密度的提升通常有兩種方式:一是通過改善電池材料提升單體電芯能量密度;另一種途徑則是通過提升電池包系統集成度和體積利用率。當然“成年人”的選擇是“全都要”,上述三種技術方案也都體現了這一點。


從孚能科技SPS和寧德時代“麒麟電池”看電池系統迭代方向

圖表:三種電池技術方案與特斯拉在質量能量密度和體積成組效率上的比較


在電芯化學體系方面,三種技術方案都體現了高兼容度,可以適用從高鎳三元到低鎳富鋰錳、磷酸鐵鋰、甚至鈉離子等多種材料體系,這使得汽車廠商可以在一套方案中滿足成本和性能的不同取向。


其中,從單體能量密度來看,孚能科技采用獨有的半固態軟包電池技術,已實現330Wh/kg的能量密度;寧德時代“麒麟電池”并未公布單體電芯,但是從其成組效率來看,預計也將達到300Wh/kg;特斯拉4680電池,能量密度也在300Wh/kg附近;上汽集團目前從市場采購的高鎳三元電芯能量密度在250Wh/kg左右。


在系統集成方面,三種技術方案均采用了“CTP”技術。其中孚能科技SPS方案采用液冷板與底盤一體化設計,半固態大軟包電芯直接集成于底盤系統,使系統零部件減少50%,打破了軟包電池在系統集成度上的傳統劣勢;上汽的“魔方電池”最大的亮點在于躺式電芯,以及CTP、高電壓、超薄基材等技術及材料,也實現了成組效率上的極大突破;而寧德時代“麒麟電池”通過取消橫縱梁、水冷板、隔熱墊原本各自獨立的設計,集成為多功能彈性夾層,也實現了超出預期的模組集成度。


可以看到,通過“電池材料+系統高集成”雙管齊下的策略,電池企業、車企的技術方案都實現了電池系統能量密度的大幅提升,尤其是依托電芯化學體系方面的優勢,孚能科技和寧德時代都可以為汽車廠商實現超過1000km的長續航里程。


通用化之爭,可調高度適應多種平臺者勝


續航里程的提升只是一方面,孚能科技、特斯拉、寧德時代、上汽的新電池系統解決方案,都支持從A級到C級,支持轎車、SUV和MPV等多種平臺的適應性,這也是今年這幾家企業電池系統解決方案的最大特征。必須看到,主流汽車廠商的電氣化進程正進入“架構造車”的新時代。從過去的“油改電”,到專用電車平臺的“平臺造車”,再到適應多個級別多種車型的“架構造車”,這一趨勢也促使電池技術方案發生改變。


從孚能科技SPS和寧德時代“麒麟電池”看電池系統迭代方向

圖片:從MQB/J1,到MEB/PPE,再到SSP,大眾的平臺電氣化已走過三代


以孚能科技的SPS“大軟包”方案為例,其臥式布局和疊片技術,可以靈活調節電池系統的底盤高度,即同款底盤、一款電芯就可以適配全系乘用車。具體來看,大軟包電芯厚度僅有14mm-20mm,可以通過不同的疊加方案實現不同的電芯厚度,而電芯厚度的變化讓SPS的底盤高度可以在85mm-145mm之間靈活調節,搭載不同能量密度的大軟包電芯讓電池系統可擁有從80kWh-150kWh的不同容量,滿足從性能轎跑到城市皮卡的電動化需求。


上汽的“魔方”電池也是類似的表現:其電池包的長度和寬度是固定的——1690mm*1300mm;而高度有三種:分別為110mm、125mm和137mm。不同的厚度適用于不同的車型定位,現有新能源轎車經常出現的底盤過高導致乘員艙高度不足的問題將得到極大的緩解。


綜合可以看到,無論是上汽或大眾,都在強調電池系統提供統一底盤中的多個高度規格,以適用于多個平臺及多種車型,而這一“架構造車”的理念正被越來越多的車企所采用。


安全及熱管理,電池廠和汽車廠各擅其場


在新的電池技術方案提升能量密度和通用化的同時,實現更好的熱管理及安全性依然是電池人的不懈追求。在三種技術方案中,SPS“大軟包”及“麒麟電池”,與“魔方電池”在系統結構上表現出了更多的差異性,而這也是由電池廠和汽車廠對安全的不同理解與關注所決定的。


從孚能科技SPS和寧德時代“麒麟電池”看電池系統迭代方向

從孚能科技SPS和寧德時代“麒麟電池”看電池系統迭代方向

圖片:通過改變散熱結構,SPS和“麒麟”賦予電池更強的散熱效率,適應更高的充能效率


孚能科技的SPS方案中,液冷板和導熱片的復合使用,給大軟包電芯提供了“雙面液冷,三面傳熱”的高效熱交換,電池系統的散熱效率提升4倍,加上精準的控溫AI-BMS,電池系統循環壽命超過3000次。麒麟電池通過全新的多功能彈性夾層,以及重新設計置于側面而非頂部的水冷系統,從而使換熱面積擴大4倍,電芯控溫時間縮短至原來的一半??梢钥吹?,擴大散熱面積,滿足3C甚至4C的高壓充電是這兩種技術方案的主要訴求。


而上汽的“魔方”電池,則更強調避免產生熱失控的“骨牌”效應。躺式電芯結構下電池與電池間更小的接觸面積,再配合7*24h遠程監控體系、提前散熱系統、氣凝膠阻燃材料、自動泄壓防爆閥等設計。這也體現了車企更加“系統化”的安全思路,通過撞不著、不失控、不連鎖,來實現最終的安全保證。


小結:三種技術方案都能很好地滿足熱管理及安全,也都能通過針刺、擠壓等各類國標安全測試。但必須看到一點,少電解液甚至無電解液的半固態及固態電池將改寫動力電池的安全性,而孚能科技是目前國內率先推出半固態電池的企業。


寫在最后:成本管理成為一切制造的核心


盡管通過上面的數據梳理,我們可以比較和討論各種技術方案的優劣性,但在現代制造業中,成本是另一個不容忽視甚至更重要的話題。在今年8月電池行業某次大會上,多家車企抱怨在為電池廠打,10月,一些車企開始積極自建電池產能,打破對電池廠的絕對依賴。但毫無疑問,追求更好的生產成本是新能源汽車進一步發展的必然之路,特斯拉通過圓柱電池、CTC和一體化壓鑄技術為行業樹立了一個很好的典范,而孚能科技的SPS大軟包墊片技術,可能是另一種成本上的優解,而這一點有待更多的車企來驗證。


稿件來源: 電池中國網
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和女友的闺蜜做了好刺激
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