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从孚能科技SPS和宁德时代“麒麟电池”看电池系统迭代方向

作者:中国储能网新闻中心 来源:电池中国网 发布时间:2022-11-13 浏览:

中国储能网讯:刚刚过去的10月,新能源汽车行业的精彩远不止多款新车型的发布或企业上市,动力电池领域的新技术和新系统解决方案更为可圈可点。上个月,孚能科技SPS“大软包”技术一经发布,就入围多项行业奖项;宁德时代“麒麟电池”正式搭载全新上市的极氪009,配套落地;基于上汽“魔方电池”内核,上汽飞凡汽车携手捷能智电正式切入“车电分离”赛道……

值得注意的是,包括SPS大软包、麒麟电池、魔方电池都有着“共同”的特征:它们不再是传统的从电芯到模组的简单组合,它们是更具“灵活性”的系统,因此将它们并列对比也更具价值。无疑,这些特征也意味着电池技术迭代趋势。

续航里程之争,不止能量密度高低

对消费者而言,新能源汽车续航里程至关重要,而更远的续航里程需要电池系统有着更高的能量密度相匹配。电池系统能量密度的提升通常有两种方式:一是通过改善电池材料提升单体电芯能量密度;另一种途径则是通过提升电池包系统集成度和体积利用率。当然“成年人”的选择是“全都要”,上述三种技术方案也都体现了这一点。

在电芯化学体系方面,三种技术方案都体现了高兼容度,可以适用从高镍三元到低镍富锂锰、磷酸铁锂、甚至钠离子等多种材料体系,这使得汽车厂商可以在一套方案中满足成本和性能的不同取向。

其中,从单体能量密度来看,孚能科技采用独有的半固态软包电池技术,已实现330Wh/kg的能量密度;宁德时代“麒麟电池”并未公布单体电芯,但是从其成组效率来看,预计也将达到300Wh/kg;特斯拉4680电池,能量密度也在300Wh/kg附近;上汽集团目前从市场采购的高镍三元电芯能量密度在250Wh/kg左右。

在系统集成方面,三种技术方案均采用了“CTP”技术。其中孚能科技SPS方案采用液冷板与底盘一体化设计,半固态大软包电芯直接集成于底盘系统,使系统零部件减少50%,打破了软包电池在系统集成度上的传统劣势;上汽的“魔方电池”最大的亮点在于躺式电芯,以及CTP、高电压、超薄基材等技术及材料,也实现了成组效率上的极大突破;而宁德时代“麒麟电池”通过取消横纵梁、水冷板、隔热垫原本各自独立的设计,集成为多功能弹性夹层,也实现了超出预期的模组集成度。

可以看到,通过“电池材料+系统高集成”双管齐下的策略,电池企业、车企的技术方案都实现了电池系统能量密度的大幅提升,尤其是依托电芯化学体系方面的优势,孚能科技和宁德时代都可以为汽车厂商实现超过1000km的长续航里程。

通用化之争,可调高度适应多种平台者胜

续航里程的提升只是一方面,孚能科技、特斯拉、宁德时代、上汽的新电池系统解决方案,都支持从A级到C级,支持轿车、SUV和MPV等多种平台的适应性,这也是今年这几家企业电池系统解决方案的最大特征。必须看到,主流汽车厂商的电气化进程正进入“架构造车”的新时代。从过去的“油改电”,到专用电车平台的“平台造车”,再到适应多个级别多种车型的“架构造车”,这一趋势也促使电池技术方案发生改变。

图片:从MQB/J1,到MEB/PPE,再到SSP,大众的平台电气化已走过三代

以孚能科技的SPS“大软包”方案为例,其卧式布局和叠片技术,可以灵活调节电池系统的底盘高度,即同款底盘、一款电芯就可以适配全系乘用车。具体来看,大软包电芯厚度仅有14mm-20mm,可以通过不同的叠加方案实现不同的电芯厚度,而电芯厚度的变化让SPS的底盘高度可以在85mm-145mm之间灵活调节,搭载不同能量密度的大软包电芯让电池系统可拥有从80kWh-150kWh的不同容量,满足从性能轿跑到城市皮卡的电动化需求。

上汽的“魔方”电池也是类似的表现:其电池包的长度和宽度是固定的——1690mm*1300mm;而高度有三种:分别为110mm、125mm和137mm。不同的厚度适用于不同的车型定位,现有新能源轿车经常出现的底盘过高导致乘员舱高度不足的问题将得到极大的缓解。

综合可以看到,无论是上汽或大众,都在强调电池系统提供统一底盘中的多个高度规格,以适用于多个平台及多种车型,而这一“架构造车”的理念正被越来越多的车企所采用。

安全及热管理,电池厂和汽车厂各擅其场

在新的电池技术方案提升能量密度和通用化的同时,实现更好的热管理及安全性依然是电池人的不懈追求。在三种技术方案中,SPS“大软包”及“麒麟电池”,与“魔方电池”在系统结构上表现出了更多的差异性,而这也是由电池厂和汽车厂对安全的不同理解与关注所决定的。

图片:通过改变散热结构,SPS和“麒麟”赋予电池更强的散热效率,适应更高的充能效率

孚能科技的SPS方案中,液冷板和导热片的复合使用,给大软包电芯提供了“双面液冷,三面传热”的高效热交换,电池系统的散热效率提升4倍,加上精准的控温AI-BMS,电池系统循环寿命超过3000次。麒麟电池通过全新的多功能弹性夹层,以及重新设计置于侧面而非顶部的水冷系统,从而使换热面积扩大4倍,电芯控温时间缩短至原来的一半。可以看到,扩大散热面积,满足3C甚至4C的高压充电是这两种技术方案的主要诉求。

而上汽的“魔方”电池,则更强调避免产生热失控的“骨牌”效应。躺式电芯结构下电池与电池间更小的接触面积,再配合7*24h远程监控体系、提前散热系统、气凝胶阻燃材料、自动泄压防爆阀等设计。这也体现了车企更加“系统化”的安全思路,通过撞不着、不失控、不连锁,来实现最终的安全保证。

小结:三种技术方案都能很好地满足热管理及安全,也都能通过针刺、挤压等各类国标安全测试。但必须看到一点,少电解液甚至无电解液的半固态及固态电池将改写动力电池的安全性,而孚能科技是目前国内率先推出半固态电池的企业。

写在最后:成本管理成为一切制造的核心

尽管通过上面的数据梳理,我们可以比较和讨论各种技术方案的优劣性,但在现代制造业中,成本是另一个不容忽视甚至更重要的话题。在今年8月电池行业某次大会上,多家车企抱怨在为电池厂打,10月,一些车企开始积极自建电池产能,打破对电池厂的绝对依赖。但毫无疑问,追求更好的生产成本是新能源汽车进一步发展的必然之路,特斯拉通过圆柱电池、CTC和一体化压铸技术为行业树立了一个很好的典范,而孚能科技的SPS大软包垫片技术,可能是另一种成本上的优解,而这一点有待更多的车企来验证。

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关键字:动力电池

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