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动力电池去模组 宁德时代CTP技术牛在哪?

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工锂电 发布时间:2019-09-12 浏览:
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放弃模组,将电芯一步到位集成到电池包会成为未来动力电池技术的主流吗?

在德国法兰克福国际车展上,宁德时代推出了全新的CTP高集成动力电池开发平台(Cell To Pack),即电芯直接集成到电池包。

宁德时代称,由于省去了电池模组组装环节,较传统电池包,CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,电池包能量密度提升了10%-15%,将大幅降低动力电池的制造成本。

当前,国内外电池企业和车企的电池包基本上都采用从单体——模组——电池包的成组方式,通过多层级的成组方式保障电池安全,但会牺牲电池包的空间利率和能量密度。

在此情况之外,电池企业也在积极探索新的技术方向,其中做大电芯和模组尺寸或者直接放弃模组获得了业内的认可。目前有多家电池企业正在尝试上述两大方案。

而宁德时代此次展示的CTP为第二种方案,通过省去电池模组,直接将电芯集成到电池包,从而在提升电池包空间利用率、减轻电池包重量、提升能量密度和降成本等方面取得了积极成果。

优化电池包整体性能

根据宁德时代的说法,CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,电池包能量密度提升了10%-15%,将大幅降低动力电池的制造成本。目前,宁德时代已经取得超70项CTP核心专利,预计后期还将有更多的新技术应用在CTP电池包以保障产品安全。

在补贴退坡和市场竞争加剧等压力下,当前主机厂和电池厂都在通过改进电池生产工艺、去除杂质、寻找新材料等方式,提高电池包能量密度,同时追求更低的成本。总体而言该方法有积极作用,但优化空间有限。

而宁德时代通过省略模组,直接将大量的电芯串并联在一起,的确可以起到减少零部件使用,从而达到优化空间利用率,减轻电池包重量,提升能量密度的效果。

“把电芯直接集成到电池包,省去电池模组,在技术角度没有什么难度,也确实可以起到优化空间利用率和提升能量密度的效果。” 国轩高科高级副总裁、工程研究总院常务副院长徐兴无指出,去掉模组是当前动力电池能量密度提升的有效路径之一,此前也有电池企业在这方面进行研究,总体来说实现的技术难度不大。

“我们正在和宁德时代开发这种无模组的电池包,准备进行验证测试。”一位新能源乘用车主机厂高层对高工锂电表示,宁德时代主要是从提升能量密度角度设计该方案,在提升能量密度和空间利用率方面确实有积极作用。

值得注意的是,除了宁德时代之外,蜂巢能源、比亚迪等电池企业也在研发CTP技术,技术路线与宁德时代相同,后期或将有更多电池企业推出CTP电池包,从而成为行业的主流趋势之一。

比亚迪在中期业绩交流会上透露称,公司将于明年5-6月推出全新一代磷酸铁锂电池,体积比能量增加50%,寿命长达8年120万公里,成本下降30%。搭载新电池,新车续航可达500-600km。

据了解,比亚迪所说的新一代磷酸铁锂电池就是采用去模组的方式,从而提升体积比能量和降低成本,提升能量密度。

产品性能还有待提升

众所周知,电池模组结构在电池PACK过程中起到电芯集成、支撑、固定和保护等作用,同时还要满足完好固定电芯位置并保护其不发生有损性能的形变、满足载流性能要求、满足对电芯温度的控制、遇到严重异常时及时断电、避免热失控的传播等等功能。

当前电池包基本上都采用多模组并联模式PACK成电池包,当模组中的电芯出现故障时不至于使整个电池包失效,在售后维护和梯次利用等方面也比较方便。而去掉模组直接将电芯串并联在一起做成电池包,这意味着一旦有电芯出现问题将会对整个电池包产生影响,从而有可能降低电池包的可靠性。

业内人士指出,CTP技术对电池企业和主机厂而言的要求都很高,主要存在以下几个问题。

一是对电池产品的一致性要求非常高。把电芯直接做成电池包无疑会对电芯的质量、良品率、一致性等方面提出更高的要求,从而对电池企业产生巨大的压力,同时也使主机厂承担的风险进一步提升。

当前,国产电池的产品质量和良品率以及一致性跟日韩企业还存在较大差距,若采用激进的PACK方案或将在未来产生较大的风险。

二是维修难度大,不利于梯次利用。在传统的电池成组方案中,一旦电芯出现安全问题可以直接将模组拆解下来进行替换,从而不影响电池包的整体性能。但去掉模组之后一旦电芯出现问题,则会使电池包的维修难度大幅提升,甚至使整个电池包报废,从而大大增加售后维护成本。

同时这种技术方案也不利于电池包的梯次利用,增加了主机厂的压力,使得电池包的成本优势并不一定能够在整车上体现出来。

三是削弱主机厂在电池供应方面的主导权。当前,为降低成本和提升竞争力,越来越多主机厂逐步加强其在动力电池领域的布局。除了自建电芯厂之外,更多主机厂开始自建或合资建设PACK厂,通过采购外部电芯,内部自行总成的方式提升其在动力电池供应方面的主导权。

而将电芯直接做到电池包之后则意味着电池包的生产供应将掌握在电池企业手中,导致主机厂只能依赖电池厂,从而削弱其市场竞争力。

此外,业内人士还认为,尽管去掉模组可以提升电池包空间利用率和能量密度,但也不能从根本上解决电动汽车续航里程焦虑问题。同时由于电池企业在制造工艺以及产品质量等方面的差异,CTP技术在提升空间利用率和能量密度方面的实际效果可能并没有那么理想。

“宁德时代推出这项技术应该已经具备了使用的条件,我们正在跟它对接进行前期的方案设计,后期会进行测试验证。”这位主机厂高层表示,宁德时代的这个方案可以降低其电池制造成本,提升市场竞争力,但产品最终结果还需要进一步验证。

关键字:动力电池

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