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动力电池无模组会是新趋势吗?

作者:万仁美 来源:中国汽车报 发布时间:2019-11-19 浏览:
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中国储能网讯:在国家有关2020年动力电池产品性能的发展要求中,有这样的字眼:动力电池单体比能量为300Wh/kg,系统比能量达到260Wh/kg。两个数字相差了40Wh/kg,谁把这一部分比能量拿走了?“罪魁祸首”就是从电池单体到电池包的过渡过程中增加的部件,这些部件降低了系统的比能量。一般来说,电池包的生产程序是电池单体、模组、再到电池包,中间增加的模组工序会“拿走”一大块比能量。

很显然,如果省去模组工序将提高电池包的比能量,同一款车配装同样多的电池,配装无模组动力电池的电动汽车可以行驶得更远;或者也可以通过减少无模组电池数量的做法保持车辆续驶里程不变,这样能够降低电动汽车的成本,增强产品市场竞争力。

无模组动力电池的好处显而易见,但将理论变现却并不容易。不过,这一技术难关已经被攻克,不久前,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。再之前,蜂巢能源已经发布了该技术,比亚迪也在研发中。那么,无模组动力电池会成为新趋势吗?

去掉模组可提高电池系统比能量

此前发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》要求,2020年,锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg,系统比能量争取达到260Wh/kg。这意味着从电池单体到电池包的集成效率必须超过85%。目前,乘用车普遍采用三元锂电池,最新流行的NCM811电池单体能量密度为245Wh/kg,相应的系统能量密度可达180Wh/kg,但集成效率也仅为73.5%,离85%的集成效率还有一段不短的距离。

那么,在现在的条件下,系统比能量怎样争取达到260Wh/kg?有两种实现途径,一是继续提高电池单体能量密度,二是提高系统集成效率。目前来看,三元锂电池还有提高单体能量密度的空间,可以通过这条途径让系统比能量达到260Wh/kg,但是,继续提高电池单体能量密度必然带来另一问题,即安全问题。在前不久举办的“2019年新能源汽车智新峰会”上,中国汽车技术研究中心有限公司检测认证事业部副总工程师王芳就提到,通过检测可以看到,电池的能量密度大幅提升之后,安全性也明显下降。

安全永远是头等大事。近年来,我国电动汽车发生多起自燃事故,给消费者带来了电动汽车不安全的印象。因此,继续提高电池单体能量密度或许不是最佳途径,而提高集成效率则成为行业新的研究方向。

怎样提高动力电池的集成效率?宁德时代、蜂巢能源发布的无模组动力电池便是一个突破方向。从电池单体到集成为电池包中间会有一道模组工序,如果把这一道工序省掉会大幅提高动力电池的集成效率。那么模组是什么?有行业专家用一个形象的比喻进行了解释:把皮鞋放进鞋盒,鞋盒放入鞋柜,皮鞋就相当于电池,鞋盒是模组,鞋柜则是电池包。鞋盒存在的目的是为了让鞋柜中的鞋可以井然有序地存放。无模组技术就是把“鞋盒”拿掉,依然让“鞋子”整齐地排列在“鞋柜”中。

无模组的情况下怎样实现单体电池的井然有序且不存在风险?宁德时代CTP项目组负责人告诉《中国汽车报》记者,模组的功能主要是将电芯有序串并联,采用CTP技术后,用箱体结构件可以替代模组框架的功能,把模组的框架、绝缘零件与箱体结构件有机地结合,达到结构件的最优化。“省去模组件后,电池包可以节省成本,提高系统能量密度,最终能够降低消费者购买成本,增强电动汽车的市场竞争力。”该负责人说。

无模组电池优势多

宁德时代CTP项目组负责人告诉《中国汽车报》记者,采用无模组技术后,电池包体积利用率提高了15%~20%,电池包零部件数量减少了40%,生产效率提升了50%,将大幅降低动力电池的制造成本。

优点不止于此,提高电池包的体积利用率无疑将增大车辆内部空间容量,让驾乘人员不再感到局促;减少了中间环节,生产效率也会大幅提升。一般来说,动力电池的生产过程中,每道工序都设有检测关口,以往的生产方式是电芯通过一定框架构成模组,模组必须进行下线检测,然后进行存储、转运。如果电池包与模组不在同一厂区,生产电池包之前,生产车间对外来的模组必须再次进行进货检验、上线检验。去掉模组之后,生产效率会大幅提高。

最重要的是,采用无模组技术之后,电池包的系统能量密度有了较大提升。宁德时代CTP项目组负责人告诉《中国汽车报》记者,无模组电池包能量密度较传统电池包提升了10%~15%,传统电池包能量密度平均为180Wh/kg,而无模组电池包能量密度可达到200Wh/kg以上。

无模组电池安全性更高

尽管无模组动力电池优点很多,但行业内也有技术安全的担心。不过,宁德时代CTP项目组负责人告诉记者,完全不必担心安全问题,且无模组技术的应用还会降低安全风险。他解释说,以往的电动汽车自燃事件中,起火原因多在于动力电池的热失控,而热失控的原因则在于动力电池在充放电过程中产生的热量无法及时疏散出去。无模组技术因为减少了电池包中零部件的使用量,可以给电池包腾出更多的空间,电池的散热通道也就更加顺畅。

不过,在以往发生的多起电动汽车起火事件中,也有些是因为电动汽车行驶过程中产生的震动导致电池接触部位磨损最终酿成的。模组在电池包中起着固定单体电池的作用,去掉模组之后单体电池的固定能否保障?宁德时代CTP项目组负责人告诉《中国汽车报》记者,在传统电池包中,通常使用螺栓固定模组,每个电池包有成百上千个螺栓,任何一个螺栓没有固定好,都可能带来安全隐患。无模组技术采用的则是其他方式,比如新型结构胶水、限位框架等。胶水具有一定的吸收震动能力,可以相对减缓车辆行驶震动带来的影响。

另外,防水等级较差也导致了我国多起电动汽车起火事件的发生,采用无模组技术后,防水等级能否保障?宁德时代CTP项目组负责人告诉《中国汽车报》记者,传统电池包上原有的绝缘、防水、防热扩散、加热冷却等功能在无模组电池包上都没有减少,反而做了优化,安全性能得到进一步提高。

从理论上看,采用无模组技术后,电池包的安全性不受影响,反而有所提高,但毕竟这类新型动力电池还没有接受实践检验。国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组动力电池首席专家、中国电子科技集团公司第十八研究所主任肖成伟就表示:“无模组技术减少了动力电池的结构件,缩减了生产流程,优势显而易见,但安全性还需要进一步验证。”

此外,动力电池的全生命周期包括退役之后的梯次利用以及回收处理。有观点认为,一般退役的动力电池,并不是所有电芯都有损坏。在传统有模组的电池包中,只需要挑出有损坏电芯的模组,其他没有问题的模组可以直接进行梯次利用。但没有模组后,剔除损坏电芯的难度增加,梯次利用就变得很麻烦。对此,华友循环科技总经理鲍伟表示:“有模组的电池拆解起来比较难,没有模组的电池减少了很多部件,拆解相对容易。但采用无模组技术之后,从退役电池包中挑出可用单体电池重组成新的电池的过程会变得比较复杂。”

对此,宁德时代CTP项目组负责人有着不同的看法,他告诉《中国汽车报》记者,退役动力电池梯次利用最理想状态是整包直接利用,无模组电池包的目标就是达到这一水平。如果维修和梯次利用过程中需要拆解或更换模组,宁德时代也会提供解决方案。

关键字:动力电池

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