鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1397次 | 2019年06月19日
包裝與電芯一樣重要,為何說軟包電池將成未來的主角
這是汽車頭條App來電新聞組的第41篇稿件
隨著續(xù)航能力和安全性能成為電動(dòng)汽車的焦點(diǎn)問題,動(dòng)力電池也成為電動(dòng)車上最被關(guān)注的部分,并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電機(jī)和電控等其他主要組成部分,雖然電控也直接影響到一輛電動(dòng)車的續(xù)航和安全問題,但動(dòng)力電池包括類型、容量、能量密度等指標(biāo)和參數(shù)要比電控系統(tǒng)更直接更容易地去在產(chǎn)品間進(jìn)行比較。
說到動(dòng)力電池,其類型從最早的磷酸鐵鋰和三元鋰兩大類,現(xiàn)在又在三元鋰電池中細(xì)分出了523、622及811等類型,而這些數(shù)字指的是其電芯正極中鎳鈷鋁三種元素的配比。
眾所周知,第一個(gè)數(shù)字所代表的鎳比重越高,電芯的能量密度也就可以做的越高,因此811電池成為目前最為炙手可熱的一種配比。
但無論是磷酸鐵鋰、三元鋰還是523、811,這些類型的劃分都是電芯層面,而另外一個(gè)層面的技術(shù)類型對(duì)于電池性能也起到了決定性作用,那就是動(dòng)力電池的包裝類型以及電池包技術(shù)。
特斯拉所用的松下圓柱電池
運(yùn)用最為普遍的方形電池
目前動(dòng)力電池的包裝類型主要分為三種,其中最常見的兩種是以特斯拉為代表的圓柱電池和目前國內(nèi)新能源主機(jī)廠最常用的方形鋰電池,而另外一種則是本文所要說的重點(diǎn),軟包電池。
什么是軟包電池?有哪些優(yōu)勢?
所謂軟包電池,是相比圓柱和方形這兩種硬殼電池的一種叫法,其內(nèi)部組成(正極、負(fù)極、隔膜、電解液)與方形、圓柱鋰電池的區(qū)別不大,最大的不同之處在于軟包電池采用鋁塑復(fù)合膜作為外殼,方形和圓柱電池則采用金屬材料作為外殼。
通常而言,軟包電池主要具備以下幾個(gè)優(yōu)勢:
1、安全性好:軟包電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝,在發(fā)生熱管理失控或穿刺時(shí),其軟包會(huì)為電芯提供緩沖空間,發(fā)生鼓脹形變,最終會(huì)著火或冒煙,但不會(huì)發(fā)生爆炸。
2、質(zhì)量輕、能量密度高:軟包電池重量較同等容量的鋼殼電池輕40%,較鋁殼電池輕20%,因此通常具有較高的能量密度,而目前國內(nèi)突破300Wh/kg能量密度大關(guān)的電池企業(yè),絕大部分采取的都是軟包電池。
3、電化學(xué)性能良好、壽命長:軟包電池的內(nèi)阻較小,可以極大的降低電池的自耗電;此外軟包電池的循環(huán)壽命更長。
同樣,軟包電池也存在著不足之處,那就是產(chǎn)品一致性較差,成本較高,容易發(fā)生漏液和脹氣,且在成組過程中需要額外的殼體,PACK工藝復(fù)雜程度高。
軟包電池的市場現(xiàn)狀
相比圓柱電池和方形電池,軟包電池目前在市場上的應(yīng)用還處于發(fā)展階段,市占率與硬殼電池還有一定的差距。從今年1-4月的統(tǒng)計(jì)來看,軟包電池的裝機(jī)量占動(dòng)力電池的8.92%,但今年前四個(gè)月的裝機(jī)量達(dá)到1580.87MWh,同比增長了106.09%,增長速度迅猛,是動(dòng)力電池中最為強(qiáng)勁的一股新生力量。
截止到4月,國內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟包電池裝機(jī)的動(dòng)力電池廠共有21家,其中孚能科技、多氟多、捷威動(dòng)力、卡耐新能源占據(jù)裝機(jī)量的前四名,均超過了100MWh,而在汽車主機(jī)廠方面,目前使用軟包動(dòng)力電池的廠商包括了大眾、代勒姆、日產(chǎn)、通用、福特、現(xiàn)代、前途等,在這其中前途作為目前唯一使用軟包電池的中國主機(jī)廠頗為突出。
包裝與電芯一樣重要,為什么說軟包電池將成未來的主角
提到前途,外界對(duì)這個(gè)品牌的最主要認(rèn)知是來自于它的首款量產(chǎn)車前途K50,這是國內(nèi)電動(dòng)車廠商上市發(fā)售的最貴電動(dòng)車產(chǎn)品,同時(shí)也是唯一一款兩座跑車,因此這也導(dǎo)致人們對(duì)前途的關(guān)注點(diǎn)更多地都集中在了其性能和造型上,反而忽略了前途在電動(dòng)車最基礎(chǔ)的三電系統(tǒng)方面的成果和創(chuàng)新。
軟包電池受到更多人關(guān)注是因?yàn)樵诮衲昴瓿?,主攻軟包電池的孚能科技與戴姆勒簽訂規(guī)模達(dá)140GWh、涉及金額高達(dá)200億歐元的巨額訂單,但其實(shí)早在2013年,前途就已經(jīng)確定基于軟包電芯的標(biāo)準(zhǔn)箱為基礎(chǔ)的發(fā)展路線,隨后在2016完成K50上的首次裝車實(shí)現(xiàn),而前途K50也在2018年8月正式上市。
華特事業(yè)部總經(jīng)理翟晟
那么,前途為何選擇軟包電池?前途是如何實(shí)現(xiàn)這一具有前瞻性的動(dòng)力電池技術(shù)的?為此,汽車頭條App與華特事業(yè)部總經(jīng)理翟晟對(duì)前途的軟包電池技術(shù)進(jìn)行了深入的溝通,從而對(duì)上述一些列問題進(jìn)行具體的解答和分析。
前途為什么要用軟包電池?
華特電動(dòng)是長城華冠的全資子公司,致力于研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)電池箱、可再充能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(RESS)等產(chǎn)品的服務(wù)和整體解決方案,同時(shí)也是前途K50電池系統(tǒng)的供應(yīng)商。
而據(jù)翟晟介紹,前途之所以選擇在華特自建生產(chǎn)線生產(chǎn)軟包電池是因?yàn)樵谇巴咀畛鯖Q定使用軟包電池時(shí),并沒有電池廠能夠保證前途對(duì)電池一致性以及產(chǎn)品性能和相應(yīng)技術(shù)方案的要求,而華特電動(dòng)當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)研發(fā)能力已經(jīng)可以滿足前途K50電池包的生產(chǎn)需求,所以最終決定要自建工廠生產(chǎn)軟包電池。
對(duì)于軟包電池的優(yōu)勢,翟晟表示前途最看重的就是其比圓柱和方形電池更優(yōu)的安全性。
隨著電動(dòng)車自燃、爆燃事故的頻發(fā),消費(fèi)者對(duì)于電動(dòng)車電池安全問題的關(guān)注持續(xù)升溫,這也成為很多人選擇電動(dòng)車的最大顧慮,而軟包電池因采用鋁塑膜封裝形式,在內(nèi)部能量匯集并達(dá)到爆發(fā)點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)緩釋過程,而非猝發(fā)式爆炸現(xiàn)象,將原本毫秒級(jí)的電化學(xué)反應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)化為約十幾秒的形變反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)能量緩釋,并在車輛報(bào)警后為乘坐人員提供更充裕的反應(yīng)逃生時(shí)間。
前途的軟包電池有哪些特別之處?
與一般電動(dòng)車使用的一體式電池箱不同,前途將K50的整個(gè)電池包拆分成了10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱,在標(biāo)準(zhǔn)電池箱內(nèi)部,電芯動(dòng)態(tài)空間采用的緩沖設(shè)計(jì),可以吸收電芯呼吸效應(yīng)導(dǎo)致的尺寸變化,并在發(fā)生碰撞、顛簸等情況下形成內(nèi)部緩沖。
標(biāo)準(zhǔn)箱的運(yùn)用也直接改變了電控系統(tǒng)的管控方案。在前途K50上,除了整車會(huì)有一個(gè)BMS的主控,每個(gè)電池箱里會(huì)有一個(gè)BMS的從控,這樣可以把電池監(jiān)控進(jìn)一步細(xì)化,每個(gè)從控只負(fù)責(zé)管理它單箱的電池。
這樣一來,當(dāng)電池發(fā)生故障,車輛的電控系統(tǒng)和云端系統(tǒng)就會(huì)收到反饋,去判斷出是哪一組箱體、哪一組電池出了毛病,然后以相應(yīng)的控制手段來控制問題的發(fā)生,整個(gè)電池箱體達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),具備耐久性和高安全性。
此外,前途標(biāo)準(zhǔn)電池箱外部采用高強(qiáng)度的復(fù)合材料殼體,使其碰撞性能測試成績高于國標(biāo)30%,并達(dá)到IP67的防護(hù)等級(jí)需求。值得一提的是,標(biāo)準(zhǔn)電池箱的密閉殼體還可與電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)高效協(xié)同,從而保證了電芯溫度的一致性,全方位保障電池安全。
正如翟晟所說,前途在現(xiàn)階段使用軟包電池是一個(gè)具有前瞻性的做法,由于成本略高、標(biāo)準(zhǔn)化程度較低以及產(chǎn)品一致性要求較高等原因,現(xiàn)在軟包電池的滲透率還處于一個(gè)較低的水平,但隨著補(bǔ)貼退坡、國家對(duì)電池能量密度的要求進(jìn)一步提升,單體能量密度更高的軟包電池將成為電池廠和主機(jī)廠的必選項(xiàng)。
而隨著能量密度的逐漸增加,電池安全問題也將變得愈發(fā)棘手,而前途所探索出來的標(biāo)準(zhǔn)箱式電池包或許也是未來整個(gè)動(dòng)力電池行業(yè)可以借鑒和發(fā)展的技術(shù)路線之一。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測,到2030年軟包電池在新能源汽車市場的滲透率將達(dá)到45%,屆時(shí)將成為動(dòng)力電池市場的絕對(duì)主力。