动力电池路线再生可变比亚迪刀片电池量产下线
通过此次发布会,比亚迪将使磷酸铁锂电池重回主流地位,比亚迪将打通整个新能源汽车行业,推动“刀片电池”的普及。
在应用方面,比亚迪刀锋电池将首先安装在比亚迪韩车型上,这款中大型纯电动汽车计划于今年年中上市。相关参数显示,作为首款搭载刀片电池的产品,比亚迪HANNEDC续航里程超过600公里。
动力电池的瓶颈
动力电池的成本一直占据电动车成本的40%以上,因此如何在保证续航的同时降低成本是电池厂商的研究方向。
另一方面,提高电池的能量密度和增加续航里程同样重要。
提高电池能量密度的方法不多,无非就是研发电池类型和配比或者优化电池结构。显然,优化电池配比的空间已经越来越小,从电池结构入手或许是个不错的办法。
比亚迪只是选择重新开发电池结构,推出了磷酸亚铁锂材料的刀片电池,使电池提高了能量密度,控制了电池的成本。
什么是刀片电?
从结构上来说,比亚迪的刀片电池也属于CTP技术的一种,CTP叫Cell?去哪?Pack,将电芯直接集成到电池组中(传统电池组采用从单体-模块-电池组的分组方式)。
当代安培科技有限公司发布的CTP技术概念与CTP技术相同。它们都是将电池直接集成到电池组中,省去了中间的模块环节。
但比亚迪的技术显然更“激进”,完全无模块化,难度更大,更彻底;在当代安培科技有限公司,使用大模块而不是小模块。
CTP不是很先进的技术,为什么不早点采用呢?主要是以前电池组设计的安全冗余度太高,现在技术更自信了。通过结构优化,可以省略或简化模块部件,从而提高单位电池的能量密度。
刀片电池特性
根据比亚迪披露的专利,刀片电池是430mm甚至2500mm的超长电池,其电池两端都有极耳。
与传统的方形电池相比,它是一种呈现“扁”“长”形状,按阵列排列在一起,像“刀片”一样插入电池组的电池设计工艺,因此被称为“刀片电池”。
现有电池组结构在电池组总体积相同的情况下,每个模块的侧板、端板、紧固件、横梁、纵梁等部件较多;采用CTP技术的比亚迪电池组,除去电池管理系统、配电箱等部件,空间利用率约为62%。受不同电芯布局的影响,封装内的空间利用率分别为55%至65%,必要时甚至可以达到80%。
由于零部件减少,重量减轻,所以单位质量的能量密度也能提高,整车续航里程也能提高。采用CTP技术的电池组,充电量可以提高20%-30%左右,续航里程可以提高20%-30%。
相比之下,采用CTP技术的比亚迪磷酸铁锂电池组(刀片电池)的比能量密度达到了180Wh/kg,与采用NCM811电芯的电池组相当。
刀片电池的优势
1.安全性:磷酸亚铁锂>;三元锂
磷酸亚铁锂的热稳定性是目前汽车用锂电池中最好的,电热峰值大于350℃。当电池温度处于500-600℃的高温时,其内部化学成分开始分解。
三元锂电池热稳定性差,在300℃左右开始分解,所以对电池管理系统的要求很高,需要超温保护装置和电池管理系统来保护电池的安全。所以磷酸亚铁锂在高温下的安全性比较高。
在比亚迪的穿刺渗透测试中,同样的测试条件下,三元锂电池在针刺瞬间温度变化剧烈,表面温度迅速超过500℃,极热失控,开始剧烈燃烧,电池表面的鸡蛋被炸飞;
传统磷酸铁锂电池被击穿后,没有明火,电池泄压阀喷出烟雾。表面温度达到200℃~400℃,电池表面的鸡蛋被高温烤焦。
比亚迪的“刀锋电池”穿透后没有明火,甚至没有烟雾。电池表面温度只有30℃左右,电池表面的鸡蛋没有变化。
基于成本和安全性的考虑,比亚迪的刀片电池采用磷酸亚铁锂材料。同时,与传统的磷酸铁锂电池相比,“刀锋电池”的内芯采用了特殊的极耳结构设计,使得其内部短路的概率极低。即使在极端情况下,电池内部也不会发生剧烈反应,进一步降低了自燃的风险。
2.寿命:磷酸亚铁锂>三元锂
电池寿命是电池经过多次完全充放电后的电量衰减。一般电动车的电池充满电后会衰减到原电量的80%,也就是说要更换电池了。
磷酸铁锂电池只有在完整的充放电循环超过3500次后,功率才会衰减到原来的80%。也就是说,如果每天充放电一次,磷酸铁锂电池需要将近10年才会出现明显的衰减。
“刀锋电池”延续了磷酸亚铁锂技术的长寿命优势,可实现超过3000次充放电循环、超过654.38+0.2万公里行驶的寿命水平。
相比之下,三元锂电池充放电超过2000次,也就是6年左右,就会开始衰减。当然,通过电池管理和车辆电控系统可以稍微延长续航时间,但也只能稍微延迟。
刀片电池有哪些风险?
有利也有弊,取消或减少模块链接也会带来一些风险。传统三级结构的电池组,因为模块的存在,碰撞安全多了一层保护。
采用CTP技术的电池组,除了电池组的侧梁,将直接承受碰撞的冲击。
此外,CTP对电池的一致性要求较高,充放电膨胀导致的电池变形和散热性能差也不容忽视。一旦单个电池出现故障,可能会涉及到更换整个电池组,而不仅仅是更换某个模块,维护成本会大大增加。
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此外,在发布会上,比亚迪集团副总裁、福迪电池董事长贺龙表示:“几乎所有你能想到的汽车品牌都在和我们讨论基于‘刀锋电池’技术的合作计划。相信大家很快就能看到听到更多关于“刀锋电池”的振奋人心的消息。”
比亚迪“刀锋电池”将面向整个新能源汽车行业开放,推动“刀锋电池”的普及,让行业和消费者受益。比亚迪希望加速“刀片电池”对低安全性电池的快速淘汰,引领新能源汽车产业进入良性发展的快车道。
磷酸亚铁锂回归主流——降低成本,提高效率
从热稳定性、安全性、使用寿命、成本等方面来看,磷酸铁锂电池是有优势的。能量密度方面,通过优化电池组结构,磷酸铁锂电池能量密度大幅提升。
在最关键的安全性方面,刀片式电池的结构优势也使得电池不再自燃,这对于电动车的安全性无疑是颠覆性的。
相信通过刀片电池技术,磷酸铁锂电池将回归主流。
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