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【总工札记】从刀片电池看比亚迪电芯技术方向
比亚迪| 刀片电池 文章来源自:汽车电子设计
2020-04-01 09:10:05 阅读:18495
摘要刀片电池主要是通过结构创新,在成组时跳过“模组”,通过提高体积利用率达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。

【文/汽车电子设计 朱玉龙】比亚迪的直播会涉及到比亚迪重大转向的十字路口,包括电池剥离、发布新一代电池技术。但是这里又存在一个核心的问题,之前的电池的产能如何根据不同的需求进行分配,比亚迪乘用车作为绝对大客户和后续国内外车企电池系统如何匹配等。

刀片电池的核心卖点

电池安全性:这个其实主要有两个特点,一个结构上电池比较薄和长,目前在软包上做的LFP电芯,其实和这个差不多。刀片电池的做法在我们之前的355/390软包上可以把电芯做成138Ah的电芯,这个是目前比较大的优势。

不同结构和容量的LFP和大容量方壳三元电芯比国标针刺实验,这个问题我们之前在2017年的时候有过定论,当时比亚迪自己的Roadmap也是主力转向三元,这里存在一个转向的问题。

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图1比亚迪发布的三种自己的电芯的对比试验

备注:从语境来看,三元电池这条产品线,是2019年比亚迪所有的纯电动都在用的。而下一步往磷酸铁锂走,能量密度降下来、成组率通过电芯的结构特性来补偿。目前来说等于两条产品线并行走,从安全性、成本来看,LFP刀片电池是比亚迪认为的优选路线。

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图2电池的技术路线问题

电池系统设计上的迭代

刀片电池主要是通过结构创新,在成组时跳过“模组”,通过提高体积利用率达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。但是这里存在三代电池的问题,如下图所示:

  a)Gen0:早期纯电动汽车的设计,采用75Ah的磷酸铁锂电芯,这个我们不去追溯了。

  b)第一代电池系统(比亚迪王朝系列):基于原有车型设计改制,以秦EV为例子,模组采用复合的模组,有几种不同的形状,主要的特点就是尽可能把电池塞进去。这个时候是从NCM523和NCM622的电池为代表,电芯的容量从100Ah升级到135Ah(173*112.5*50)

  c)第二代电池系统(e网车型):采用e平台的系统,这个已经开始从上述的第一代的改为扁平化、单层模组设计的思路,重点是一套电池系统覆盖多个车型,和驱动系统一样也是模块化的,电芯也是采取135Ah(173*112.5*50)

  d)第三代电池系统(汉EV):就是这一代电池,卖点是平整化,安全性,这颗138Ah的电芯成本上目前还不清楚,应该是比走三元路线低一些。

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图3比亚迪的三代电池系统

从目前来看,要这个电芯由于长度规格目前固定,所以整包的尺寸2.4米*1.2米,高度方向上面可以做到110mm左右,如果叠二层也可以增加一部分电量。

我们可以看到,这个电芯如果要符合MEB、BEV3或者e-TGNA的规格,需要在电芯的长度方向上面做调整。也就是说,比亚迪的这次是把电芯发布为一个产品,可以就目前比亚迪乘用车所做的电池设计做匹配性改进。

由于电池的结构变化,使得托盘的设计也彻底做了变化,取消了电池壳体的结构梁,使用刀片电池的每个电芯壳体充当电池的梁,把电池系统的结构强度建立在电芯的结构之上。

并且借鉴蜂窝铝板结构原理,上下两面,黏贴两个高强度板,形成蜂窝铝板。这里的问题,如果出现侧碰或者其他的碰撞,电芯的结构是直接承接力的。几乎所有车企之前的碰撞设计,都是通过车身和电池系统的结构组合,让碰撞不能挤压到电芯,碰撞之后尽可能电芯是完整的。

如果按照这样的设计思路,其实很难把刀片电池搬到三元上,这样的整体结构设计思路,电池在极端条件下是需要破损,就必须要自己的安全性作为保障。

这里还有一个潜在的问题,就是碰撞或者受到其他力的特点,单个破损以后,串联的并不好修,而且这种结构要拆解再组合对于上下部分的胶水+电芯之间的胶水要求比较高。

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图4比亚迪的刀片电芯

前几日蜂巢也在谈到方壳电芯的进化路线,从148宽度的电芯到MEB220宽度的电芯,再到330-400mm左右。如果围绕叠片工艺只要在裁片的方向上做调整,厚度可以从软包的10-14mm,增厚到25-30mm。我觉得刀片的做法有些激进。但是这种进化路线,代表着电芯工艺的计划发展方向。

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图5方壳电芯的尺寸迭代方向

小结:从卷绕工艺,到层叠工艺的改变,比亚迪、三星SDI都进行了战略性的调整,加上原有的蜂巢。如果下一步LGChem和SKI也做点调整,这事情就比较有意思了。

我觉得这次比亚迪的刀片电池,确实在电池工艺和电池设计上引发了一次大讨论,但是是否LFP就是对的,而且使用特别激进的电芯粘接+下板粘接,把电池做成一次性组装的(不带维修),我觉得有很大的疑问。

总的来说,对动力电池的发展还是起到了正向的促进作用,我们多了一种解决问题的思路。

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