成就万亿比亚迪的两大利器:刀片电池与CTB!

刀片电池

(感谢各位老板点关注视频号:EV汽车邦小课堂)比亚迪为了这款“刀片电池”,不仅仅只是DISS友商而已,更是拿出了“掀桌子不吃了”的勇气。要知道,除了还没上市的汉EV,比亚迪其他车型可也都搭载的是三元锂电池。

这种狠起来,连自己的命都革的做派,真的值得么?


为了安全,的确值得


刀片电池最大的优势就是安全,甚至比一般磷酸铁锂电池的针刺实验结果还要出色,更别说三元锂电池。这也是为什么,发布会一开始王传福就疯狂地DISS现有的三元电池体系。

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的确,过去几年国内对三元锂电池的能量密度非常看重。从NCM523到NCM622,再到NCM811,三元电池中镍的含量越来越高,能量密度越来越高,热稳定性则越来越差。

另一边,消费者对续航的需求,也在水涨船高——从400km到500km,再到600km,小鹏P7甚至到了700km。很难讲是谁影响了谁,但结果就是各家都在攀比新车的能量密度和续航里程,消费者看到一辆新车的电池能量密度太低或者续航里程不高,也会下意识的认为这是一辆“完蛋玩意儿”。

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刀片电池的横空出世,或许真的能做到“修正”行业现状,“更正”消费者观念。以磷酸铁锂电池为基础的刀片电池,通过改变电池包结构,提升包内空间利用率,从而达到提高续航的目的。

需要注意的是,刀片电池并没有提升磷酸铁锂电池单体能量密度。以比亚迪汉EV为例,工信部申报信息中,77kWh的电池包,能量密度却只有140Wh/kg,依旧比不上三元锂电池。

可是,它安全!

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上面这张三元锂电池、普通磷酸铁锂电池和刀片电池分别做针刺实验的图片,充分说明了刀片电池在安全性方面的优势。同样的针刺试验后,刀片电池不仅无烟、无名火,而且表面升温幅度小(仅30℃-60℃),说是吊打友商一点都不夸张。

欧阳明高院士解释说,这是因为刀片电池散热面积大,而且由于电池短路的回路很长,产热速率比较小,所以升温慢。比亚迪自己则总结,磷酸铁锂电池有4个优点:

1、放热启动温度高
2、放热慢
3、产热少
4、不释氧

此前,比亚迪也曾向媒体透露,刀片电池不仅电极材料使用更加稳定的磷酸铁锂材质,而且还使用了高温陶瓷涂层,来降低电芯内短路概率。


刀片电池会成为电池安全的救星吗?


先说结论:恐怕很难。因为想让如此多的车企和电池供应商,彻底放弃现有三元电池体系,无异于痴人说梦。况且你有张良计,我有过墙梯,宁德时代的CTP技术也并非等闲之辈。



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宁德时代CTP技术电池模组示意图

我们知道,刀片电池的一大优势是体积比能量密度高,甚至能与NCM811电池持平。然而,对三元锂电池而言,CTP技术不仅能提升体积比能量密度,还能显著提高重量比能量密度。

它能够最大程度的减少电池Pack内部,各个模组之间的侧板、底板、连接线束、固定件、非必要的横梁,纵梁等零部件,对于电池的轻量化非常有帮助;以宁德时代CTP技术为例,新产品的重量比能量密度能达到200Wh/kg,比现在NCM811的整包重量比能量密度,又高出一个档次。

我们大胆假设,当比亚迪的刀片电池为消费者建立起“电池安全”的观念后,宁德时代们能否通过CTP技术,让已经非常成熟的NCM523和NCM622的整包能量密度再次上升一个台阶,同时还能满足对于电池安全的需求?

答案是肯定的!

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比亚迪刀片电池整包

因此客观的讲,刀片电池能够复苏一部分磷酸铁锂电池的市场份额,但主流还是三元锂电池。根据GGII的分析预测,2020年磷酸铁锂动力电池市场占比有望超过30%,磷酸铁锂材料出货量占比将超过25%。

老话说:小孩子才做选择,大人全部都要。或许未来不算短的时间内,比亚迪会坚持磷酸铁锂和三元锂齐头并进的市场策略。毕竟,没人说弗迪系只能生产刀片电池——长安e-Rock,一款NEDC续航605km的紧凑型纯电SUV,搭载的就是比亚迪的三元锂电池。

我猜测,这或许也是发布会上,王传福表示目前只有比亚迪汉EV将会搭载刀片电池,而其他车型暂无规划的原因。


刀片电池还有哪些需要回应的质疑?


1、低温性能

磷酸铁锂电池是个怕冷不怕热的家伙。低温环境下,磷酸铁锂电池正极材料活性下降,能够发生移动带来放电电流的锂离子数量下降,导致电池容量下降。数据表明,0°C 时磷酸铁锂电池的容量保持率约60~70%,-10°C时为40~55%,-20°C时为20~40%。

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因此,磷酸铁锂电池的低温性能,是其绕不开的一个质疑。遗憾的是,发布会上比亚迪并未提及。

2、维修成本

刀片电池的另一个特点是:电芯既是能量体,又是结构件。因此,100多个电芯直接用胶水粘在底壳托盘上。那么问题来了,如果某块儿电芯出了问题,是否需要更换整块电池PACK?由此产生的维修成本,显然要比单独更换一个模组高得多,谁来为此买单?

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解决方式很简单,比亚迪为消费者提供电池PACK的终身质保就行。然而,对比亚迪来说,能够接受吗?

3、电压测量不稳定

这是理想汽车CEO李想回答网友评论时提出的一个质疑。李想表示,磷酸铁锂电压测量不稳定,对EREV和PHEV也是个灾难,因为会扰乱控制策略。

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我们知道,给电池测量电压的目的,是为了精准的估算电池的剩余容量,也是为了保证单个电芯不过充、不过放,延长电池的使用寿命。那么,刀片电池是否如李想所说,无法应用在EREV和PHEV车型上?

比亚迪自家的汉DM似乎说明了答案——的确不能。

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上图是比亚迪汉DM的工信部申报信息,明确写到汉DM车型使用的是“镍钴锰酸锂电池”,而非“磷酸铁锂电池”。

那么,新的问题来了——为什么纯电动车型使用磷酸铁锂电池就不受电压测量不稳定的影响?我们也期待日后比亚迪的答案。

以上三点,其实远远谈不上“质疑”,充其量只是大家对刀片电池的“好奇”罢了!希望日后,比亚迪能够透露更多关于刀片电池的技术资料。



一文搞懂CTP、CTC、CTB


现如今,受车规级芯片、线束等众多汽车原材料短缺影响,全球车企的研发进度、生产进度都受到了不同程度的影响。作为新能源汽车领域的引领者以及电池行业的佼佼者,比亚迪的实力毋庸置疑,刀片电池更是具有极强的竞争力。


毫不夸张地说,刀片电池再战几年轻轻松松,那为什么比亚迪依旧要埋头苦干推出CTB技术呢?对标此前我们已经知道的CTC技术,CTB技术又有哪些优势呢?这要从当前全球动力电池的主流发展趋势说起。

01

动力电池发展趋势


从油改电,动力模式上的改变,带来的是动力提升,加上“电芯-模组-电池包”的形式(俗称小模组)最大的好处在于将电芯按照模组的形式加以区分,以便更好地进行管理,后期维护也相对简单。


但为了串联彼此之间,免不了需要采用大量线缆和结构件进行连接,这里就会产生很多冗余结构,既降低了电池包的利用率,也使得整个动力电池变得很笨重。


同样地,采用上述“小模组”电池包形式的油改电车型不可避免地也出现了一些问题,即重量激增和空间利用率低下带来的续航问题、底盘突出影响美观、电芯防水隔热难处理等安全性问题。


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为了解决上述问题,业界开始提出“CTP”概念,即省略模组或将模组减少,将电芯直接布置在电池包内。如比亚迪的刀片电池便是范例之一,其直接采用了无模组的设计,大大减少了内部的线缆和结构件,有效提升了电池包的体积能量密度。


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我们都知道,电芯作为电池能量密度的主要载体,理论上只要数量足够,车辆的续航就能有效提升。但这其中又涉及到不少问题,以燃油车做对比例子:一辆燃油车60L油箱的重量仅60kg,达到100kg油箱重量的车型已经是大型SUV级别了。反观动力电池,续航仅为400km的电池包,重量能轻松达到300kg以上。


现阶段,动力电池已经布满车辆的底盘空间,如果要继续盲目堆量,选择就只有两个——将后备箱塞满电池,或者像房车一样拉着一箱电池满大街跑。很显然,两者都不可取,那么问题就回到了最初——如何确保能量密度安全、稳定提升的同时,进一步压缩电池体积且增加密度。


此时,业界开始出现不同的声音。一种是以特斯拉和零跑为首的CTC技术,另一种则是以比亚迪为首的CTB技术两种技术路线看似相同,但实则在结构和具体表现上有所不同。

02

CTP、CTC、CTB

到底哪家强?


CTP是针对电池包精简的一种技术,但是电池包安装到底盘上同样有很多“中间商”,并且底盘上需要作出冗余设计。能不能把这个“中间商”也砍掉呢?当然可以!这就是CTC(Cell To Chassis)技术了,即电芯直接整合在底盘上。


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(零跑CTC技术)


CTC与传统电池安装方式的主要区别,在于取消了电池包上盖板或座舱地板,从而进一步简化车身线缆和结构件。不同厂家的处理方式略有不同,比如零跑的CTC方案是取消电池包上盖板,而特斯拉的CTC方案是取消座舱地板。特斯拉的CTC方案也称之为structural battery,是采用4680电池,将车舱横梁和车内座椅都集成在电池包上。也就是说,同样是CTC,特斯拉的集成度还是比零跑要高一些,不过这样也几乎不存在电芯维修或更换的可能了。


比亚迪的CTB(Cell To Body)其实和CTC技术有点类似,都是将电芯直接安装在底盘里。不过差别在于,CTC还是将电池包当作一个单独的需要保护的物体,而比亚迪的CTB是利用刀片电池高安全性和高结构强度的特点,融合进车身的整体设计中来。刀片电池的电芯与整个电池包组成类似蜂窝铝的结构,本身就可以起到车身结构件的作用。


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(比亚迪CTB技术)


所以我们看到,CTP只是一种电池包技术,CTC和CTB则是一类整车技术。虽然从集成度来说,CTB要稍逊于特斯拉的CTC方案,也就是说比亚迪的制造成本会略高于特斯拉。但是在结构安全和可维修性方面,比亚迪的CTB还是要更为出色,显然这种方案对用户更有利。


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03

比亚迪CTB电池技术

给电动车“做减法”



做加法易,做减法难,在造车领域更是如此。


拿电动车举例,想要增加续航,最直接的一个做法就是增加电池容量。但是,电池容量增加,随之而来的就是电池重量的上升,接着就会导致电耗增加。所以,电池容量越往上走,对于续航的增益就越小。同时,电池容量越大,理论上存在的安全隐患也越高。


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所以,如何在给电动车“做减法”的前提下,提升车辆的综合性能,就变成了当前电动车技术发展的一个难题。而作为新能源汽车“领头羊”,比亚迪发布的CTB技术,就给出了一个标准解决方案。


所谓CTB技术,即电池与车身一体化。直白点说就是将电池包与底盘融于一体,让电池包直接成为车身结构的一部分,动力电池既是能量体,又是结构体。


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那么,CTB技术有什么优势呢?


首先,取消模组以及电池包上壳体的设计,可以在有限的空间内装载更多的电芯,从而提升电池容量,增加续航里程。以搭载CTB技术的比亚迪海豹为例,经过优化后的结构让动力电池系统利用率提升66%,同时让系统能量密度提升10%,从而实现700km的续航里程。


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其次,CTB技术可以在减低车辆电池组件自重的同时,加强车辆的整体强度。另外,CTB技术将刀片电池通过与托盘和上盖粘连,形成了类似蜂窝铝板的“三明治”结构,这样一来,本就具备高安全性的刀片电池,加上CTB技术形成的更坚固的三明治结构,整个电池包体的架构强度大幅提升。


以搭载CTB技术的比亚迪海豹为例,其车身扭转刚度达到了40500N·m/°,这不仅使整车安全性大大提升,也能让车辆的操控响应更加灵活;而在CTB技术的加持下,三明治结构的电池包,可以在经受重达50吨的卡车碾压后,不冒烟、不起火,电芯仍处于安全状态,而且再次装车后仍可正常使用,这足见其超高的强度。


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最后,CTB技术对于车内乘员最直观的影响,就是动力电池包在由车身代替上壳体后,车内的纵向空间会有明显提升,从而可以给车内乘客带来更好的乘坐体验。并且,简化了车身架构之后,车身的振动自然也会减少,随之带来的还有NVH表现的提升,再结合CTB技术对操控性的加成,可以说CTB技术无论是对于驾驶者还是乘客,都有更贴心的照顾。


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在这些直观的性能体验层面之外,CTB技术的一个隐性优势还在于,由于动力电池包等结构没有以前传统电池包那么复杂,所以减少了零部件使用量,能够让生产效率更高,对照到车型上,性价比的优势也会更明显。


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相较于CTP技术直接省去模组的方案和CTC技术电池包仍然是一个单独需要保护的个体来说,比亚迪CTB技术在整体结构方面显然更有优势。


换句话说,比亚迪CTB技术可以看作是在CTP技术基础上进化而来;而相比于CTC技术,虽然同样是将电芯直接安装在底盘里,但是比亚迪却可以利用刀片电池高安全性和高结构强度的特点,使得整体车身强度和安全性更高。


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显然,CTB技术就是比亚迪一个典型“做减法”的技术。而这个“减法”,却推动了电动车在安全性、操控性、续航能力、乘坐体验等方面的持续进化。

04

最后


综上所述,特斯拉的CTC技术方案比较激进,集成度高,但相对灵活性差,并且可维修性差。


零跑的CTC在轻量化程度上不及特斯拉极致,电池舱密封性能风险高。


比亚迪的CTB方案在轻量化及集成度上恰到好处,并且安全性高,比较符合未来发展趋势。


电池车身一体化将与换电走向不同的道路,目前的电池密度及性能能否支撑此项技术的蓬勃发展,还需拭目以待。总之,指出并承认这些风险,并不等于否认电池车身一体化技术是大势所趋。新技术的诞生与发展是需要经历一些历练,一定是有舍有得的。凡事均有两面性,任何一项技术只要达到一种平衡,就会有的放矢。

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