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包裝與電芯一樣重要,為何說軟包電池將成未來的主角

鉅大LARGE  |  點擊量:1390次  |  2019年06月19日  

這是汽車頭條App來電新聞組的第41篇稿件

隨著續航能力和安全性能成為電動汽車的焦點問題,動力電池也成為電動車上最被關注的部分,并遠遠超過了電機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車的續航和安全問題,但動力電池包括類型、容量、能量密度等指標和參數要比電控系統更直接更容易地去在產品間進行比較。

說到動力電池,其類型從最早的磷酸鐵鋰和三元鋰兩大類,現在又在三元鋰電池中細分出了523、622及811等類型,而這些數字指的是其電芯正極中鎳鈷鋁三種元素的配比。

眾所周知,第一個數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,而另外一個層面的技術類型對于電池性能也起到了決定性作用,那就是動力電池的包裝類型以及電池包技術。

特斯拉所用的松下圓柱電池

運用最為普遍的方形電池

目前動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新能源主機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,軟包電池。

什么是軟包電池?有哪些優勢?

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,其內部組成(正極、負極、隔膜、電解液)與方形、圓柱鋰電池的區別不大,最大的不同之處在于軟包電池采用鋁塑復合膜作為外殼,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優勢:

1、安全性好:軟包電池在結構上采用鋁塑膜包裝,在發生熱管理失控或穿刺時,其軟包會為電芯提供緩沖空間,發生鼓脹形變,最終會著火或冒煙,但不會發生爆炸。

2、質量輕、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,而目前國內突破300Wh/kg能量密度大關的電池企業,絕大部分采取的都是軟包電池。

3、電化學性能良好、壽命長:軟包電池的內阻較小,可以極大的降低電池的自耗電;此外軟包電池的循環壽命更長。

同樣,軟包電池也存在著不足之處,那就是產品一致性較差,成本較高,容易發生漏液和脹氣,且在成組過程中需要額外的殼體,PACK工藝復雜程度高。

軟包電池的市場現狀

相比圓柱電池和方形電池,軟包電池目前在市場上的應用還處于發展階段,市占率與硬殼電池還有一定的差距。從今年1-4月的統計來看,軟包電池的裝機量占動力電池的8.92%,但今年前四個月的裝機量達到1580.87MWh,同比增長了106.09%,增長速度迅猛,是動力電池中最為強勁的一股新生力量。

截止到4月,國內實現軟包電池裝機的動力電池廠共有21家,其中孚能科技、多氟多、捷威動力、卡耐新能源占據裝機量的前四名,均超過了100MWh,而在汽車主機廠方面,目前使用軟包動力電池的廠商包括了大眾、代勒姆、日產、通用、福特、現代、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,外界對這個品牌的最主要認知是來自于它的首款量產車前途K50,這是國內電動車廠商上市發售的最貴電動車產品,同時也是唯一一款兩座跑車,因此這也導致人們對前途的關注點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車最基礎的三電系統方面的成果和創新。

軟包電池受到更多人關注是因為在今年年初,主攻軟包電池的孚能科技與戴姆勒簽訂規模達140GWh、涉及金額高達200億歐元的巨額訂單,但其實早在2013年,前途就已經確定基于軟包電芯的標準箱為基礎的發展路線,隨后在2016完成K50上的首次裝車實現,而前途K50也在2018年8月正式上市。

華特事業部總經理翟晟

那么,前途為何選擇軟包電池?前途是如何實現這一具有前瞻性的動力電池技術的?為此,汽車頭條App與華特事業部總經理翟晟對前途的軟包電池技術進行了深入的溝通,從而對上述一些列問題進行具體的解答和分析。

前途為什么要用軟包電池?

華特電動是長城華冠的全資子公司,致力于研發標準電池箱、可再充能量存儲系統(RESS)等產品的服務和整體解決方案,同時也是前途K50電池系統的供應商。

而據翟晟介紹,前途之所以選擇在華特自建生產線生產軟包電池是因為在前途最初決定使用軟包電池時,并沒有電池廠能夠保證前途對電池一致性以及產品性能和相應技術方案的要求,而華特電動當時的生產研發能力已經可以滿足前途K50電池包的生產需求,所以最終決定要自建工廠生產軟包電池。

對于軟包電池的優勢,翟晟表示前途最看重的就是其比圓柱和方形電池更優的安全性。

隨著電動車自燃、爆燃事故的頻發,消費者對于電動車電池安全問題的關注持續升溫,這也成為很多人選擇電動車的最大顧慮,而軟包電池因采用鋁塑膜封裝形式,在內部能量匯集并達到爆發點時會出現緩釋過程,而非猝發式爆炸現象,將原本毫秒級的電化學反應會轉化為約十幾秒的形變反應,從而實現能量緩釋,并在車輛報警后為乘坐人員提供更充裕的反應逃生時間。

前途的軟包電池有哪些特別之處?

與一般電動車使用的一體式電池箱不同,前途將K50的整個電池包拆分成了10個標準箱,在標準電池箱內部,電芯動態空間采用的緩沖設計,可以吸收電芯呼吸效應導致的尺寸變化,并在發生碰撞、顛簸等情況下形成內部緩沖。

標準箱的運用也直接改變了電控系統的管控方案。在前途K50上,除了整車會有一個BMS的主控,每個電池箱里會有一個BMS的從控,這樣可以把電池監控進一步細化,每個從控只負責管理它單箱的電池。

這樣一來,當電池發生故障,車輛的電控系統和云端系統就會收到反饋,去判斷出是哪一組箱體、哪一組電池出了毛病,然后以相應的控制手段來控制問題的發生,整個電池箱體達到標準,具備耐久性和高安全性。

此外,前途標準電池箱外部采用高強度的復合材料殼體,使其碰撞性能測試成績高于國標30%,并達到IP67的防護等級需求。值得一提的是,標準電池箱的密閉殼體還可與電池熱管理系統高效協同,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,前途在現階段使用軟包電池是一個具有前瞻性的做法,由于成本略高、標準化程度較低以及產品一致性要求較高等原因,現在軟包電池的滲透率還處于一個較低的水平,但隨著補貼退坡、國家對電池能量密度的要求進一步提升,單體能量密度更高的軟包電池將成為電池廠和主機廠的必選項。

而隨著能量密度的逐漸增加,電池安全問題也將變得愈發棘手,而前途所探索出來的標準箱式電池包或許也是未來整個動力電池行業可以借鑒和發展的技術路線之一。據相關機構預測,到2030年軟包電池在新能源汽車市場的滲透率將達到45%,屆時將成為動力電池市場的絕對主力。

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