很顯然,在政策與成本競(jìng)爭(zhēng)的雙重倒逼作用下,新能源技術(shù)需要不斷向低成本、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)。而"技術(shù)成本"的下降在此時(shí)絕非壞事,包括貴金屬材料成本、研發(fā)和制造成本的降低,會(huì)大幅減輕整車的規(guī)劃壓力,一方面給品質(zhì)提升預(yù)留更大空間,一方面保持價(jià)格優(yōu)勢(shì),提升整體性價(jià)比。
實(shí)際上,特斯拉Model 3所采用的基于21700集成化大模組已經(jīng)展現(xiàn)出了這種趨勢(shì)的效果,相對(duì)此前Model 3僅電池成本就降低了35%,這在很大程度上幫助Model 3成為全球市場(chǎng)的重磅炸彈。
而作為國(guó)內(nèi)新能源技術(shù)的輸出者,寧德時(shí)代和比亞迪都已經(jīng)在這股趨勢(shì)之上,發(fā)布了自己的電池集成化技術(shù)。寧德時(shí)代CTP(Cell To Pack)技術(shù)路線基于高鎳三元鋰架構(gòu),其核心是減少了模組數(shù)量,直接由多個(gè)大容量電芯組成標(biāo)準(zhǔn)化電池包,再靈活堆疊組成更大的電池模塊,適應(yīng)不同車款的儲(chǔ)能需要。而比亞迪的"刀片"電池則基于其所擅長(zhǎng)的磷酸鐵鋰技術(shù),電池單體同樣向大容量進(jìn)化,但電芯形狀更加扁平、窄小(長(zhǎng)邊可以定制變化,單體最大穩(wěn)定長(zhǎng)度可以達(dá)到2100mm),因此形象化的取名"刀片"。多個(gè)"刀片"捆扎形成電池包模塊,通過(guò)少數(shù)幾個(gè)大模組的組合成電池模塊。
兩種技術(shù)狀態(tài)在減少模組結(jié)構(gòu)、提升封裝效率上可以說(shuō)是殊途同歸的,大幅減少單體連接線束以及相關(guān)的流程工藝成本,大幅度提高成組效率(能量密度),不過(guò)從應(yīng)用角度來(lái)看,還是能發(fā)現(xiàn)一些區(qū)別。
從結(jié)構(gòu)耐久性上看。作為布置在車底的大質(zhì)量單體部件,電池模塊必須考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)于復(fù)雜用車環(huán)境的適應(yīng)性。側(cè)向碰撞的抵御能力是最顯而易見(jiàn)的需求,而往往廠家通過(guò)電池包外殼的結(jié)構(gòu)和材料運(yùn)用提升這一方面的能力。不過(guò),對(duì)于長(zhǎng)期使用的私家車而言,普遍采用非承載式車身,沒(méi)有大梁,電池結(jié)構(gòu)還需要能夠承受車身反復(fù)形變帶來(lái)的長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力變化。
通過(guò)結(jié)構(gòu)分析,我們可以看到,寧德時(shí)代CTP技術(shù)因?yàn)榭紤]到體積封裝效率的最大化,大模組之間的連接可靠性更容易受到對(duì)角線反復(fù)切應(yīng)力的影響,對(duì)于高壓線束和冷卻系統(tǒng)的連接挑戰(zhàn)比較大,長(zhǎng)期使用的可靠性有待驗(yàn)證。而比亞迪"刀片"電池實(shí)際上仍然保留了模組封裝和電池包封裝的整體構(gòu)型,同時(shí)從專利圖可見(jiàn),其電池包封裝將有可能根據(jù)車型需要,預(yù)留形變空間,避免超薄大電芯直接受力。從結(jié)構(gòu)耐久性上看,比亞迪刀片電池封裝更容易做出可靠的產(chǎn)品。
不過(guò),這樣的保險(xiǎn)結(jié)構(gòu)也會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題,從目前公布的數(shù)據(jù)來(lái)看,比亞迪采用體積功率密度作為衡量指標(biāo),而沒(méi)有公布大家已經(jīng)普遍使用的重量功率密度數(shù)據(jù),可以猜想其結(jié)構(gòu)重量疊加鐵電池本身的比能不高效果,導(dǎo)致其在工信部標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量平臺(tái)上重量功率密度并沒(méi)有顯著突破,根據(jù)之前的信息預(yù)計(jì),刀片電池成包重量功率密度可能達(dá)到180Wh/kg左右,處于目前的主流水平。
從結(jié)構(gòu)匹配性上來(lái)看。寧德時(shí)代作為單一的電池和相關(guān)技術(shù)供應(yīng)商,需要面對(duì)更多產(chǎn)品配型的考慮。不過(guò),從目前的專利細(xì)節(jié)上看,CTP大模組的高度是不可改變(而且并不夠輕薄),同時(shí)需要配套配型外殼,以適配安裝在不同的車型上。這樣的結(jié)構(gòu)需要整車廠家在產(chǎn)品規(guī)劃上相應(yīng)作出調(diào)整,而比較困難的問(wèn)題在于目前還沒(méi)有大規(guī)模銷量作為開(kāi)發(fā)的支撐,廠家針對(duì)單一電池供應(yīng)商的配型需要做設(shè)計(jì)調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)是非常大的。這可能也是其呼聲大,但真正計(jì)劃投產(chǎn)少的原因之一(目前已知北汽確定將會(huì)裝車投產(chǎn))。
作為自己就生產(chǎn)新能源汽車的比亞迪來(lái)說(shuō),"刀片"電池可能從一開(kāi)始就考慮到了自家產(chǎn)品的多規(guī)格適應(yīng)性需求。"刀片"的窄邊做得盡量小,這就意味著在垂直高度上可以更容易適應(yīng)高底盤和低底盤車型的需要。而在未來(lái),更可以基于此開(kāi)發(fā)超薄底盤的多功能車,讓用戶的使用空間更多,挖掘新能源車的優(yōu)勢(shì)。同時(shí),我們也看到,這種超薄電池的疊壓應(yīng)用可能,這可能是為商用以及高底盤大型SUV產(chǎn)品準(zhǔn)備的,能夠存儲(chǔ)更多的能量。
從單體構(gòu)型特點(diǎn)上看。寧德時(shí)代CTP電池的另一個(gè)特征是單體電芯的大容量化,單體容量從最初的50Ah到現(xiàn)在的超過(guò)200Ah,大大減少了殼體的占比,同時(shí)在充放電倍率不變的情況下,采用簡(jiǎn)單的串聯(lián)結(jié)構(gòu)就可以輸出或者是接受更大的電流(提升動(dòng)力和充電便利性)。另外,寧德時(shí)代目前公開(kāi)的資料顯示,CTP電池組仍然會(huì)采用方殼封裝,考慮到目前高鎳電池的穩(wěn)定性,這種封裝應(yīng)該是比較好的選擇。
比亞迪"刀片"電池的單體設(shè)計(jì)最初讓我感到有些意外。首先,如此大的單體長(zhǎng)度并不是一種穩(wěn)固的力學(xué)結(jié)構(gòu),受到側(cè)向力時(shí)的形變抵抗能力非常弱,而通常電池工作時(shí)會(huì)帶來(lái)內(nèi)部壓力導(dǎo)致外殼膨脹,進(jìn)而向周圍電池施壓。所以在成組時(shí)不得不謹(jǐn)慎考慮間隙問(wèn)題,一方面要防震,一方面是消除側(cè)面受力,在這方面還缺少證據(jù)。
而另外的技術(shù)挑戰(zhàn)可能來(lái)自于電芯內(nèi)部卷繞方式,猜測(cè)其內(nèi)部會(huì)采用多個(gè)電極+多個(gè)獨(dú)立卷繞單元的形式,實(shí)際上可以看做是多個(gè)小電池組成一個(gè)大電池只不過(guò)這些小電池共用一個(gè)封裝。這對(duì)于每個(gè)單元的均一性挑戰(zhàn)非常大,因?yàn)殡姵匦阅芸倳?huì)遵循木桶原理,最差的那個(gè)決定了整體表現(xiàn)!
最終總結(jié)。整體來(lái)看,寧德時(shí)代CTP電池和比亞迪"刀片"電池是各有千秋的。寧德CTP功率密度更高,成組效率更高,對(duì)于大多是整車廠成本控制更為友善,也更容易在重量一定的前提下,推出更長(zhǎng)續(xù)航能力的產(chǎn)品;而比亞迪的"刀片"電池在結(jié)構(gòu)靈活性和耐久性上更具價(jià)值和想象空間,大大增加了鐵電池的性能表現(xiàn),讓其從商用或者是低端產(chǎn)品用,重新回歸主流,這不得不說(shuō)也是一種可觀的進(jìn)步。
而從另外的角度來(lái)看,兩者的技術(shù)架構(gòu)差異也表明一個(gè)事實(shí),雖然兩家企業(yè)同為新能源汽車的技術(shù)輸出者,但比亞迪本身作為整車廠的技術(shù)累積是有優(yōu)勢(shì)的,這種優(yōu)勢(shì)可能不取決于單一指標(biāo)的提升,更多是對(duì)用戶環(huán)境的理解和合理化解決,我想著也應(yīng)成為其長(zhǎng)期價(jià)值的立足點(diǎn)。
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史海拾趣
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