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動力鋰電池無模組技術到底可不可以成為主流?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年08月30日  

模組有什么用?


既然說是取消模組筆直集成到電池組,那么就要弄清楚模組的用途。


所謂模組,就是將部分相關零部件構成一個模塊,也可以理解為一個零部件集合、總成的概念。例如傳統車輛的前端散熱器模塊,電子行業也會有功能集成模塊叫做模組。在電池組這一范疇,將若干電芯、導電排、采樣單元及一些必要的結構支撐部件集成在一起構成一個模塊,也叫模組。


三元動力鋰離子電池模組


早期部分動力鋰離子電池組采用圓柱電芯,例如特斯拉采用7000多個電芯,倘若筆直組裝到電池箱體內部,其裝配復雜程度會大大新增,加工效率也會非常低,因此將部分電芯進行預先集成績變得十分緊要。這也是電池模組出現的緊要原由之一。


模組的另一個優點在于,模塊化設計后便于售后維修,可以實現單個模塊或模組的更換。


正如硬幣的兩面,模組的使用也不得不新增部分額外的零部件,并且模組數量越多,附加零部件就會越多。這些額外新增的零部件都會導致電池組的成本、重量上升。


與此類似的是特斯拉。最初特斯拉采用10多個模組,如今在Model3上面僅用了4個大尺寸模組,大大減少了冗余部件。此外,大容量方形鋁殼電芯的使用,電芯技術革新、加工一致性提高也為去模組供應了機遇。


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CTP降本、提密度優點分明


取消模組究竟能出現如何的效果?


寧德時代的數據顯示,CTP電池組體積利用率提高了15%-20%,電池組零部件數量減少40%,加工效率提升了50%,電池組能量密度提升了10%-15%,可達到200Wh/kg以上,大幅降低動力鋰離子電池的制造成本。


蜂巢的數據是,與傳統590模組相比,CTP第一代減少24%的零部件,第二代成組效率提升5-10%,空間利用率提升5%,零部件數量再減少22%。


僅從兩組宣傳數據,很難看出兩者技術的優劣,但兩家CTP在減少零部件、提升能量密度方面,實在表現不錯。


無模組的另一優點在于,產品加工流程的簡化。蜂巢能源相關人向《電動汽車觀察家》解析說,傳統技術是電芯通過一定框架結構構成模組,模組要進行下線測試,然后進行存儲,轉運。倘若PACK與模組不在同一廠區,還要額外的存儲,進貨檢驗,上線檢驗等流程。這些工序過程都要投入人力、設備、場地等資源。


采用無模組辦法可以有效縮短產線、減少過程浪費,電芯在線堆疊在線測試,筆直放入電池箱體,大大減少流轉過程,同時減少了傳統模組的邊框焊接工藝過程。這其中,單是焊接設備就要數百萬元。


業內人士的幾點疑慮


在很多業內人士看來,CTP并非新技術,往日多用于磷酸鐵鋰及客車范疇,由于客車電池排布空間大,磷酸鐵鋰離子電池的穩定性較強,使用頗為廣泛。


但與客車+磷酸鐵鋰的組合完全不同,此次CTP技術大多會使用在乘用車范疇,大概率是三元電池。例如寧德時代與北汽新能源合作,就是采用的三元電池。正因如此,一些業內人士對這一技術也提出了幾點疑慮。


○三元電池熱穩定性較差,要怎么樣提高安全性?


在某電池系統加工公司相關負責人馬先生看來,傳統電池組中,模組間存在一定距離,可以用作散熱。模組本身也有隔熱設計,對單體熱失控出現的熱流、氣流,以及噴射的導電物質采取了針對性的措施,對熱失控傳播有一定的抑制用途。CTP變成一個大模組,這部分空間預留會不會不夠?


蜂巢相關技術人員看來,散熱、隔熱好正是CTP的優點所在。早期模組采用磷酸鐵鋰電芯構成VDA規格長度355mm的模組,由于其穩定性較高,并未考慮預留足夠隔熱間隙;后期類似大眾MEb規格長度590mm的模組,則受限于規格影響,電芯間的隔熱緩沖材料選擇就受到限制,只能尋求一些小尺寸高性能的材料,為了滿足安全就得相對付出高昂的成本。


該技術人員補充道:相對而言,CTP因為減少一些零部件可以帶來更多的空間,且其自身尺寸受到限制相對較少,因此可以獲得相對較大的間隙空間,使得材料的選擇具有更多可能,從而實現成本降低。


寧德時代對此的處理辦法尚不清楚。不過也有相關車企電池部門負責人透露,寧德時代在電池組中也預留了一些空間,進行散熱,整體效果還可以。


○CTP會對壽命出現影響嗎?


針對三元電池來說,傳統模組有預緊力(電芯循環后會膨脹,倘若不束縛會影響壽命;束縛過緊,同樣壽命減少或帶來安全問題)設計來保障電池的使用壽命,而且這個預緊力是經過試驗驗證了的。CTP的多電芯集成設計,新增了預緊力設定的難度,對電芯的壽命會不會有影響?


對此,蜂巢技術人員表示,蜂巢的CTP在集成技術繼承了傳統模組的集成相關相關經驗,筆直通過箱體對電芯施加一定的預緊力,同時會使用靈活的空間優點,準許電芯適當膨脹使得集成對電芯壽命的影響得到改善,使得電池系統的壽命有所提升。


○售后維護成本、梯次利用難度是不是會新增?


馬先生認為,傳統電池組內部有模組,電池出現問題時可以通過更換電池模組處理;一旦無模組電池組出現問題,是否要整包替換呢?這恐怕不是4S店可以處理的了,大概率要退回電池廠家維修,售后成本是不是會大幅新增?


長安汽車歐尚研究院新能源動力技術副總工程師韓鋒也表示,一般退役的動力鋰離子電池,并不是所有電芯都有損壞。在傳統有模組的電池組中,只要挑出有損壞電芯的模組,其他沒有問題的模組可以筆直進行梯次利用。但是沒有模組后,剔除損壞電芯的難度新增,梯次利用就很麻煩。


有關上述兩個問題,不了解寧德時代是不是有處理對策。不過,蜂巢能源表示,他們的CTP技術已經考慮過這個問題,一方面,他們通過嚴格的工藝控制保證電芯一致性,來降低故障率;另一方面,他們的CTP可以在一定程度上實現電芯的拆卸,以方便維修和梯次利用。


實在,倘若能對單個故障電芯做精準判定,并且單個電芯可以由一線維修人員拆解、替換,維修成本肯定比替換模組更低。


能否成為發展趨勢?


有關業內人士的幾點疑慮,無模組電池組仿佛都能找到處理辦法,這種辦法真的會被越來越多的主機廠接受么?


韓鋒坦言,對公司來說,這一技術還是具備較強吸引力的。采用這一技術的寧德時代動力鋰離子電池價格不再是高高在上,能夠與第二梯隊電池公司水平持平。有關整車公司來講,自然希望以更低價格買到更好的產品。


韓鋒認為,作為主機廠,首先要考慮的就是降低成本,尤其在補貼大幅退坡的情況下,整車公司的成本壓力會筆直傳遞到電池公司,電池公司肯定要有應對辦法。


目前來看,部分電池公司給出的CTP辦法,電池組約莫能降低0.1元/Wh。尤其在對價格要求極為苛刻的磷酸鐵鋰離子電池范疇,這一降幅著實不少。


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