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技術(shù)討論|軟包電芯的成組路徑

2022/09/14
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閱讀需 6 分鐘
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在軟包電池的迭代上,過往LG能源兩次的召回帶來的影響特別大,尤其是在全球?qū)隕VS-GTR的要求,都有5分鐘預(yù)警的要求。對于電池?zé)崾Э?,目前圓柱電池和方殼電池都是朝著No Propogation(NP)的目標(biāo)來做的,因此我們看到目前全球的方案主要分為幾類:

●軟刀:這個其實類似比亞迪那種,多個電芯串聯(lián)轉(zhuǎn)入殼體。這個其實也有變種,類似做一個非金屬的殼體支架,來做這種成組設(shè)計。

●短刀和長刀:給電芯裹上絕緣膜以后裝入方殼電池,然后按照雙端出的辦法來做。

●大模組或者Module In Pack的概念:把水冷板集成到模組里面,做2-4個超大模組,這樣也能實現(xiàn)比較高的成組率。

●SPS:這次孚能發(fā)布的設(shè)計,我們重點來看下。

我是覺得下一步全球做電池方案,短刀和長刀方案成為主流的設(shè)計,孚能這個到底行不行我們仔細來看看。

▲圖1.全球的方案

Part 1、成組方案

這個全新動力電池解決方案叫SPS(Super Pouch Solution),大軟包電芯、大軟包電池系統(tǒng)、大軟包電池制造,我覺得這三個能串起來,回收這個我是沒看到串起來的特性。

▲圖2.大軟包電芯、系統(tǒng)和制造三個環(huán)節(jié)

這個設(shè)計原理,有點像上汽的魔方電池,由于大軟包電芯比較薄,所以臥式布置設(shè)計的孚能科技SPS,這里確實更容易調(diào)配一些。按照孚能的說法,可以使電池系統(tǒng)部件減少50%,材料成本降低33%,提升體積利用率到75%。

▲圖3.設(shè)計特性

這種設(shè)計,是給軟包電芯做個殼體,然后讓他們堆疊在一起。高效液冷板和導(dǎo)熱片的復(fù)合使用給大軟包電芯提供了“雙面液冷,三面?zhèn)鳠?rdquo;的高效熱交換,電池系統(tǒng)的散熱效率提升4倍。這個和之前AESC的差異,最主要是說,大軟包電芯形成6面防護,配以高效排氣通道的設(shè)計和熱交換能力,SPS大軟包電池系統(tǒng)配置8系或更高鎳含量的電芯,單體電芯的熱失控不擴散(NO TP),這個我理解是一顆掛了以后,一個堆疊的模組燒起來,但是整體不燒,和魔方電池是一摸一樣的。

▲圖4.軟包大模組的設(shè)計

 

▲圖5.熱失控下電芯的特點

 

Part 2、電芯和成組的兼容性

在這里,電芯的設(shè)計改變主要是通過全極耳、多極耳大軟包動力電芯,因此可以通過Tab的輸出來做一些特殊的處理,在Tab這邊降低一些鏈接阻抗。電芯的設(shè)計方向:

●一種是具備從2.4C到5C甚至更高的充放電倍率(2.4C、3C和4C三種倍率快充電芯,對應(yīng)帶電量150kWh、100kWh和75kWh)。

●另一種是應(yīng)用半固態(tài)電解質(zhì),降低液態(tài)電解液的用量,提升電芯的本征安全,做高能量密度電芯。

所以這種做法,是在以上的NP設(shè)計中,去對材料體系的高度兼容,覆蓋高鎳三元到低鎳富鋰錳、磷酸錳鐵鋰、鈉離子等材料體系。

鈉離子電池、磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰等計劃在2023年推出第一代產(chǎn)品,目標(biāo)是到2030年將鈉離子220Wh/kg,磷酸鐵鋰和磷酸錳鐵鋰的能量密度形成從200Wh/kg到240Wh/kg的產(chǎn)品覆蓋。

低鎳方面,在2024年推出250Wh/kg的低鎳富錳體系產(chǎn)品, 2030年290Wh/kg。

備注:這里能把高鎳做好了就挺好的。

▲圖6.不同的兼容性,基本和CATL的路線圖差異不大

當(dāng)然半固態(tài)大軟包電芯直接集成于系統(tǒng)底盤,這種方式我是沒看懂,不過我的理解就是一個個塊堆起來,整個方式是不變的。

反正好處是換電芯和換堆疊高度(調(diào)節(jié)臥式布置的大軟包電芯厚度,靈活調(diào)節(jié)電池系統(tǒng)的底盤高度),來兼容SUV和轎車(85mm到145mm)。這個在方殼設(shè)計的魔方電池上面,也做過嘗試,但是方殼兼容來做不同厚度就是不同電芯,疊片會更容易點。

▲圖7.設(shè)計出不同的彈性

小結(jié):

我覺得之前LG給GM的跑車做的堆疊方式,其實和這個有點類似,缺點是能量密度沒做太高,可能隔熱的材料加的少,主要是需要用比較性價比高的材料做隔熱填充,并且通過外部的水冷系統(tǒng)持續(xù)散熱,可能能做到NP吧。

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學(xué)的是測試和電路,從汽車電子硬件開始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽產(chǎn)業(yè),不過我相信未來衣食住行中的行,汽車仍是實現(xiàn)個人自由的不二工具,愿在汽車電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見解。