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              短刀不短,得之于手而應于心

              2022-03-21 18:02:44    來源:大京網

              導讀:2月25日,部分媒體代表應邀參觀蜂巢能源金壇工廠,零距離探訪蜂巢能源“短刀”電池的智能制造過程。媒體代表參觀完后與觀眾分享了蜂巢能源短刀電池的技術要點、專利布局、智能制造過程等等,評論區很是活躍,很多人希望看到蜂巢短刀電池與比亞迪(002594)刀片電池的對比,尋找不同點,本文從兩者的開發初心與專利布局的視角,分析兩者優缺點。

              其實真正懂行的人都知道:無論比亞迪刀片電池還是蜂巢短刀電池,它們的本質都是方型鋁殼電芯的結構創新。要說明這些問題,還得從VDA355模組、MEB590模組說起。

              通行的VDA355與MEB590模組介紹

              VDA是德國汽車工業聯合會的縮寫。我們通常說到的VDA標準實際上是德國汽車工業聯合會2012年推出的模組標準。至于你是圓柱還是軟包、方型,你先做成統一的標準模組,以便設計與維修更換等。標準模組的提出是產業上下游不斷博弈和探索的結果,是整車標準化和個性化調和的產物。在標準模組提出之前,動力電池規格可謂百家爭鳴,每家電池廠的尺寸千差萬別,每種匹配車型都有不同規格。

              自2012年推出以來,VDA標準已經在歐洲經過了多年實車驗證,也在寶馬、大眾等品牌上得到廣泛的應用。其中VDA355模組,尺寸(長*寬*高,以下同)為355mm*151mm*108mm。

              從VDA355標準模組上發展不同厚度的方型電芯,從最早的1個模組12個電芯開始,單體電芯尺寸為:148mm*90mm*26mm,一個模組裝12電芯;后來這個尺寸發展出2倍厚148mm*90mm*52mm,單個模組裝6電芯;3倍厚的148mm*90mm*78mm單體電芯來,單個模組裝4個電芯。在2018年前VDA355模組是主流,就單體電芯而言,148mm*90mm*26mm是基礎標準尺寸。

              2018年,大眾宣布全面進軍電動化,推出電動車模塊化平臺——MEB平臺,并向其它車企開放。MEB模塊化的架構讓造車變得更為容易,同時帶來寬敞的內部空間和更高的操控性能,而在日后維修保養上,通用率更高的零配件也降低了用戶日后用車的費用,可謂一石三鳥。

              大眾推出的MEB590平臺和德國汽車工業協會VDA355標準尺寸不僅降低汽車應用期間成本,提升可靠性,而且還兼顧動力電池全生命周期管理,提升電池性價比。尤其對電池廠而言,便于自動化生產和提升電池一致性,有利于減少反復資本投入。

              MEB590模組尺寸590mm*225mm*108mm,單體方型電芯尺寸220mm*100mm*22mm,一個模組裝24只單體電芯;然后有發展成兩倍厚的單體電芯,尺寸是220mm*100mm*44mm,一個模組裝12只單體電芯;發展成三倍厚的單體電芯,尺寸是220mm*100mm*66mm,一個模組裝8只單體電芯。

              在動力電池結構的演變中,有著更高成組效率的方型電芯逐漸成為發展趨勢之一,我們大致可以歸納這類基礎單體電芯的尺寸范圍是:長148-220mm 高90-100mm 厚22-26mm。

              比亞迪刀片電池介紹

              比亞迪的刀片電池是基于比亞迪擅長的方形鋁殼磷酸鐵鋰電芯,電池單體向大容量進化,但電芯形狀更加扁平、窄小的長電芯方案,因此形象化的取名“刀片”。 搭載在比亞迪“漢”上的刀片電池尺寸為905mm*13.5mm*118mm。但根據比亞迪官方說法,刀片電池長度可以在600—2500mm之間任意客制化,可以覆蓋幾乎所有乘用車的電池應用。

              目前刀片電池有單串刀片電池、多串刀片電池和多串方塊電池三大類,靈活性高,多種長度厚度可供選擇。仔細研究了它的專利與實用情況,發現刀片電池真的是腦洞大開,在結構和工程技術上真是全球首創。原來一直沒想通這么長的電芯怎么生產,怎么保持一致性,后來發現是1-2.5米長的殼體內分三段電芯并聯或串聯而成,實際上是一個在外殼內的三個電池組成的模組結構,也可以說是實現無模組解決方案。

              刀片電池生產工藝是:使用疊片工藝是將正負極極片、隔膜裁成規定尺寸的大小,隨后將正極極片、隔膜、負極極片疊合成小電芯單體,再將小電芯單體疊放并聯組成大電芯,然后裝配蓋板、側板、隔圈等和套殼形成單個刀片電池電芯。

              多個刀片通過陣列的方式排布在一起,就像“刀片”一樣插入到電池包里面,通過CTP設計在保證了電池包的強度前提下,省去了橫梁、縱梁以及螺栓等附件。此外,刀片電池還借鑒了蜂窩鋁板的結構原理,在電池組的側脊面上,粘貼兩塊高強度的強度板,讓刀片電池側面可以承擔支撐作用,使強度再次升級。這一系列設計可以讓刀片電池跳過模組環節,直接組成電池包,從而提升空間利用率。

              這樣的結構可以大幅提高電池體積利用率,在有限的汽車空間內裝下更多的電池,從而使磷酸鐵鋰電池在續航里程上匹敵三元鋰電池。

              比亞迪刀片電池尺寸為905/1280/2000/2500mm*13.5mm*118mm。

              蜂巢短刀電池介紹

              蜂巢短刀開發內部叫L600項目,在2019年初啟動,同年4月份上海車展上命名為L6電池,跟比亞迪刀片電池的研發相差時間不大。此款電芯的設計就是按照高容量,高能量密度標準,高快充能力進行開發設計。開發團隊成立后從系統端進行分解開發,為了實現系統端最高的體積利用率并且需要與常規590模組的無縫替換,決定了此款電池長度不可能超過600mm的短刀結構,蜂巢能源官方命名為蜂巢短刀電池,昵稱“六條君”。

              1,在蜂巢能源2021年8月17日公告的序號為CN213988965U的專利中展示了短刀片的電池。

              ▲蜂巢能源專利截圖

              專利圖片顯示,正負極蓋板分別設在殼體的兩端,正極極柱和防爆閥設在一端,負極極柱和注液孔設在另外一端,如此設置,可以減小正負極蓋板在電芯內的占用空間,從而增加電芯的儲存能量。

              ▲蜂巢能源專利截圖

              2,蜂巢能源在2022年2月25日公告了一份關于電池蓋板的專利《電池的頂蓋以及電池(公告號為CN215911486U)》,從這份專利中也能看到很多關于蜂巢能源短刀的資料。

              在電芯的極柱方面,由于充放電性能的需要,需要把極柱的面積盡可能做大,進而提高電芯的過流能力。

              ▲蜂巢能源專利截圖

              蜂巢能源的CN215911486U這件專利,也是提到了鉚接塊的長度L2與蓋板的長度L1滿足0.3≤L2/L1≤0.5,這也驗證了將極柱的面積盡可能做大的趨勢。

              此外,通過專利截圖我們發現,蜂巢能源對蓋板的寬度與與鉚接塊的寬度,以及鉚接塊和防爆閥距離蓋板邊緣的尺寸都做了限定。

              ▲蜂巢能源專利截圖

              不僅如此,為了保證電芯具有良好的充放電性能,也對極柱與鉚接塊在長度方向上比例進行了限定。短刀電池將正負極蓋板分別設置在殼體的兩個開口,減小正負極蓋板在單體電池內的占用空間,提高了空間利用率,增加電芯的儲存能量密度,進而提高車輛的續航里程。短刀電芯的極耳位置在側面,在電池包環節采用上下雙水冷技術,給電芯配套強大的冷卻結構,結合電機余熱的利用,實現“低溫無衰減技術”。

              在電芯的尺寸方面,我們發現蜂巢能源對尺寸比例也進行了限定,長度a≤600mm,10%a≤高度b≤30%a,2%a≤寬度c≤10%a,經計算,這個尺寸比例的限定,將長度≤600mm的短刀電芯品類都涵蓋在內了,正好對應了蜂巢能源推出的L3、L4到L6的電芯(電芯長度從340mm到574mm)。其中應用最廣泛的L6尺寸為574*21.8*118mm。

              從公開的資訊和專利布局來看,蜂巢能源為短刀片電池做了很多前期的準備,將會是未來蜂巢能源的主要發展方向。

              通過三者比較,其實短刀不短

              通過三個電池尺寸對比發現,比亞迪刀片最長(1000-2500毫米)、蜂巢短刀次之(300-600毫米)、MEB590模組單體電芯最短(220毫米)。

              這里面包含著各種設計的側重點不同:

              1、比亞迪是新能源汽車產業里全產業鏈自研的企業,最主要的訴求是在電動智能車領域里保持領先,戰勝對手,電池只是它的基礎,刀片電池確實基于整車系統優勢思考優化的CTP方案。

              2、蜂巢能源是新進的動力電池主流企業,最主要的訴求是在動力電池市場中不被對手壓制,技術自主可控,在生產便利性與裝車實用性的同時與傳統的MEB590模組有切換性,可以快速響應主機廠換代升級,在幫助客戶成功的過程中成就自己。蜂巢短刀的CTP方案其實就是電池底箱有四個格柵,把短刀電池放入并連接即可。實現了新底盤設計與原有MEB底盤的完美兼顧,對快速發展長城汽車(601633)以外的客戶特別有利。

              3、MEB模組是大眾力推的標準模組或者電池標準品,主要訴求是大眾給眾多電池供應商一個標準指導,按大眾的標準來做,可以進入大眾的供應商體系,方便大眾設計與供應鏈布局。

              目前可以初步判定:在磷酸鐵鋰或者將來的鈉離子電池技術下,長薄型電池將成為主要發展方向,長度在600毫米以上到2.5米以內專利被比亞迪申請完成,300-600毫米間被蜂巢能源申請完成,各有各的主攻方向,各有各的主要訴求。

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