比亚迪推出600mm电芯 体积利用率提升至80%
CTP电池|宁德时代文章来源自：高工锂电网
2019-12-02 09:28:13 阅读：22
2019年，宁德时代率先推出了全新的CTP高集成动力电池开发平台引起业内极大关注，并与北汽新能源打造了全球首款CTP电池包，将搭载在北汽新能源EU5车型上。据了解，其CTP电池包将采用磷酸铁锂电池。
宁德时代表示，采用全新CTP技术的无模组电池包，相较于目前市场上的传统电池包，在成本上，CTP电池包体积利用率提高了15%-20%，零部件数量减少40%，生产效率提升了50%，投入应用后将大幅降低动力电池的制造成本。
无独有偶，今年8月，比亚迪宣布计划于明年5-6月推出全新一代磷酸铁锂电池，体积比能量增加50%，寿命长达8年120万公里，成本下降30%。搭载新电池，新车续航可达500-600km。
从表示来看，比亚迪将提升电池包的体积能量密度而非质量能量密度，这意味着比亚迪将从电芯结构和PACK设计方面着手提升磷酸铁锂电池的体积利用率。
高工锂电查阅到，比亚迪申报的一项单体电池、动力电池包及电动车的新型专利获批。
比亚迪申请的一个目的在于提出一种单体电池，该单体电池的散热能力强，且利于在动力电池包内的整体排布，从而提高动力电池包的空间利用率、扩大动力电池包的能量密度，进而增强动力电池包的续航能力。
具体来看，比亚迪正在研发一种长度L＞600mm的电芯；所述电池本体的长度L与宽度H满足：L/H＝4——21。作为一些实施例，电池本体110的长度L为600mm——1500mm，最长可到2500mm。
比亚迪宣称，将该单体电池应用于电池包可产生以下技术效果：
1、电池包的体积利用率显著提高
行业目前的体积利用率在40％左右，而采用这种电芯电池包体积利用率能提高到60％以上，甚至达到80％，其体积能量密度提升20％以上。
同样的车采用本发明的电池及布置方式，能量能提升20％-30％，车能跑的公里数也能提升20％-30％。
2、电池包的成本显著降低
单体电池本身可承担机械加强作用，可以省掉或者减少电池托盘的加强筋，电池包的制造工艺简单，制造成本降低；
同时本申请的单体电池尺寸能与电池包的尺寸相配合，单体电池可直接并列布置在电池包中，无需像现有技术中，必须先将多个单体电池并列布置在由两个端板和两个侧板围设形成的模组框架内，再将电池模组组装成电池包。
本申请的单体电池尺寸够长，可直接将多个单体电池并列布置在电池包中，省掉了或者减少了组装电池模组的使用的端板、侧板以及大量用于固定安装电池模组的螺钉等紧固件。
单体电池的组装工艺更为简单，节省了大量的人力、物力还等制造成本，更利于电动车的普及。
3、电池包稳定性、可靠性增加
电池包组装工艺的越复杂，产生不良率的概率越高，电池包出现松动、安装不牢固的可能性也会增加，对电池包的品质造成不良影响，电池包的稳定性下降，可靠性降低。
采用本申请的单体电池组装成电池包，由于组装工艺变得更加简单了，电池包稳定性和可靠性增加，电池包的不良率降低。
4、电池包的散热安全性能显著提高
电池包的温升是由产热和散热共同作用的结果，在相同容量的前提下，单体电池的产热量成定值。本申请将单体大体进行扁长化设计，单体电池的散热效果更好，单体电池的温升下降。在电池包工况一定的前提下，采用该单体电池，电池包的温升下降，由此电池包的安全性能也大大提高。
基于以上单体电池较长带来的显著的技术效果，为实现单体电池对自身的支承，可通过成型工艺、结构设计等方面的改进提高外壳的支承强度，同时将外壳的长宽比控制在预定范围内同时，可通过集流路径的优化等方式降低单体电池的内阻。
此外，还可辅以注液工艺的改进，解决单体电池尺寸较长带来的注液时间较长的问题。
比亚迪还在专利中针对传统电池包和新型电池包在相同条件下，对对比例1以及实施例1——5中的单体电池，以2C的速度进行快充，测量在快充过程中，单体电池的温度升高情况。
总体来看，比亚迪的新型专利也是CTP的一种，通过做大电芯尺寸，减少模组中结构件的使用，减少电芯数量，优化PACK结构，提升空间利用率，从而提升电池包体积能量密度和整车续航里程。
磷酸铁锂电芯尺寸进化方向
引 言
这段时间我在关注淘宝里面拆机的LFP电芯，也发现了一些规律，结合行业装机的情况，在目前的尺寸和容量数据来看，目前方壳电芯的工艺改进的速度还是很快的，就磷酸铁锂而言，在72*173*200的厚度上，从2018年的240Ah进步到2019年的271Ah，再到今年逐步上量的302Ah。通过与一位友人交流我们发现有一颗电芯的尺寸比较奇特，按照尺寸和潜在的成组方式，我们初步判断这颗电芯是可能给特斯拉的，其尺寸为82mm*38mm353mm，容量未知。
备注：这个是我们根据电芯尺寸的猜测，倒腾旧电池的他并不清楚这个电芯是给谁用的
01 乘用车使用疑似产品的电芯尺寸
如下图所示，这颗电池和目前看到的iX3的电芯是有一些共性的，和我们目前使用的148mm宽度的电芯有很大的差异，比MEB系列220mm的电芯，iX3的300mm都要宽不少。为了进一步提高集成效率，这次CATL是把往上出极耳的方式改为了两头出，然后在两头各设置了一个泄压阀。
图1 一颗疑似的电芯设计
这个电芯和iX3的300mm*90mm*27mm的120Ah的电芯，有一些相似性。具体的容量数据还没有，按照实际情况，体积比iX3的大50%，容量在115-120Ah左右。
图2 iX3的电芯
在这个思路下，我也把目前能找到的大巴的电芯给找了一下，如下所示这颗目前能量密度最高的302Ah是从原有的规格240Ah一路进化下去的，按照这个体积来算，比之前那颗，体积是2.2倍，换算一下我们之前看的长电芯容量137Ah，由于方壳厚+大尺寸电芯能充分利用空间，所以需要再打85%-90%的折扣，估算下来是120Ah左右。
图3 302Ah的70*174*200mm尺寸
目前还有一款厚度为53的，从202Ah演化到228Ah的电芯，如果按照这个来折算如下所示，估算的结果确实和我们的计算相同。
图4 228Ah的尺寸为53*174*208mm
这几款电芯的体积比较核算如下：
02 50kwh核78kwh成组构型
第二部分 成组构型 如果按照120Ah来测算，实际可能采用串联的方式进行，如果按照50kwh来核算，那就需要130颗电芯，此时额定电压为416V，好像有一些偏高。可能实际的容量会有一定的调整，也可能电芯的能量密度做的比较高，容量能做到130Ah左右，使得电压能够降下来，这个事情的核心还是这个电芯的内部设计。不过我们看到有几个特点：
原有的模组的尺寸是1948*323*81和1860*323*81，如果按照这么考虑，放肯定能放得下。 如果考虑快充和加热特性，厚度要控制在一定的范围，不能太厚 这个LFP的泄压阀设计的比较小，说明在LFP的设计条件下，这个电池热失控的情况可能比较好我觉得很大的挑战，是在这个电池包的尺寸里面，如何做78kwh的方案，这个可能要在三元或者做成更大的电芯才有可能，LFP的可能性目前还不明确。要把更多的LFP电芯装进去真的比较难。
小结：今天刀片电池有个新闻发布会，其实对比比亚迪和宁德时代这两款电芯的尺寸参数，一个更长，一个把厚度做成厚一些，我是觉得是不是比亚迪可以不做成那么长的（把电芯做成500mm），也把叠片电芯的厚度增加到27左右，整个工艺问题也不会特别困难。刀片的容量是138Ah，两个电池的容量可能也具备一定的相似性。
