● 在追求能量密度和體積重量上,,如何分出勝負
三類電池設計在外形不同的基礎上,,也擁有了各自的特性,,三者能夠通過外殼用料以及內(nèi)部設計對單體電池的能量密度,、安全性以及重量造成影響。我們再拿蛋糕來舉個例子,,餡料代表了單體電池的能量密度,,而面粉代表了外殼包裝材料選擇。
不銹鋼外殼曾經(jīng)一直是圓柱形和方形電池的主要包裝材料,,因工藝標準要求的不同,,更輕的鋁制外殼在方形電池上快速推廣,也在重量上形成了優(yōu)勢,。而軟包電池且因追求更加纖薄的工藝,,采用了比鋁外殼重量更輕的鋁塑膜包裝,其纖薄的程度你甚至可以用手感覺到內(nèi)部液態(tài)電池的流動,。
外殼用料的不同除了直接對單體電池重量有影響以外,,對電池的安全、發(fā)熱等環(huán)節(jié)來講也有影響,,畢竟最終一個個的單體電池要封裝成組后放到車內(nèi),。鋼殼最硬也最重,它需要兼顧到安全工藝難度也相對低一些,,而鋁膜外殼最軟最輕,,在單體制造以及封裝成組時,兼顧到的散熱和碰撞安全也要求更高,。而方形電池會根據(jù)對外殼材料選擇的不同,,存在同樣的優(yōu)劣勢。
不要小瞧單體電池重量這件事,,這對于最終封包成組放到車內(nèi)將有多層面的影響,。更輕的電池組能讓整體車重更低,從而也為車企提供了更多的布局方法,。隨著技術的進步,,越輕的單體電池在兼顧能量密度上的空間也越大。例如車輛在設計時限制只能裝載一套300公斤的電池組,,顯然單體越輕,,整個電池組的能量也就越高。
而使用鋼殼的圓柱以及方形電池,,在安裝到車身上時控制配重的方案就比較單一。例如目前主流采用圓柱形電池組的新能源車,,電池組的布局都在車身的正下方,,這樣才能保證即便重一些也不會影響整車的前后配重,但對車輛的離地間隙和車廂內(nèi)的地臺高度都會有影響,。而有一些插電式混合動力車,,會把圓柱形電池組放在后備廂下方,,通過與車頭發(fā)動機的重量進行配比,來均衡整車的配重,,但結果就是后備廂的空間會變的很小,。
電池形狀不同,在封裝成組的安全性和散熱等問題上,,三類電池也出現(xiàn)了不同的優(yōu)劣勢,。圓柱形電池雖然重且能量密度低,但在封包時圓柱與圓柱之間形成了很好的散熱空間,,而方形則不同,,如果不留縫隙緊緊的排列在一起,除了散熱是問題之外,,單體與單體之間的安全性也難以保障,。而軟包電池在封裝上會更加復雜,要安全,、要保證散熱,,還要不損失軟包本身纖薄體積的優(yōu)勢,可想而知在封裝成組環(huán)節(jié)上有多復雜,。很多車企會慎重考慮三類電池設計在封裝環(huán)節(jié)的成本投入,,目前來講,依靠工藝難度和成本更低的圓柱形電池是現(xiàn)階段的好選擇,。
點評:簡單來講,,如果方形電池也擁有和圓柱型電池一樣的行業(yè)標準,那么兩者在應用上的優(yōu)劣勢基本也在同一水平線上,。但軟包電池因為設計靈活性則更強,,且兼具了重量低、能量密度高等更明顯的優(yōu)勢,,在未來會成為更多車企首選的電池類型,。但反之對于制造工藝的要求也要明顯高于前兩者,生產(chǎn),、封裝中額外的成本和技術要求,,都變相加大了新能源汽車的終端售價。所以軟包電池極端的優(yōu)劣勢也讓一些車企望而卻步,,目前采用軟包電池的新能源車型比例也是最少的,。說白了,在成本面前,,更多企業(yè)還是選擇了向其它兩者妥協(xié),。
另外,單體電池類型只是車企在選擇研發(fā)方向的角度之一,,封裝技術也是尤為關鍵的環(huán)節(jié),。目前一線的新能源車企都擁有自己的電池實驗室,,他們在供應商提供的電池原型基礎上做二次研發(fā),最后再把研究方案反推給供應商,,兩者一起敲定所需的電池方案,。然后再由自己或者供應商完成封裝的工作,最后一步經(jīng)過縝密的配重布局完成裝車,。過程中所有環(huán)節(jié)都存在利弊權衡,,也是反推回車企到底會選擇哪一類電池類型的關鍵。
● 拉近甚至反超,,中國電池企業(yè)與車企的合作共贏
從單體電池到車輛應用,,車企與電池企業(yè)之間有著密切的合作關系。例如圓柱形電池的應用上,,松下與特斯拉保持了多年的技術同盟,,美國通用汽車也與LG化學在軟包電池技術上達成技術共識。在此之前,,三星SDI也與寶馬在方形電池上也有大量的技術合作,。
電池供應商來決定了可靠的電池基礎工藝,車企的二次研發(fā)決定了電池應用到車輛上最終續(xù)航,、配重以及安全這三大主要問題上的表現(xiàn),。三類電池的核心技術曾經(jīng)長時間的被日韓企業(yè)所掌握,也成為了之前新能源車企首選的電池供應商,。而近兩年,,中國電池以及新能源車企與國外相比,不但在電池技術與應用層面有了大幅度的拉近,,且在產(chǎn)能,、品控以及實際應用表現(xiàn)等層面都有更多話語權,國外車企選擇中國電池企業(yè)作為首選供應商已經(jīng)成為常態(tài),。
到2018年,,中國電池企業(yè)已經(jīng)具備了圓柱、方形以及軟包電池制造的全面技術能力,,并且在三類電池的單體能量密度上也有十足進步,。近幾年中,中國電池企業(yè)也從圓柱,、方形電池向軟包電池技術過渡,,以寧德時代、力神,、國軒高科為首的幾家企業(yè)正在選擇采用軟包電池技術路線,。
同時,隨著國內(nèi)新能源汽車補貼標準對電池能量密度提出了更高要求,,軟包技術成為了電池實現(xiàn)輕量化和高密度化的重要手段,,今年年初寧德時代、力神,、國軒高科三家承擔新型鋰離子動力電池項目的企業(yè),,均選擇了軟包電池技術路線,單體電芯能量密度均達到300Wh/kg,。但其對高制造工藝的要求,,也要求著相關后市場技術的提高,例如外包裝鋁塑膜的工藝和產(chǎn)能,,高精密度的疊片,、電解液注射和封裝設備技術。
2017年新能源乘用車補貼標準 | |
純電動車(R=續(xù)航里程) | |
100km≤R<150km | 補貼2萬元/輛 |
150km≤R<250km | 補貼3.6萬元/輛 |
R≥250km | 補貼4.4萬元/輛 |
額外補貼 | 動力電池的質量能量密度高于120Wh/kg的按1.1倍給予補貼 |
插電/增程/混合動力車(純電力R≥50km) | 補貼2.4萬元/輛 |
燃料電池車 | 直接補貼20萬元/輛 |
其他政策 | 免征購置稅(入新能源車型目錄車型,,截止到2017年12月31日) |
但在通往軟包電池的技術之路上,,仍有很多現(xiàn)實問題。首先是鋁塑膜技術成本高,、國產(chǎn)技術水平有限,,尤其是在疊片技術工藝上的把控,要求要比卷繞要求更高,,品控問題會直接影響電池壽命以及安全問題,。想保持產(chǎn)能和品控的同步增長,電池企業(yè)與車企間的同心協(xié)力更為關鍵,。
總結:在新能源爆發(fā)前,,都有可能成為趨勢
幾年前,中國新能源汽車的動力電池以磷酸鐵鋰方形電池為主,,因為當時中國企業(yè)自有的圓柱型電池技術以及成本控制能力相比海外并不突出,。而在車企角度,可定制化的方形電池更利于快速研發(fā)和設計新能源車型�,,F(xiàn)在來看,,為了更快的拿出成績,當時電池和汽車企業(yè)將方形電池作為了過渡性技術,,而當前,,圓柱形三元鋰電池已經(jīng)成為了新的主流。
但這并不代表誰將會成為最終的技術代表,,圓柱,、方形以及軟包電池目前對于市場而言都具有各自的獨特價值,誰能成為新的趨勢也同樣會受到車型研發(fā)速度的影響,。而對于我們而言,,它們各自的優(yōu)勢能否被車企最終在產(chǎn)品力上最大化的展現(xiàn)出來,才是真正值得我們關心的問題,。白貓黑貓,,能抓老鼠的都是好貓,,軟包圓柱,跑的遠的都是好電池,。(文/汽車之家 姚嘉)
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