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動力電池無模組會是新趨勢嗎?

時間:2019-11-20 17:58:29    來源:新訊網    瀏覽次數:    我來說兩句() 字號:TT

  在國家有關2020年動力電池產品性能的發展要求中,有這樣的字眼:動力電池單體比能量為300Wh/kg,系統比能量達到260Wh/kg。兩個數字相差了40Wh/kg,誰把這一部分比能量拿走了?“罪魁禍首”就是從電池單體到電池包的過渡過程中增加的部件,這些部件降低了系統的比能量。一般來說,電池包的生產程序是電池單體、模組、再到電池包,中間增加的模組工序會“拿走”一大塊比能量。

  很顯然,如果省去模組工序將提高電池包的比能量,同、車配裝同樣多的電池,配裝無模組動力電池的電動汽車可以行駛得更遠;或者也可以通過減少無模組電池數量的做法保持車輛續駛里程不變,這樣能夠降低電動汽車的成本,增強產品市場競爭力。

  無模組動力電池的好處顯而易見,但將理論變現卻并不容易。不過,這一技術難關已經被攻克,不久前,寧德時代推出了全新的CTP高集成動力電池開發平臺(Cell To Pack),即電芯直接集成到電池包。再之前,蜂巢能源已經發布了該技術,比亞迪也在研發中。那么,無模組動力電池會成為新趨勢嗎?

  ♦去掉模組可提高電池系統比能量

  此前發布的《促進汽車動力電池產業發展行動方案》要求,2020年,鋰離子動力電池單體比能量大于300Wh/kg,系統比能量爭取達到260Wh/kg。這意味著從電池單體到電池包的集成效率必須超過85%。目前,乘用車普遍采用三元鋰電池,,流行的NCM811電池單體能量密度為245Wh/kg,相應的系統能量密度可達180Wh/kg,但集成效率也僅為73.5%,離85%的集成效率還有一段不短的距離。

  那么,在現在的條件下,系統比能量怎樣爭取達到260Wh/kg?有兩種實現途徑,一是繼續提高電池單體能量密度,二是提高系統集成效率。目前來看,三元鋰電池還有提高單體能量密度的空間,可以通過這條途徑讓系統比能量達到260Wh/kg,但是,繼續提高電池單體能量密度必然帶來另一問題,即安全問題。在前不久舉辦的“2019年新能源汽車智新峰會”上,中國汽車技術研究,有限公司檢測認證事業部副總工程師王芳就提到,通過檢測可以看到,電池的能量密度大幅提升之后,安全性也明顯下降。

  安全永遠是頭等大事。近年來,我國電動汽車發生多起自燃事故,給消費者帶來了電動汽車不安全的印象。因此,繼續提高電池單體能量密度或許不是最佳途徑,而提高集成效率則成為行業新的研究方向。

  怎樣提高動力電池的集成效率?寧德時代、蜂巢能源發布的無模組動力電池便是一個突破方向。從電池單體到集成為電池包中間會有一道模組工序,如果把這一道工序省掉會大幅提高動力電池的集成效率。那么模組是什么?有行業專家用一個形象的比喻進行了解釋:把皮鞋放進鞋盒,鞋盒放入鞋柜,皮鞋就相當于電池,鞋盒是模組,鞋柜則是電池包。鞋盒存在的目的是為了讓鞋柜中的鞋可以井然有序地存放。無模組技術就是把“鞋盒”拿掉,依然讓“鞋子”整齊地排列在“鞋柜”中。

  無模組的情況下怎樣實現單體電池的井然有序且不存在風險?寧德時代CTP項目組負責人告訴《中國汽車報》記者,模組的功能主要是將電芯有序串并聯,采用CTP技術后,用箱體結構件可以替代模組框架的功能,把模組的框架、絕緣零件與箱體結構件有機地結合,達到結構件的,化!笆∪ツ=M件后,電池包可以節省成本,提高系統能量密度,最終能夠降低消費者購買成本,增強電動汽車的市場競爭力!痹撠撠熑苏f。

  ♦無模組電池優勢多

  寧德時代CTP項目組負責人告訴《中國汽車報》記者,采用無模組技術后,電池包體積利用率提高了15%~20%,電池包零部件數量減少了40%,生產效率提升了50%,將大幅降低動力電池的制造成本。

  優點不止于此,提高電池包的體積利用率無疑將增大車輛內部空間容量,讓駕乘人員不再感到局促;減少了中間環節,生產效率也會大幅提升。一般來說,動力電池的生產過程中,每道工序都設有檢測關口,以往的生產方式是電芯通過一定框架構成模組,模組必須進行下線檢測,然后進行存儲、轉運。如果電池包與模組不在同一廠區,生產電池包之前,生產車間對外來的模組必須再次進行進貨檢驗、上線檢驗。去掉模組之后,生產效率會大幅提高。

  最重要的是,采用無模組技術之后,電池包的系統能量密度有了較大提升。寧德時代CTP項目組負責人告訴《中國汽車報》記者,無模組電池包能量密度較傳統電池包提升了10%~15%,傳統電池包能量密度平均為180Wh/kg,而無模組電池包能量密度可達到200Wh/kg以上。

  ♦無模組電池安全性更高

  盡管無模組動力電池優點很多,但行業內也有技術安全的擔心。不過,寧德時代CTP項目組負責人告訴記者,完全不必擔心安全問題,且無模組技術的應用還會降低安全風險。他解釋說,以往的電動汽車自燃事件中,起火原因多在于動力電池的熱失控,而熱失控的原因則在于動力電池在充放電過程中產生的熱量無法及時疏散出去。無模組技術因為減少了電池包中零部件的使用量,可以給電池包騰出更多的空間,電池的散熱通道也就更加順暢。

  不過,在以往發生的多起電動汽車起火事件中,也有些是因為電動汽車行駛過程中產生的震動導致電池接觸部位磨損最終釀成的。模組在電池包中起著固定單體電池的作用,去掉模組之后單體電池的固定能否保障?寧德時代CTP項目組負責人告訴《中國汽車報》記者,在傳統電池包中,通常使用螺栓固定模組,每個電池包有成百上千個螺栓,任何一個螺栓沒有固定好,都可能帶來安全隱患。無模組技術采用的則是其他方式,比如新型結構膠水、限位框架等。膠水具有一定的吸收震動能力,可以相對減緩車輛行駛震動帶來的影響。

  另外,防水等級較差也導致了我國多起電動汽車起火事件的發生,采用無模組技術后,防水等級能否保障?寧德時代CTP項目組負責人告訴《中國汽車報》記者,傳統電池包上原有的絕緣、防水、防熱擴散、加熱冷卻等功能在無模組電池包上都沒有減少,反而做了優化,安全性能得到進一步提高。

  從理論上看,采用無模組技術后,電池包的安全性不受影響,反而有所提高,但畢竟這類新型動力電池還沒有接受實踐檢驗。國家“863”計劃節能與新能源汽車重大項目總體專家組動力電池,專家、中國電子科技集團公司第十八研究所主任肖成偉就表示:“無模組技術減少了動力電池的結構件,縮減了生產流程,優勢顯而易見,但安全性還需要進一步驗證!

  此外,動力電池的全生命周期包括退役之后的梯次利用以及回收處理。有觀點認為,一般退役的動力電池,并不是所有電芯都有損壞。在傳統有模組的電池包中,只需要挑出有損壞電芯的模組,其他沒有問題的模組可以直接進行梯次利用。但沒有模組后,剔除損壞電芯的難度增加,梯次利用就變得很麻煩。對此,華友循環科技總經理鮑偉表示:“有模組的電池拆解起來比較難,沒有模組的電池減少了很多部件,拆解相對容易。但采用無模組技術之后,從退役電池包中挑出可用單體電池重組成新的電池的過程會變得比較復雜!

  對此,寧德時代CTP項目組負責人有著不同的看法,他告訴《中國汽車報》記者,退役動力電池梯次利用最理想狀態是整包直接利用,無模組電池包的目標就是達到這一水平。如果維修和梯次利用過程中需要拆解或更換模組,寧德時代也會提供解決方案。


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