导读(dú)
2月25日,部分媒体代(dài)表应(yīng)邀参观(guān)蜂巢能(néng)源(yuán)金(jīn)坛工厂(chǎng),零距离探(tàn)访蜂巢(cháo)能源“短刀”电池的智(zhì)能(néng)制造过程。媒体代表参观(guān)完后与观(guān)众分享了蜂巢能源短刀电池(chí)的技(jì)术要(yào)点(diǎn)、专(zhuān)利(lì)布局(jú)、智能制造过程等(děng)等,评论区(qū)很是活跃(yuè),很多(duō)人希(xī)望看(kàn)到蜂巢短刀电池(chí)与比亚(yà)迪刀片电(diàn)池的对比,寻找不同点(diǎn),本文从两者的(de)开发初(chū)心与专(zhuān)利(lì)布局的视(shì)角,分(fèn)析两者优缺点。
其实真正懂行的(de)人都知(zhī)道:无论比亚迪刀片电池还是蜂(fēng)巢短刀电池,它们的(de)本质都是方型铝壳电(diàn)芯的结构创(chuàng)新。要(yào)说明这些问(wèn)题(tí),还得(dé)从VDA355模组、MEB590模组说起。
通行(háng)的VDA355与MEB590模(mó)组介绍
VDA是德国汽车工业联合(hé)会的缩写。我们通(tōng)常说到的VDA标准实际上是德国汽车工业联(lián)合会2012年推出的模组标准。至于你是圆柱还是软包、方型,你先(xiān)做成统一的标准模组,以便设(shè)计与维修更换等。标准模(mó)组(zǔ)的提出是产(chǎn)业上下游不断博弈和探索(suǒ)的结果,是整(zhěng)车标准化和个性化调和的产物。在标准(zhǔn)模(mó)组提出之前,动力电池规格(gé)可谓百家争鸣,每家(jiā)电池厂的(de)尺寸千差万别,每种匹配车型都(dōu)有不同规(guī)格。
自2012年推出以来,VDA标准(zhǔn)已经在(zài)欧洲经过了(le)多(duō)年(nián)实车验证,也在宝马、大众等品牌上得(dé)到广泛的应用。其中VDA355模(mó)组(zǔ),尺(chǐ)寸(长*宽*高,以下同)为355mm*151mm*108mm。
从VDA355标准模组(zǔ)上发(fā)展不同厚(hòu)度的方型电芯,从最早(zǎo)的1个模(mó)组12个(gè)电芯开始(shǐ),单体(tǐ)电芯尺寸为:148mm*90mm*26mm,一个模(mó)组装12电(diàn)芯;后来这个尺寸发展出2倍厚148mm*90mm*52mm,单(dān)个(gè)模组装6电芯;3倍厚的148mm*90mm*78mm单(dān)体电芯(xīn)来,单个模组装4个电芯。在2018年前VDA355模组是(shì)主流,就(jiù)单体(tǐ)电芯而言,148mm*90mm*26mm是基础标准尺寸。
2018年,大众(zhòng)宣布全面进军电动化,推出电动车(chē)模块化平台——MEB平台,并向(xiàng)其它车企开(kāi)放(fàng)。MEB模块化的架(jià)构让造(zào)车变(biàn)得更为容易(yì),同时带来(lái)宽敞的(de)内部空间和更高的操控(kòng)性能,而在日后维修保养上,通(tōng)用率更高的(de)零配件也降(jiàng)低了用户日(rì)后用车的费用,可谓一石(shí)三鸟。
大众推出的MEB590平(píng)台和德国汽车工业协会VDA355标准尺寸(cùn)不仅降低汽车(chē)应用期(qī)间成本,提升可(kě)靠性,而且还兼顾动力电(diàn)池全(quán)生命周期管理(lǐ),提(tí)升电池(chí)性价比。尤(yóu)其对电池厂而言,便于自动化生产和(hé)提升电池一致性,有利于减少(shǎo)反复资(zī)本(běn)投入(rù)。
MEB590模组(zǔ)尺寸590mm*225mm*108mm,单体方(fāng)型电芯尺寸(cùn)220mm*100mm*22mm,一个模组装24只单体(tǐ)电芯;然后(hòu)有发展成两(liǎng)倍厚(hòu)的(de)单体电芯,尺寸是220mm*100mm*44mm,一个模组装12只单体电芯;发展成三(sān)倍厚的单体电芯,尺寸是220mm*100mm*66mm,一个模组装8只单体电芯。
在动力电池结构的(de)演变中(zhōng),有着更高成(chéng)组效率的方型电芯逐渐成为发展(zhǎn)趋势之一,我们大(dà)致可(kě)以归纳这类基础单体电芯的尺寸范围是:长148-220mm,高90-100mm,厚(hòu)22-26mm。
比亚迪刀片(piàn)电池(chí)介绍
比亚迪的(de)刀片电池是(shì)基于(yú)比亚迪(dí)擅长的方形铝壳磷酸铁锂电芯,电池单体向(xiàng)大(dà)容量(liàng)进化,但电芯形状(zhuàng)更加扁平(píng)、窄小的长电芯方案,因此(cǐ)形象化的取(qǔ)名“刀片”。搭载(zǎi)在比亚迪“汉”上的刀片电池电芯尺寸为905mm*13.5mm*118mm。但根(gēn)据比亚迪官方说法,刀片电池长度可(kě)以(yǐ)在600—2500mm之间任意(yì)客制化,可以覆盖几乎所有乘用车的电池(chí)应用。
目(mù)前(qián)刀片电池有(yǒu)单串刀片电池(chí)、多串刀片电池和多串(chuàn)方块电池(chí)三大(dà)类,灵活性高,多种长度厚度可供(gòng)选择。仔细研究了(le)它的专利与(yǔ)实用情况,发现刀片电池(chí)真的(de)是脑洞大开,在结构(gòu)和工程技术(shù)上真是全球首(shǒu)创。原来一直没想通这么长的电芯(xīn)怎么生产,怎么保持一致(zhì)性(xìng),后来发现是(shì)1-2.5米长的壳(ké)体内分三段电芯并联(lián)或串联(lián)而(ér)成,实(shí)际上是一个在外(wài)壳(ké)内的三个电(diàn)池组成(chéng)的(de)模组结构,也可以说是实现无模组解决方案。
刀片电池生产工艺(yì)是:使用叠(dié)片(piàn)工艺是将正负极极(jí)片、隔膜裁成(chéng)规定尺(chǐ)寸的大小,随后将正极极片、隔膜、负(fù)极极片叠合(hé)成小电芯单体,再将(jiāng)小电芯单体叠(dié)放并联(lián)组(zǔ)成大电芯,然后装配盖板、侧板、隔圈等和套壳形成单个(gè)刀片电池电(diàn)芯。
多个刀片通过阵列的方式排布在一起,就像“刀(dāo)片”一样插入到电池包里面,通(tōng)过CTP设计在保证了(le)电池包的强度前提下,省去了横(héng)梁、纵梁以及螺(luó)栓等附件。此外,刀片电池还借鉴了蜂窝铝板的结构原理(lǐ),在(zài)电(diàn)池组的(de)侧脊面(miàn)上,粘贴两(liǎng)块高(gāo)强度的强度板,让刀片电池侧面可(kě)以承(chéng)担支撑作用,使强度再次升级。这(zhè)一(yī)系列设计可以让(ràng)刀片电池跳过(guò)模组环节,直接组成(chéng)电池包(bāo),从而提升(shēng)空(kōng)间利用率。
这(zhè)样的结构可(kě)以大幅提高电池体积利用率,在有限的汽车(chē)空间内装下更多的(de)电池,从而使磷酸(suān)铁(tiě)锂电池(chí)在(zài)续航里程上匹(pǐ)敌三元锂(lǐ)电池(chí)。
比(bǐ)亚迪刀片电池(chí)模组尺寸(cùn)为905/1280/2000/2500mm*13.5mm*118mm。
蜂巢短刀电池(chí)介绍
蜂巢短刀开发内(nèi)部叫L600项(xiàng)目,在(zài)2019年初启(qǐ)动,同年(nián)4月份(fèn)上海(hǎi)车展上命(mìng)名为L6电(diàn)池(chí),跟比亚迪刀片电池的研发(fā)相差时间不大。此款(kuǎn)电芯的设计就是按照(zhào)高容量,高(gāo)能量(liàng)密度标准,高快充能(néng)力进行开发设(shè)计。开发团队成立后从系统端(duān)进行分解开发,为了(le)实现(xiàn)系(xì)统(tǒng)端(duān)最高的体积(jī)利用(yòng)率并且需(xū)要与常规590模组的无缝替换,决定了此款电池长度不可(kě)能(néng)超过600mm的短刀结构,蜂巢能源官(guān)方命名(míng)为(wéi)蜂巢短刀电池,昵称“六条君”。
1,在蜂巢能源2021年8月17日公告(gào)的(de)序(xù)号为CN213988965U的专利中展示了(le)短刀电(diàn)池。
▲蜂巢(cháo)能源(yuán)专利(lì)截图(tú)
专利图片显示(shì),正负极(jí)盖板分别设在壳(ké)体的两端,正极极柱和(hé)防爆阀设在一端,负极极柱和注液孔设在另(lìng)外一端,如此设置(zhì),可以减小正负(fù)极(jí)盖板在电芯内的占用空间,从而(ér)增加电芯(xīn)的储存能量。
▲蜂巢能源专(zhuān)利截图
2,蜂巢能源在2022年2月(yuè)25日公告了一份关(guān)于(yú)电池(chí)盖板的专利《电池的顶盖以及电池(chí)(公告号为CN215911486U)》,从这份专利(lì)中也能看到很多关于(yú)蜂巢能源短刀的资料。
在电(diàn)芯的极柱方面,由(yóu)于充放(fàng)电性能的需要,需要(yào)把极(jí)柱的面积尽可能(néng)做大,进而提(tí)高电芯(xīn)的过(guò)流能(néng)力。
▲蜂(fēng)巢能源专(zhuān)利截图(tú)
蜂巢能源的CN215911486U这件专利,也是提(tí)到了铆接块的(de)长度(dù)L2与盖板的(de)长度L1满足0.3≤L2/L1≤0.5,这也验(yàn)证了将极柱的面积尽可能(néng)做大(dà)的(de)趋势。
此外,通(tōng)过专利(lì)截图我们发现(xiàn),蜂巢能源对盖板的宽度与与(yǔ)铆接块的宽度,以(yǐ)及(jí)铆接块和防爆阀(fá)距离(lí)盖板边缘(yuán)的尺寸都(dōu)做了限定。
▲蜂巢(cháo)能(néng)源专利截(jié)图
不(bú)仅如(rú)此,为了保证电芯具有良好的充放电性能,也(yě)对(duì)极(jí)柱与铆接块在长度方向上比例进行了限定。短刀电池(chí)将(jiāng)正负极盖板分别(bié)设置(zhì)在(zài)壳体的两个开口,减小正负极盖(gài)板在单体(tǐ)电池内的占用空间,提高了空间利(lì)用率,增加电芯的储存能量密度,进而提高车辆的续(xù)航里程。短刀电芯的极耳位置在侧面,在(zài)电池包(bāo)环节采用(yòng)上下双(shuāng)水冷技术,给电芯配套强大(dà)的冷却结构(gòu),结合电机余热的利用,实现“低(dī)温无(wú)衰(shuāi)减技术(shù)”。
在(zài)电芯(xīn)的(de)尺寸方面,我们(men)发现蜂巢(cháo)能源对尺寸比例也进行了限定,长度(dù)a≤600mm,10%a≤高度b≤30%a,2%a≤宽度(dù)c≤10%a,经计算,这个尺寸比例的限(xiàn)定,将长度≤600mm的(de)短刀电(diàn)芯品类都涵盖在内了,正好(hǎo)对应了蜂巢能源推出(chū)的(de)L3、L4到L6的电(diàn)芯(xīn)(电芯长度从340mm到574mm)。其中应用最广泛的L6尺寸为574mm*21.8mm*118mm。
从公开的资(zī)讯(xùn)和专利布局(jú)来看,蜂(fēng)巢能(néng)源(yuán)为(wéi)短(duǎn)刀电池做了很多前期的准备,将(jiāng)会是未来蜂巢能源的主要发(fā)展方向。
通过三者比(bǐ)较(jiào),其实短(duǎn)刀不短
通(tōng)过三个(gè)电池尺寸对比发(fā)现,比亚(yà)迪刀片最长(1000-2500毫(háo)米)、蜂巢(cháo)短刀次之(300-600毫米)、MEB590模组单体电(diàn)芯最短(220毫米(mǐ))。
这里面包含着各种设计的侧重点不同:
1,比亚迪是新能源汽车产业里全产业链(liàn)自研的企业,最主(zhǔ)要的诉求是在电(diàn)动智能车领域里(lǐ)保持领先(xiān),战胜对(duì)手,电池(chí)只是它的基础,刀片电池确(què)实(shí)基于整(zhěng)车(chē)系统优势思考(kǎo)优化的CTP方案。
2,蜂(fēng)巢能源(yuán)是(shì)新(xīn)进的(de)动力电池主流企业,最主要的诉求是在动(dòng)力(lì)电池市(shì)场中不被对(duì)手压制(zhì),技术自主(zhǔ)可控,在(zài)生产便(biàn)利性(xìng)与装车实用性的同时与传统的MEB590模组有切(qiē)换性,可以快速响应主机厂换代升级,在帮助客户成(chéng)功的过程中成就自己。蜂巢短(duǎn)刀的(de)CTP方案其实(shí)就是电池底箱有四个格栅(shān),把(bǎ)短刀电池放入(rù)并连接即可。实现了新底盘设计与(yǔ)原有(yǒu)MEB底盘(pán)的完美兼顾,对(duì)快速发展长城汽车以外的(de)客户特(tè)别有利。
3,MEB模组是大众(zhòng)力推的标准模组或者电池标(biāo)准品(pǐn),主要(yào)诉求是大众给众多电(diàn)池供应商一个标准(zhǔn)指导,按大众的标准(zhǔn)来做,可以进入大众的供应(yīng)商体(tǐ)系,方(fāng)便大众设计与供应链布局。
目前(qián)可以(yǐ)初步判定:在(zài)磷酸铁锂或者将来的钠(nà)离子电池技术下(xià),长(zhǎng)薄(báo)型电池将成为主要发展方向(xiàng),长(zhǎng)度在600毫米以上到2.5米以内专(zhuān)利被(bèi)比亚迪申请完成,300-600毫(háo)米间被蜂(fēng)巢能源申请(qǐng)完(wán)成,各(gè)有各(gè)的主(zhǔ)攻方向,各有各的主要诉求。