電池PACK技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

【關(guān)鍵信息】

體積利用率：

商用車可達到90%，麒麟電池和比亞迪CTB在60-80%，麒麟電池在乘用車方面是72%。

PACK能量密度：

三元電池255，比亞迪CTB 200，三元最多280，鐵鋰最多200。

C to C的問題：

（1）工藝裝配問題；

（2）對電池的零部件的要求高，成本高；

（3）C to C維修的便利性和成本；

（4）商業(yè)模式、設(shè)計模式的挑戰(zhàn)。

4680：

無模組設(shè)計方案，減少降低材料成本40%左右。成組效率，減少20-30%的成本。

圓柱形相對于方形而言，成本相對低一些，工藝比較成熟，產(chǎn)品一致性比較高。它的缺點是成組后散熱設(shè)計難度大，能量密度相對低一些。

比亞迪e3.0：

比亞迪e3.0技術(shù)采用直冷直熱的方式，熱效率提高20%。

AB電池（兩種材料揚長避短）：

電壓窗口：鈉離子的電壓窗口是2.8~3.5，磷酸鐵鋰是2.0~3.8，三元的窗口是2.5~4.2。

壽命方面，磷酸鐵鋰循環(huán)壽命是8000圈，鈉離子是2000圈鈉離子低溫性能好，磷酸鐵鋰高溫性能好。

熱管理：

目前來說對于電池包的一個熱管理，實際分為風(fēng)冷、液冷、直冷，冷媒冷卻、熱泵。大家走的比較多是熱泵和液冷的方案，后期還有冷煤、直冷這塊，這是將來的一個發(fā)展趨勢。

在直冷方面，我感覺在乘用車上應(yīng)該會推下去的。但是直冷目前來說還有一個技術(shù)難點，就是他在35度電以下的小電池包上，應(yīng)用效果是非常好的，但如果要是在100多度的電以上的電池包上去完全采用這種直冷方式，對熱管理這塊是有缺陷的。

［Q&A］

Q C to P技術(shù)的應(yīng)用？

A： 目前在商用車或乘用車領(lǐng)域，都有C to P、C to C技術(shù)的應(yīng)用，即電芯直接到pack或者是電芯到車。目前C to P可以分成商用和乘用兩個方面，目前商用車C to P的應(yīng)用比較多，而且它的集成效率要比乘用車大得多。商用車和乘用車在結(jié)構(gòu)上的一個不同，導(dǎo)致它的體積利用率可以達到90%。但是目前無論是麒麟電池，還是比亞迪的CTB結(jié)構(gòu)，體積利用率實際上就是在60%~80%區(qū)間之內(nèi)，體積利用率是跟結(jié)構(gòu)有關(guān)的。像麒麟電池，在乘用車上的CTP技術(shù)，它的體積利用率也就是72%。

Q 三元電池能量密度？

A： 三元電池的一個pack，就是用CTP的技術(shù)，一個pack的集成，它的能量密度也就是255。實際上它能達到這樣的一個能量密度，還跟其他的技術(shù)也有關(guān)。它從排氣這塊進行了一個空間的節(jié)省，同時它還有一個彈夾式的反面冷卻的技術(shù)，所以它是綜合了好多結(jié)構(gòu)，把電芯直接到pack，來提升自己的一個體積利用率。

Q 比亞迪CTB能量密度、與麒麟相比？

A： 比亞迪的CTB技術(shù)不完全是C to P的技術(shù)，電芯到車身的體積利用率僅僅是66%，能量密度才達到了200，這是它跟CATL麒麟電池的一個劣勢。在水冷熱管理這一塊，它實際上是采用了一個上層制冷水板的設(shè)計方案。比亞迪為什么能量密度和體積利用率比麒麟電池?。繉嶋H上它是從安全方面保留了一些電池包內(nèi)的衡量的結(jié)構(gòu)。材料體系沒有多大的區(qū)別的，三元最多280，鐵鋰最多做到200。主要還是從結(jié)構(gòu)上來提升體積利用率，從而提升能量密度。

Q 比亞迪安全方面與麒麟相比？

A：從安全方面來說，比亞迪的pack從結(jié)構(gòu)、從震動甚至沖擊載荷這塊，從一些電池認(rèn)證的實驗結(jié)果來看，比麒麟電池要好一些，但是為什么大家沒有去說這個事兒？中國標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證，只要你過了認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)項目，我就認(rèn)為你過了。所以二者有這樣的一個區(qū)別，比亞迪為什么保留衡量或者是它的安全性更好，因為他是一個車企，它能夠把電池包pack的一些結(jié)構(gòu)應(yīng)用到車上，車身骨架可以做的弱一些，可以用電池pack來承擔(dān)一些它的模態(tài)，實際上這是比亞迪所考慮的。

Q 寧德時代與比亞迪區(qū)別？

A：寧德時代單純的它只是一個電池廠，它沒有比亞迪這樣的一個先天的優(yōu)勢，能夠把車結(jié)合起來，這就是二者的一個區(qū)別，也是二者在設(shè)計理念上的一個不同。

Q 目前C to P企業(yè)各自優(yōu)缺點？

A：目前C to P這一塊，主要電池廠實際上已經(jīng)很多了，有寧德、比亞迪、蜂巢、遠景動力、捷威動力的，都在做C to P的。

在乘用車方面，其實他們都有各自的一些優(yōu)缺點。像蜂巢的C to P這一塊，單從成本來說，它要優(yōu)于寧德時代。

遠景之前走的是軟包的一個技術(shù)路線，但是它現(xiàn)在也在往方殼和圓柱的路線過渡，但是目前來說它的成本要略微的要貴一些，原因是它的量還沒有上來。

Q 蜂巢比寧德便宜的原因？

A：蜂巢供某一些企業(yè)的話，它要比寧德要便宜一些。主要原因是，一是它要挑戰(zhàn)市場。二是它在工藝上要比寧德這塊要簡單一些。

Q 蜂巢和寧德工藝層面對比？？

A：工藝層面，在商用車C to P領(lǐng)域，寧德對每個小電芯進行膠粘。蜂巢走的是大模組膠粘，所以它從工藝這一塊能省一部分成本，而且從后期維修這一塊，蜂巢也要能省一些成本。C to P實際上并不完全的是電芯到pack，實際上也可以歸為一個大模組到pack。寧德小電芯到pack，無非就是為了省空間，但是蜂巢它是屬于大模組，犧牲了一點空間，但是它成本和工藝這塊是相對有一些優(yōu)勢的。

Q 企業(yè)戰(zhàn)略對比？

A：從企業(yè)的一個戰(zhàn)略來說，因為寧德畢竟現(xiàn)在做的是很大。億緯鋰能、遠景它們打成本戰(zhàn)。

蜂巢，既有無模組方案，也有大模組方案，這就是它一個降本的手段。

捷威動力采用積木式的電池，是在大軟包模組的一個概念，通過不同電池的一個厚度、長度、寬度，這樣的一個尺寸比例來提高體積利用率，這樣它也形成了這種C to P的一個技術(shù)。

遠景，目前也在做C to P，有軟包的方案，也有方形的，也有圓柱形的，但是它起步的比較晚，所以它的產(chǎn)品應(yīng)該會滯后。目前來說軟包有量產(chǎn)的，方殼的現(xiàn)在在樣件階段。

Q C to C現(xiàn)狀？

A：像C to C是一個比較難的技術(shù)，維修方法和維修成本的問題。因為它是完全跟車去結(jié)合的。如何把電芯布在不同底盤上，它也是采用一種電芯膠粘上車的工藝。將來維修方法也是問題。

Q 特斯拉一體壓鑄技術(shù)？

A：一體壓鑄目前國內(nèi)來說技術(shù)不是很成熟。廢品率、合格率有一定的考驗。因為之前我們做了一個一體壓鑄的電池pack下箱體，它的廢品率是相當(dāng)高的。成本目前在pack廠。C to C方案，一定是要電池廠跟整車廠聯(lián)合來做，這是前提條件。

Q C to C技術(shù)難點？

A：（1）工藝裝配問題。因為對于傳統(tǒng)的車來說，現(xiàn)在基本上都是傳統(tǒng)車和新能源共線的一個生產(chǎn)模式。那么C to C 這種技術(shù)一旦上來，那么我這種裝配工藝怎么走？目前這樣的一個量能不能支撐下去？實際上這也是主機廠甚至電池廠要面臨的一個問題。

（2）對電池的零部件的要求高，成本高。因為電池本身pack是有密封要求的，基本上是IP68或者IP69的防塵防水要求，那么到車上怎么去密封？因為車一裝起來，整個車身的框架焊接或是鉚接都有一些工藝的變形，要如何控制？因為一旦有一些變形，就會對密封造成一定的困難。所以說對電池零部件要求要很高。要求高了，其實成本也就高了。零部件的采購成本，制造成本都會高。

（3）C to C維修的便利性和成本。如果是C to P就是電芯到pack，可以把pack拿下來，進行維修。但C to C不方便維修，而且即使是在舉升架上，你把電池打開了，下箱機打開了，你怎么去維修？這都是將來這一種結(jié)構(gòu)所面臨的一些困難，所以有可能最后我們要更換很多，就單個進行更換會非常的難，有可能會走那種大模組到車。

（4）商業(yè)模式、設(shè)計模式的挑戰(zhàn)。需要主機廠和電池廠聯(lián)合起來做C to C的方案。在車型開發(fā)最前期，甚至在車型產(chǎn)品策劃前期，電池廠就要介入車型的設(shè)計。需要主機廠將自己的車型規(guī)劃和核心技術(shù)，釋放給電池廠。現(xiàn)在電芯的規(guī)格也不一定能完全滿足主機廠電池空間布置、性能等方面的需求，但這又存在一個問題，因為目前電芯的設(shè)計是完全掌握在電池廠的。那么電池廠能不能把電芯的技術(shù)釋放給主機廠，這也將來是商業(yè)運營模式的一個突破點，這是從C to P過渡到C to C這樣的一些思考。

Q 4680圓柱形方形對比？

A:4860采用圓柱形，國內(nèi)如寧德主打方形。對比如下：

從安全性來看，方形和圓柱形安全性是一樣的，基本上都是相對好一些的。從電池一致性這一塊來說，圓柱形要比方形的好，因為它工藝相對比較成熟。從設(shè)計的靈活性來說，實際上方形要好，要比圓柱的好。循環(huán)壽命方面，方形的要比圓柱的好一些，充放電費率也好。成組效率方面，即體積利用率，二者是基本相當(dāng)?shù)摹?/p>

Q 方形優(yōu)缺點？

A：方殼的優(yōu)點主要是它的封裝比較好，可靠性比較高，安全性好一些，它的能量效率高，能量密度也比較高，結(jié)構(gòu)相對簡單，擴容也相對方便一些，這是它的優(yōu)點。缺點方面，它型號比較多，由于國內(nèi)在方形這塊沒有一個完全的標(biāo)準(zhǔn)，所以它型號比較多，工藝比較難統(tǒng)一，各家自己做自己的。第二就是生產(chǎn)自動化水平不高，這就導(dǎo)致了單體的差異性，一致性不是很好，存在系統(tǒng)壽命低于單體壽命的問題。

Q 圓柱形優(yōu)缺點？

A：圓柱形相對于方形而言，它成本相對低一些，工藝比較成熟，產(chǎn)品一致性比較高。它的缺點是成組后散熱設(shè)計難度大，能量密度相對低一些。

Q 4680的技術(shù)進步？

A：實際上4680出來之后，因為它走的是一個大圓柱形的，它的安時也都能做上來，它能量密度相對能提上來一些，而且4680這塊，大圓柱電池對熱管理的要求要降低了，能夠克服圓柱的一些缺點。這就是為什么大家選擇了4680這樣的一個技術(shù)方案。

Q 為什么大家都走方形？

A：從我個人角度來說，我其實比較傾向于4680的圓柱技術(shù)。因為方殼，我個人推測是因為catl大家都走方殼了，catl這么大的一個量，不可能讓它再去重新改變自己的生產(chǎn)工藝，重新建線，去生產(chǎn)圓柱，所以國內(nèi)也就都走方形的技術(shù)路線。

Q 特斯拉走4680的原因？

A：它肯定是從布置或是從結(jié)構(gòu)、維修、密封等方面，有自己的技術(shù)優(yōu)勢的。因為4680從制造端，是能夠節(jié)省產(chǎn)品成本的。像電池設(shè)計，就電池C to C，電池設(shè)計這塊，它實際上是采用了無模組的設(shè)計方案，能減少結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和零部件的一個數(shù)量，就能降低材料成本40%左右。成組效率方面，相對來說，也基本上能減少20%~30%的成本。它唯一的缺點還是維修，這是它的一個弊端。

4680不僅僅是C to C的技術(shù)路線，它還有干法電極、高鎳、高硅等綜合的結(jié)構(gòu)，最后能夠造就一個長續(xù)航、快充和低成本的方案。

Q 4680散熱問題？

A：其實它在結(jié)構(gòu)上也有很大的一個改進。原先是蛇形底部的一個散熱，現(xiàn)在是蛇形加三面的一個設(shè)計，可以圍繞著圓柱進行一個散熱，這對安全和對電芯的一致性都是有幫助的。另一方面，大家比較關(guān)注的是4680安不安全？目前來看，它從結(jié)構(gòu)、熱管理方面來說，它是安全的，因為它的散熱面積增大了很多。

Q 比亞迪3.0技術(shù)？

A：從整車來看，它主要是采用了一個刀片、電池車身一體化設(shè)計，就是C to P 的一個設(shè)計方案，同時它采用了多合一的動力集成化的控制單元，有四驅(qū)和八百伏快充的架構(gòu)。在高效方面，它現(xiàn)在說的是突破1000公里，實際上我們感覺是有一些水分的，因為它的1000公里肯定是最優(yōu)的行駛工況。如果把它放在東北，或是放在寒冷的環(huán)境下，這個里程是會打折的，而且它的1000公里肯定是勻速的，勻速60公里的工況。目前我們是這樣的一個推測。我們比較關(guān)注的是它的800伏的快充這塊，我感覺是這還是走在了一個前列。它為啥能做到這樣，跟它的熱管理，電池pack的熱管理有很大的關(guān)系，它采用了一個直冷直熱的技術(shù)，把熱效率大約提升了20%。這樣就是間接地在省電了，能夠降低能耗的損耗。這是它電池方面的技術(shù)。在智能化上他也有一些，因為智能化不是咱們今天關(guān)注的一個重點，就不細講了，智能化其他的主機廠也都在做。這是對比亞迪3.0平臺的優(yōu)勢比較。我們比較關(guān)注的就是它電驅(qū)升壓的快充技術(shù)，和它極冷極熱的一個技術(shù)。

Q BMS的應(yīng)用？

A:BMS這塊，目前大家還是采用菊花鏈的分布式應(yīng)用方式，為什么采取這種方式呢？還是從成本方面來考慮。但是現(xiàn)在無論是商用車和乘用車都在走外部CAN和內(nèi)部CAN通信的技術(shù)方案，這樣能使得BMS的交互更準(zhǔn)確一些，所以走CAN通信的技術(shù)方案。在無線BMS方面，我們是沒有做這樣的技術(shù)的。目前因為這個技術(shù)還不是相對成熟，會帶來誤傳信息、信號干擾等負面問題。沒有做過深研究如何推向市場。

Q AB電池是什么？將來面對的問題？

A：從材料體系來說，磷酸鐵鋰、三元鈉離子等電池，甚至石墨烯電池，在壽命、能量密度、電壓窗口等等，都有各自的優(yōu)缺點。AB電池其實就是磷酸鐵鋰和三元結(jié)合，或是鈉離子跟磷酸鐵鋰去結(jié)合，各自發(fā)揮各自的一個優(yōu)缺點，然后揚長避短，這是它的設(shè)計理念。大家所關(guān)心的就是，你怎么去控制？我們對AB電池將要采取的技術(shù)路線，也做了一個分析。我們舉了三個例子，就是鈉離子磷酸鐵鋰和三元這三種材料去做AB的一個配方，鈉離子的電壓窗口是2.8~3.5V，磷酸鐵鋰是2.0~3.8V，三元的窗口是2.5~4.2V。他們的電壓窗口都不一樣，SOC算法怎么把電壓窗口去識別或是歸納進來？像壽命方面，像磷酸鐵鋰循環(huán)壽命它是8000圈，鈉離子是2000圈，我用磷酸鐵鋰的長壽命去抵消鈉離子的短壽命，那隨著電池的老化，它的老化規(guī)律又是啥樣的？實際上這一塊在行業(yè)上還沒有摸清，尤其二者摻在一起，老化之后，電壓平臺是什么樣的？壽命曲線是什么樣的？實際上這也是將來ab電池是所要面臨的一些問題，這是寧德時代推出來的，但是我個人感覺他還有很多問題沒有解決。單一材料還有一些技術(shù)問題沒有攻克，兩個不一樣體系的材料揉在一起，BMS是怎么去管？怎么能確保AB電池的壽命關(guān)系和老化問題，因為壽命是跟老化有很大關(guān)系的，跟安時容量也有很大關(guān)系，兩種不同材料，它的安時容量曲線和壽命曲線都不一樣，BMS該怎么去做？這肯定是一個難點。

Q 如果有了電芯的SOH的壽命模型的話，BMS是否能實現(xiàn)對兩種體系電池的一個管理呢？

A：理論上是可以的，但是這是對于pack來說。但是pack上車之后怎么來應(yīng)用？我舉個例子，就是說功率。因為在極寒的情況下，鈉離子的低溫性能比較好，磷酸鐵鋰比較差，把這兩個材料體系揉在一起，它就是為了解決低溫的一個問題。因為鈉離子的低溫性好，磷酸鐵鋰低溫性不好，那么我就要用鈉離子去解決低溫的問題。那么你是把低溫問題解決了，說在零下20度SOC可以達到90%。

從整車需求來看，比如在20℃和零下20℃的功率需求都需要400干瓦的功率，需要多布置鈉離子電芯來滿足400千瓦，剩下鐵鋰就是擺設(shè)了，增加了整車成本。所以車上整車管理要多用電池才能滿足不同溫度下功率需求。其他還有快充的融合，快充鈉離子是比較好的，磷酸鐵鋰是一般的。鈉電和鐵鋰混用還有電池均衡的問題。

Q 4680在國內(nèi)的話，還有特斯拉的進度？

A：這塊我了解一些，因為4680在國內(nèi)，像遠景、catl他們也都在做，也都在做擴展，國外肯定是特斯拉在用。實際上國外商用車Scania也在用4680。

Q 之前有說特斯拉的焊接有問題，你有沒有了解情況，他有沒有解決這個問題？

A：焊接問題，之前確實是說它的成品率不高，但是后來他通過改變焊接工藝，把這個問題好像解決了不少。但是具體工藝怎么解決的，沒有過多了解。

Q 4680的未來格局？會改變方形格局嗎？

A： 4680有自己的一個優(yōu)勢，但是從國內(nèi)來說，因為現(xiàn)在還是CATL獨大，CATL最初走的就是方殼路線，已經(jīng)鋪了很多，再布局卷繞的4680圓柱工藝，是商業(yè)運營模式的問題了。從技術(shù)來說，個人比較推崇4680，但4680它不一定行。4680是比方殼要小很多，但是它到車上不一定比方殼要少。從電量來看，因為4680它是圓柱形的，車上邊角可以排布，但是大方殼，到車上有可能有一個小的地方，根本就布不下一個電芯。所以你從整車布局這塊，4680更具有一些便捷性，甚至它的電量會更高一些。這是從整車角度來分析。但是4680實在管理這一塊，BMS管理這塊，因為它畢竟電芯多了，像BMS管10個方殼和管100個圓柱，它的成本或者它的算法或者精確度都是不一樣的。特斯拉是走的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，跟國內(nèi)不一樣的，國內(nèi)的SOC主要走的是安時積分算法。所以如果4680能走下去的話，因為還有46120等等，首先它得把BMS管理即算法和一致性方面要做好。

Q BMS應(yīng)該由是車廠來解決這個問題嗎？

A： BMS現(xiàn)在國內(nèi)有兩種形式。第一種模式，是電池pack和BMS打包供過來，如寧德時代。第二種模式，是主機廠自己做BMS，自己打包。第二種在乘用車上基本上是主流。第一種，在商用車上應(yīng)用的比較多，因為BMS畢竟還是一個核心的東西，因為它跟整車的技術(shù)協(xié)議和通信是掛鉤的。所以主機廠不想把核心信息釋放給電池廠。但目前來看，實際上主機廠缺的是對電芯的一些技術(shù)掌握。有一些電性能、壽命怎么結(jié)合車去做，BMS管理等電芯數(shù)據(jù)主機廠是拿不到的，在電池廠手里，所以這一塊也是主機廠做BMS受限的一個點，但是主機廠還不想把BMS拿出去。但是這兩種方式其實都有弊端的。BMS的一些基本性能主機廠拿不到，車的一些應(yīng)用工況，電池廠，就是BMS拿不到。所以這一塊從產(chǎn)品開發(fā)來說是有弊端的，這就是一種商業(yè)模式導(dǎo)致的。如果將來主機廠去做電芯，我感覺這個問題會解決。

Q 未來熱管理的發(fā)展方向？

A： 熱管理對于電池來說還是很主要的。目前來說對于電池包的一個熱管理，實際分為風(fēng)冷、液冷、直冷，冷媒冷卻、熱泵。目前來說大家走的比較多是熱泵和液冷的方案，后期還有冷煤、直冷這塊，這是將來的一個發(fā)展趨勢。

Q 冷煤直冷的技術(shù)弊端？

A： 在冷媒方面，它采用的是22134a這樣的一個冷媒介質(zhì)，它冷媒的低溫性能是不好的，就是在零下15度，它的熱效率下降是比較明顯的。解決方法實際上也就是用PTC、液冷進行輔助來解決。

在直冷方面，我感覺在乘用車上應(yīng)該會推下去的。但是直冷目前來說還有一個技術(shù)難點，就是他在35度電以下的小電池包上，應(yīng)用效果是非常好的，但如果要是在100多度的電以上的電池包上去完全采用這種直冷方式，對熱管理這塊是有缺陷的。同時成本問題，現(xiàn)在用的相對少一些，零部件采購成本要高一些，將來如果大面積的普及下去，這個成本應(yīng)該也會降下來。

審核編輯 ：李倩