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動力鋰電池如何匹配"新四化"

鉅大LARGE  |  點擊量:608次  |  2022年03月12日  

在中國汽車新“四化”(電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化)提出和發(fā)展的今天,高度溶合特征必然是未來發(fā)展的趨勢。電動化的核心技術(shù)和零件,電池和集成技術(shù)如何更好適應(yīng)和匹配“四化”進(jìn)步,不僅需要電芯技術(shù)突破,更需要集成技術(shù)彰顯其特性。俗話說“獨木不成林”,歪解正看,這些年新能源發(fā)展進(jìn)程中,已經(jīng)充分印證了這一點,那就是,不可忽視的電池集成技術(shù)。


動力電池集成迫切需要創(chuàng)新


“電池作為動力源,切莫拖了新四化后腿?!边@種告誡不是危言聳聽。電動化作為新四化首位,電池不僅僅是電動化的核心技術(shù),更重要的是,還有太多的問題沒有解決好?!翱偫淼皆L日本,看到了什么讓他面色凝重?差距真這么大?”這是最近媒體高頻率的一句話。盡管說的是燃料電池的事兒,但是,我們的鋰離子電池差距呢!不可否認(rèn),在電池集成技術(shù)方面,還是有不小差距。從國外電池技術(shù)默默耕耘的這些年,“電芯技術(shù)看日韓,集成技術(shù)看歐美”,這句話不是空穴來風(fēng)。技術(shù)方面,他們借助材料優(yōu)勢、整車集成優(yōu)勢和經(jīng)驗,應(yīng)用于動力電池研發(fā)和應(yīng)用。當(dāng)然了,也不可否認(rèn)國內(nèi)水平的長足進(jìn)步。標(biāo)準(zhǔn)的快速跟進(jìn)和完善,就是典型的標(biāo)志。我們的優(yōu)勢還是很明顯的,可以利用擁有的市場拉動產(chǎn)業(yè)化(市場就在我們跟前);利用政策集中和統(tǒng)一,調(diào)配資源。但是,如何利用好優(yōu)勢和機(jī)會,快速迎頭趕上,仍然需要加大“創(chuàng)新”力度。


對電池集成的更高要求


1.安全問題

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

盡管馬斯克在tesla車輛起火后總是抱怨:媒體為什么不關(guān)注傳統(tǒng)燃油車的事故。但我仍然認(rèn)為,用戶是對的,客戶的擔(dān)心也是對的。我們的技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步,本來就是要解決用戶擔(dān)心的問題,讓事故的比例小了再小。這是我們的責(zé)任。電池的安全問題,一方面從電芯內(nèi)部本質(zhì)突破,另一方面就是從“集成”技術(shù)尋求突破口。目前應(yīng)用最多的監(jiān)控技術(shù)、斷電技術(shù)、熔斷技術(shù)、熱隔離技術(shù),看來還擋不住tesla的火苗。仍需努力。


摘自5月25日黑科技:“近日瑞士南部提契諾州的高速公路上,一名德國司機(jī)駕駛特斯拉ModelS撞上中央隔離帶,隨后車輛翻轉(zhuǎn)并迅速起火,司機(jī)不幸被困在車內(nèi)燒死。瑞士消防部門通過Facebook宣布,起火原因可能是車輛鋰電池在劇烈碰撞之后發(fā)生了“熱失控”。


2.BMS管理技術(shù)


很多時候,SOC的估算精度,沒有太大的進(jìn)步。仍然無法準(zhǔn)確捕捉化學(xué)能工作中和靜止?fàn)顟B(tài)的差異,不得不在電池充放電的頭尾留出吸收容量偏差的余量,讓電池成本白白浪費5~10%。國外產(chǎn)品,在這方面,做得比較細(xì)致,從leaf下限SOC16.35%工作狀態(tài)標(biāo)定值準(zhǔn)確度可以看出,其背后是血淋淋的成本緊迫感。新四化推動下,BMS不僅僅是估算準(zhǔn)確的問題,其管理功能、診斷功能、軟件策略、硬件架構(gòu)和集成化、模塊化,都需要有創(chuàng)新和突破。


3.電池系統(tǒng)輕量化

無人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

電池的重量,歷來是飽受詬病的,由來已久,都有些麻木了。感覺都是電芯惹的禍。但從近一段時間,工作交流或參數(shù)表中,當(dāng)提出能量密度這個概念的時候,悄然發(fā)生了改變。不再是cell能量密度放首位了,而是在能量密度前面,重重的加了兩個字“系統(tǒng)”。有人做過統(tǒng)計,電動汽車重量降低10%,對應(yīng)續(xù)航里程可增加5.5%。在leaf2018款產(chǎn)品中,同樣有輕量化的痕跡,“減輕了電池外殼的重量,減少了用來固定電池模塊的螺釘?shù)臄?shù)量,并去掉了支架多余的壁厚,而且還減輕了電池模塊的外裝?!?/p>


4.電池集成標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程


電池的標(biāo)準(zhǔn)化,是降本最有效的辦法。這個問題,在國內(nèi)的有些廠家,早早看到了這個問題,并且已有標(biāo)準(zhǔn)模組產(chǎn)品誕生。但是,市場效益不是太好。究起原因,標(biāo)準(zhǔn)化在發(fā)展的初期,是需要依賴一定平臺生存的。國內(nèi)現(xiàn)狀,就連最基礎(chǔ)的電芯外形,還停留在多樣化形態(tài)。盡管國內(nèi)也有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),但是執(zhí)行效果并不理想。個人認(rèn)為,標(biāo)準(zhǔn)中太多的外形尺寸,過于兼顧多樣化系統(tǒng)需求,等于沒有標(biāo)準(zhǔn)。反觀VDA單一方形外殼電池尺寸標(biāo)準(zhǔn),為什么能獲得眾多電池企業(yè)認(rèn)可?值得深思。電池的標(biāo)準(zhǔn)化,可以有力推動電池集成中的模塊化發(fā)展。


模塊化“集成”技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展


1.模組的“新型模塊化”趨勢,橫向“通用性”多平臺應(yīng)用


模塊化這個概念,并不是新名詞,早在2012年大眾的全新平臺MMB/MQB/MLB中動力總成的模塊化多品牌應(yīng)用,就已經(jīng)提出和嘗到甜頭:降低研發(fā)周期和風(fēng)險,大幅降低車型上的冗余。其實,本身降低了成本增加了車輛的可靠性和安全性。


在電池模組設(shè)計方面,大眾采用了同樣的思路:打造電池組模塊化平臺。也就是說,不需要每一款車型都去設(shè)計模組?!按蟊娖嚰瘓F(tuán)負(fù)責(zé)研發(fā)的董事會成員諾薩(Heinz-JakobNeusser)向媒體透露:雖然電池車型號規(guī)格各異,但統(tǒng)一的電池單元可以采用不同的封裝數(shù)量與方式,滿足各類需求。集團(tuán)的目標(biāo)是通過簡化電池單元設(shè)計降低電池成本66%?!边@已經(jīng)是幾年前的事了,我們不去糾結(jié)這個目標(biāo)是否已達(dá)到,但是,模塊化思路是正確的。


新型模塊化,除了結(jié)構(gòu)角度實現(xiàn)模塊化,達(dá)到降本、增加可靠性為目的,更重要的是,需要在功能控制方面實現(xiàn)模塊化。強(qiáng)調(diào)功能的獨立性、完整性。例如,實現(xiàn)模塊的終端采集、充放電管理、安全管理、熱功能于一體。狹義的觀點,蓄電池的電子部件除了采集、均衡功能,還需要擁有蓄電池管理模塊BCU的功能。利用互聯(lián)通訊,更有效的監(jiān)管電池安全。


模塊化不僅僅實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)、功能的高度統(tǒng)一,同時,當(dāng)模塊變成“能量塊”概念時,完全可以根據(jù)整車需求取舍電量大小。如果新四化車輛,配備的是靈活、安全、輕便的能量塊,動力源將不再是備受關(guān)注的瓶頸問題。


2、電芯連接技術(shù)革命,打通縱向“遞次利用和回收價值鏈”


電芯成組的連接,從最初的螺栓連接到現(xiàn)在的焊接工藝,優(yōu)點方面,在穩(wěn)定性、一致性、壽命得到了很大的提升,結(jié)構(gòu)體積也變小了,內(nèi)阻大幅降低,讓電芯功率可以得到最大的釋放。其缺點,是在鋰離子電池特有的梯次利用和回收應(yīng)用環(huán)節(jié),造成了麻煩,增加了成本。焊接工藝,在生產(chǎn)前端,需要專用的設(shè)備、工裝模具完成;后端的維護(hù)、梯次利用、終端拆解,也非常的不便。目前在遞次利用環(huán)節(jié),一般拆解到模組就結(jié)束了。遞次利用并不徹底。所以,盡管焊接是現(xiàn)有電芯連接、成組的主要工藝,但是,從價值鏈條分析,焊接工藝只是單向的工藝,阻礙了鋰離子電池的再利用。


近幾年,有些廠家在嘗試新的連接技術(shù)。這種創(chuàng)新,是值得肯定的。把電芯隨意組合,不僅僅是大大降本的問題,更重要的是促進(jìn)了模組的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。也是符合新四化發(fā)展的思維。


3、模塊的電壓標(biāo)準(zhǔn)化平臺,開辟多用途


新四化發(fā)展趨勢,從共享角度廣義的講,同樣適用于零件層面的需求。我們暢想一下,如果動力電池的模塊,同樣適用于將來車輛的48V低壓平臺;同樣可以把乘用車退下來的72V模塊應(yīng)用于低速電動車等等,因為模塊化的獨立性和標(biāo)準(zhǔn)化,應(yīng)用范圍會大大增加。同時,也便于產(chǎn)品在安全等性能方面的深耕。實現(xiàn)動力電池模塊化單元共享,開辟更多的應(yīng)用領(lǐng)域。


小結(jié)


動力電池作為動力源,在技術(shù)進(jìn)步認(rèn)知方面,從最初“電芯是全部”,上升到PACK的系統(tǒng)集成設(shè)計理念。但是,隨著退補(bǔ)的實施,面對固有的成本壓力、安全可靠性,動力電池創(chuàng)新發(fā)展已迫在眉睫。同時,汽車新四化的提出,需要更好電池與之匹配需求。在電池創(chuàng)新的道路上,方式很多,同樣需要借鑒傳統(tǒng)車發(fā)展的思路;同樣需要拓展新的創(chuàng)新思維。


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