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为什么要选择圆柱电池?

2021-10-12 汽车电子设计 阅读:
岚图FREE纯电版车型上是使用了圆柱琥珀电池,也是使用了三星SDI提供的NCA高镍8系电芯,这也是国内纯电动BEV里面为数不太多的差异化选择。

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写完特斯拉的4680,我想一起说说国内真正的圆柱电池,做这块的一家是华霆动力给相关厂家的方案,还有一家就是岚图汽车做的琥珀电池。今天我大致做一些盘点。lWfednc

一、国内铁锂的快速上量lWfednc

从2020年下半年开始,电动汽车在中国发展已经进入私人购买占大多数的阶段,消费者对于车辆的需求是里程要高,快充速度要快,电池要安全。电池线路之争,磷酸铁锂电池因为寿命更长、成本更低,在中低续航车型中得到广泛的应用;而三元锂电池因为能量密度高、整车电耗低,主要在中高续航车型中应用。lWfednc

从目前的状态来看线路之争还在僵持。从2021年的数据来看,目前在总的盘面,磷酸铁锂的产量在3月份首次超过了三元电池的产量;而磷酸铁锂的电池的装机量也在7月首次超过了三元的装机量,并且在8月逐步和三元电池拉开了差距。应该能看到,当前磷酸铁锂的电池的便宜和安全特性,在其能量密度提升以后,以高性价比在A00、A0和A级车上取得了有效突破。lWfednc

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图1 2021年中国三元锂电池和磷酸铁锂电池的情况lWfednc

在中国主流的电池企业推动下,高性价比电池直接与磷酸铁锂划了等号,磷酸铁锂从产业的角度来看,最大的优点是对于金属约束少,目前电芯质量能量密度介于180-200Wh/kg之间(体积能量密度350Wh/L-450Wh/L)。lWfednc

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图2 电池的路线之争,现在磷酸铁锂的电池打破了原本中镍三元电池的地盘lWfednc

从2017年开始,由于补贴政策的压制,在乘用车上的三元电池的独占性受到了极大的挑战。目前中镍电芯240Wh/kg的能量密度没有拉开与磷酸铁锂电池的差距,而高镍电芯的应用受到了限制,经过几年的起火事件增多,电池安全已成为消费者购买电动车考虑的重要因素。安全主要体现在电池技术上,“不起火”则是电池安全最重要、同样也是最难的问题。三元电池的发展方向能带来更多的续航里程,但如何解决三元电池的安全问题?lWfednc

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业内的设计方案有蔚来的不起火电池、广汽的弹夹电池、长城的大禹电池和吉利的SEA平台电池。前段时间岚图汽车发布了琥珀、云母电池系统。lWfednc

二、琥珀、云母电池系统lWfednc

(1)琥珀电池lWfednc

根据官方的说法,“琥珀” 电池系统三维隔热墙技术是在电池包内填充特殊的有机硅复合材料,结合有机硅聚合物+低密度隔热材料+阻燃剂,形成高效的隔热阻燃绝缘层,使得每个电芯单元像“琥珀”一样处于充分包裹中。lWfednc

说人话,就是按照之前岚图汽车发布的材料,模组的设计结构,是使用高能量密度的三元电池,然后按照一定的空间进行隔离,然后通过填充隔热材料来充分把电芯热失控条件下的热量隔开。在热失控传播条件下,这种材料阻隔单个5Ah以上(NCA+硅碳,能量密度应该比较高)电芯散发出来的能量,但是在快充过程中电芯的发热,也会被阻隔。在下面的示意图中,我们没看到模组内的冷却结构。lWfednc

可以说,岚图汽车是国内所有的主流车企里面第一个选择圆柱电池的。随着将来21700升级到4680,岚图的21700琥珀电池可以升级成4680大琥珀电池,而整体的设计可以几乎不变。lWfednc

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图3 模组的设计效果,也是类似间隔摆布lWfednc

在琥珀的方案里面,最主要还是靠模组设计来实现热失控的,在特斯拉的百万台电动汽车里面得到了充分的证明。我相信圆柱这条技术路线在中国也只是少有人走而已。lWfednc

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图4 岚图为了具象化,做的这个模型还是很生动的lWfednc

岚图FREE纯电版车型上是使用了这款圆柱琥珀电池,也是使用了三星SDI提供的NCA高镍8系电芯,这也是国内纯电动BEV里面为数不太多的差异化选择。lWfednc

(2)云母电池lWfednc

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图5 目前大部分方壳电池都是加入了气凝胶lWfednc

云母电池系统应用于岚图FREE增程版车型中。“云母” 的叫法,指的是在方壳电芯之间加入了层状Al-Si云母和气凝胶。lWfednc

这个做法其实比较通用,如下图所示:lWfednc

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图6 大家比的无非是这个气凝胶的厚度和隔热的效果lWfednc

我个人觉得,其实三元是需要和快充结合在一起的,随着高端电动汽车对续航里程和快充速度两个要求同时增加,三元做快充电池其实比磷酸铁锂做快充电池要更合适一些。从长远来看,高端电动汽车的打法是减少电池的重量和提高电池快充的速度,有了安全性做保证才能充分挖掘快充电流的边界。lWfednc


小结:岚图汽车在纯电动汽车里面选择了圆柱作为战略方向,我觉得还是很有意思的,后面跟随4680 的升级路线还是可以有效的做出差异性。在增程里面做了热失控防护推出了云母电池,也是很有意思的设计,平常低能量密度的PHEV电池也不需要做这样的防护,但是往8系的PHEV电芯如果不做防护还是有一定的隐患的。lWfednc

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