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        刀片電池和麒麟電池哪個比較好?

        2022-06-29 03:46:23

        2022年6月23日寧德時代推陳出新”第三代CTP技術,發布了寧德時代麒麟電池將于2023年量產上市的消息,新能源汽車作為時下最火的賽道,電池注定是繞不開的話題,這就造就了用戶總會拿比亞迪的刀片電池和寧德時代的麒麟電池做對比,經常對比的就是刀片電池和麒麟電池哪個比較好?

        一、什么是刀片電池?

        刀片電池(The blade battery)是比亞迪于2020年3月29日發布的電池產品。該電池采用磷酸鐵鋰電池技術,將首先搭載于比亞迪“漢”車型。

        二、什么是麒麟電池?

        麒麟電池是2022年6月23日,寧德時代舉行“麒麟電池,推陳出新”第三代 CTP

        技術,麒麟電池系統集成度創全球新高,體積利用率突破72%,能量密度可達255Wh/kg,輕松實現整車1000公里續航,麒麟電池將于2023年量產上市。

        三、刀片電池和麒麟電池哪個比較好?

        1、刀片電池和麒麟電池能量對比

        一般電動汽車上搭載的電池包,由電芯(Cell)組裝成為模組(Module),再把模組安裝到電池包(Pack)里,形成了“電芯(Cell)— 模組(Module)— 電池包(Pack)”的三級裝配模式。而CTP,即Cell to Pack,即取消模組,電芯直接集成為電池包。模組越多,零部件越多,成組效率也就越低,反過來,少了模組,電池包的整體重量減輕,電池包的能量密度提升,零部件減少,生產效率也隨之提高。目前CTP有兩種技術路線,一種是以大模組替代小模組的方式,代表為寧德時代的麒麟電池;另一種則采用完全無模組方式,代表為比亞迪的刀片電池。深入了解CTP技術,就要弄清楚模組的作用。

        所謂模組,是將部分相關零部件構成一個模塊,也可理解為一個零部件集合、總成的概念。在電池包領域,將若干電芯、導電排、采樣單元及一些必要的結構支撐部件集成在一起構成一個模塊,也叫模組。去掉模組后,其關聯的高壓線纜、通訊線纜、冷卻/預熱循環管路、BMS監測模塊、溫度傳感器、電流傳感器等設備,都要進行適應性改進或重新布設。

        刀片電池

        比亞迪刀片電池包組裝示意圖及傳統電池組

        比亞迪刀片電池包組裝示意圖及傳統電池組

        由圖可知,右側為傳統電池組采用的是圓柱形狀的單體電池,堆載在一塊之間的間隙較大,浪費了大量空間。左側為比亞迪的“刀片電池”,主要基于其所擅長的磷酸鐵鋰技術,采用自家研發的長度大于0.6米的大電芯,電池單體同樣向大容量進化,但電芯形狀更加扁平、窄小(長邊可以定制變化,單體最大穩定長度可以達到2500mm),通過陣列的方式排布在一起,就像“刀片”一樣插入到電池包里,這也是大家稱之為“刀片電池”的原因。

        可以直觀地看到“刀片電池”回路更長,表面積更大,散熱效果更好,也省去較多支撐結構,比傳統排布方式的空間利用率提高了近20%。(CN110379963B,動力電池包及電動車;CN110165116B,電池包,車輛和儲能裝置)

        麒麟電池

        寧德時代麒麟電池內部堆疊示意圖

        寧德時代麒麟電池內部堆疊示意圖

        寧德時代麒麟電池技術基于高鎳三元鋰架構,其核心是減少模組數量,直接由多個大容量電芯組成標準化電池包,再靈活堆疊組成更大的電池模塊,適應不同車款的儲能需要。如下圖所示,其主要亮點是在模組與模組間采用一種套筒的連接方式緊貼在一起,同時套筒下有固定裝置與整車相連,這樣整個模組簡化了結構,實現了電池包輕量化,也提高了電池包在整車的連接強度。(CN209658278U,電池包)

        從以上分析可以看到,寧德時代采用大電芯和大模組,主要對電池包內部的連接進行結構上的優化,省去了中間過程的零部件,從而簡化裝配工藝和流程。其優勢主要有三點:第一,CTP電池包因為沒有標準模組限制,可以用在不同車型上,使用廣泛;第二,減少內部結構組件,CTP電池包能提高體積利用率,系統能量密度也間接提升;第三,其散熱效果要高于目前小模組電池包。

        表1:麒麟電池與刀片電池性能對比

        麒麟電池與刀片電池性能對比


        上表從設計思路、實現過程、生產效率,電池包體積能量密度、電池包質量能量密度、電池包結構件數量和成本等角度對麒麟電池和比亞迪電池做了對比分析,簡單來說,二者相同之處在于都是改變電池系統的物理結構,把模組減少或省掉。不同之處則在于寧德時代不改變電芯的形狀,而“刀片電池”則改變了電芯的尺寸。寧德時代的技術,注重自上而下的設計思路,在沒有改變電芯尺寸的基礎上,對模組和電池包進行結構優化,實現大幅縮減零部件,減輕重量,大規模應用后有望顯著降低材料及生產成本。比亞迪的“刀片電池”技術,注重自下而上的思路,創新性地提出把電芯長度做長(600mm-2500mm),厚度做薄,呈現“扁平”和“長條”形狀,利用電芯本身的結構特點來提高散熱性,提供承載力,充當結構件。

        得益于新技術的應用和電池包物理結構的調整,刀片電池的體積能量密度相比過去能提升50%,不同規格的電芯體積能量密度分別達到了439Wh/L~450 Wh/L,其單電芯質量能量密度達到180Wh/kg,裝配成電池包后系統能量密度為140Wh/kg。盡管刀片電池體積能量密度比提升明顯,但麒麟電池的電池包質量能量密度能達到250Wh/kg以上??梢?,刀片電池在質量能量密度上要稍微遜色些。

        值得注意的是,對于動力電池(包)而言,考慮到乘用車的底盤空間有限,特別是一些對底盤偏矮的轎車/跑車來說,體積能量密度是最直接最有效的研究判斷指標,而不是只執著于質量能量密度。綜上,刀片電池和麒麟電池在電池體積能量密度和質量能量密度上各有優勢,誰勝誰負,暫未可知。

        2、刀片電池和麒麟電池安全性能對比

        除了能量密度之外,消費者更關心的少不了動力電池的安全性。對于兩種電池的安全性能的PK,不得不提及針刺實驗。2020年1月,比亞迪董事長兼總裁王傳福在中國電動汽車百人會論壇(2020)上首次公開證實,“刀片電池”將于該年3月量產問世。此后比亞迪公開了關于刀片電池的針刺實驗,其選取當時純電動汽車最為流行的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池作為試驗比照對象。如圖4不難看出,三元鋰電池的表現最為慘烈,普通的磷酸鐵鋰塊狀電池表現稍好,“刀片電池”在實驗中表現最為出色。雞蛋形狀肉眼觀察到的變化不大,電池既沒有出現明火爆炸,也沒有冒煙,表面的溫度控制在30~60℃之間。

        比亞迪針刺實驗效果圖

        圖4:比亞迪針刺實驗效果圖

        刀片電池自前年的針刺試驗后名聲大噪,經過兩年時間的檢驗,已經獲得越來越多新能源車制造商的認可。相比之下,寧德時代第三代CTP技術下的麒麟電池,伴隨著無熱擴散技術推出,不免讓人又有了些許遐想空間。

        對于動力電池的安全性,往往會考慮到動力電池的熱管理,下面我們從專利角度看看二者在熱管理方面的異同。比亞迪和寧德時代都提供了水冷和風冷兩種方案。其中家用車為水冷方案。

        比亞迪刀片電池結構示意圖

        圖5:比亞迪刀片電池結構示意圖

        如圖5所示,“刀片電池”的水冷方案是把水冷板放在整個電池包的上面,與模組頂板直接接觸,對電芯側面窄邊進行冷卻。同時,為提高導熱效率,模組頂板與電芯側面之間有導熱板,整個包的溫度差控制在1℃以內。

        此外,電芯的另一側面與模組底部之間有隔熱層,以隔絕電芯與外界的熱交換,起到保溫作用。對于熱失控情況,比亞迪“刀片電池”的處理思路是:正對著防爆閥設計進氣孔,將熱失控發生后的氣體、火焰等引導到排氣通道,經排氣通道排向周圍環境。(CN110416451B,電池容納裝置和電動車)。

        比亞迪刀片電池包邊框結構放大圖

        圖6:比亞迪刀片電池包邊框結構放大圖

        而寧德時代的水冷方案與其之前的熱管理方式相同,是把水冷板放在整個電池包的下面,與模組底板直接接觸,對電芯進行冷卻。與此同時,為提高導熱效率,電芯的側面、殼體里面填充導熱膠。此外,在電芯側壁和電芯殼體間內置壓力或者溫度傳感器,提前探測熱失控。(CN209071461U,熱管理裝置及電池包)

        寧德時代電池包熱管理裝置結構示意圖

        圖7:寧德時代電池包熱管理裝置結構示意圖

        從硬件層面來看,比亞迪刀片電池為電池包設計了新的排氣孔和排氣通道,避免火焰、煙霧或氣體聚集在模組內,對電芯造成二次傷害。綜上,雖然針刺試驗結果不能完全代表電池組的安全性,但在消費者的眼中,針刺試驗就是一項“量化”好了的標準。麒麟電池能否遏制刀片電池的狂奔,目前下結論還為時尚早。

        綜上所述,從能量角度出發,無論是比亞迪“刀片電池”還是寧德時代的“麒麟電池”,兩者的本質都是鋰電池電池包的結構工藝創新,整體提升鋰電池電池包級的能量密度;而從安全性能上,“刀片電池”在熱管理上現階段似乎更勝一籌。

        當前鋰電池電芯能量密度的提升遇到了階段性的瓶頸,而電芯能量密度的提升顯然更加考驗鋰電池廠電化學的研發實力!相信寧德時代和比亞迪均在不斷尋求技術突破,在這場沒有硝煙的戰爭中,暗涌悄無聲息,市場最終會給予答案。

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