動(dòng)力電池?zé)o模組會(huì)是新趨勢嗎？
日期：2024-10-16 06:28:58 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：327在國家有關(guān)2020年動(dòng)力電池產(chǎn)品性能的發(fā)展要求中，有這樣的字眼：動(dòng)力電池單體比能量為300Wh/kg，系統(tǒng)比能量達(dá)到260Wh/kg。兩個(gè)數(shù)字相差了40Wh/kg，誰把這一部分比能量拿走了?“罪魁禍?zhǔn)住本褪菑碾姵貑误w到電池包的過渡過程中增加的部件，這些部件降低了系統(tǒng)的比能量。一般來說，電池包的生產(chǎn)程序是電池單體、模組、再到電池包，中間增加的模組工序會(huì)“拿走”一大塊比能量。
很顯然，如果省去模組工序?qū)⑻岣唠姵匕谋饶芰?，同一款車配裝同樣多的電池，配裝無模組動(dòng)力電池的電動(dòng)汽車可以行駛得更遠(yuǎn);或者也可以通過減少無模組電池?cái)?shù)量的做法保持車輛續(xù)駛里程不變，這樣能夠降低電動(dòng)汽車的成本，增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力。
無模組動(dòng)力電池的好處顯而易見，但將理論變現(xiàn)卻并不容易。不過，這一技術(shù)難關(guān)已經(jīng)被攻克，不久前，寧德時(shí)代推出了全新的CTP高集成動(dòng)力電池開發(fā)平臺(tái)(Cell To Pack)，即電芯直接集成到電池包。再之前，蜂巢能源已經(jīng)發(fā)布了該技術(shù)，比亞迪也在研發(fā)中。那么，無模組動(dòng)力電池會(huì)成為新趨勢嗎?
?去掉模組可提高電池系統(tǒng)比能量
此前發(fā)布的《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》要求，2020年，鋰離子動(dòng)力電池單體比能量大于300Wh/kg，系統(tǒng)比能量爭取達(dá)到260Wh/kg。這意味著從電池單體到電池包的集成效率必須超過85%。目前，乘用車普遍采用三元鋰電池，最新流行的NCM811電池單體能量密度為245Wh/kg，相應(yīng)的系統(tǒng)能量密度可達(dá)180Wh/kg，但集成效率也僅為73.5%，離85%的集成效率還有一段不短的距離。
那么，在現(xiàn)在的條件下，系統(tǒng)比能量怎樣爭取達(dá)到260Wh/kg?有兩種實(shí)現(xiàn)途徑，一是繼續(xù)提高電池單體能量密度，二是提高系統(tǒng)集成效率。目前來看，三元鋰電池還有提高單體能量密度的空間，可以通過這條途徑讓系統(tǒng)比能量達(dá)到260Wh/kg，但是，繼續(xù)提高電池單體能量密度必然帶來另一問題，即安全問題。在前不久舉辦的“2019年新能源汽車智新峰會(huì)”上，中國汽車技術(shù)研究中心有限公司檢測認(rèn)證事業(yè)部副總工程師王芳就提到，通過檢測可以看到，電池的能量密度大幅提升之后，安全性也明顯下降。
安全永遠(yuǎn)是頭等大事。近年來，我國電動(dòng)汽車發(fā)生多起自燃事故，給消費(fèi)者帶來了電動(dòng)汽車不安全的印象。因此，繼續(xù)提高電池單體能量密度或許不是最佳途徑，而提高集成效率則成為行業(yè)新的研究方向。
怎樣提高動(dòng)力電池的集成效率?寧德時(shí)代、蜂巢能源發(fā)布的無模組動(dòng)力電池便是一個(gè)突破方向。從電池單體到集成為電池包中間會(huì)有一道模組工序，如果把這一道工序省掉會(huì)大幅提高動(dòng)力電池的集成效率。那么模組是什么?有行業(yè)專家用一個(gè)形象的比喻進(jìn)行了解釋：把皮鞋放進(jìn)鞋盒，鞋盒放入鞋柜，皮鞋就相當(dāng)于電池，鞋盒是模組，鞋柜則是電池包。鞋盒存在的目的是為了讓鞋柜中的鞋可以井然有序地存放。無模組技術(shù)就是把“鞋盒”拿掉，依然讓“鞋子”整齊地排列在“鞋柜”中。
無模組的情況下怎樣實(shí)現(xiàn)單體電池的井然有序且不存在風(fēng)險(xiǎn)?寧德時(shí)代CTP項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人告訴《中國汽車報(bào)》記者，模組的功能主要是將電芯有序串并聯(lián)，采用CTP技術(shù)后，用箱體結(jié)構(gòu)件可以替代模組框架的功能，把模組的框架、絕緣零件與箱體結(jié)構(gòu)件有機(jī)地結(jié)合，達(dá)到結(jié)構(gòu)件的最優(yōu)化?！笆∪ツ＝M件后，電池包可以節(jié)省成本，提高系統(tǒng)能量密度，最終能夠降低消費(fèi)者購買成本，增強(qiáng)電動(dòng)汽車的市場競爭力。”該負(fù)責(zé)人說。
?無模組電池優(yōu)勢多
寧德時(shí)代CTP項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人告訴《中國汽車報(bào)》記者，采用無模組技術(shù)后，電池包體積利用率提高了15%～20%，電池包零部件數(shù)量減少了40%，生產(chǎn)效率提升了50%，將大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。
優(yōu)點(diǎn)不止于此，提高電池包的體積利用率無疑將增大車輛內(nèi)部空間容量，讓駕乘人員不再感到局促;減少了中間環(huán)節(jié)，生產(chǎn)效率也會(huì)大幅提升。一般來說，動(dòng)力電池的生產(chǎn)過程中，每道工序都設(shè)有檢測關(guān)口，以往的生產(chǎn)方式是電芯通過一定框架構(gòu)成模組，模組必須進(jìn)行下線檢測，然后進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)運(yùn)。如果電池包與模組不在同一廠區(qū)，生產(chǎn)電池包之前，生產(chǎn)車間對外來的模組必須再次進(jìn)行進(jìn)貨檢驗(yàn)、上線檢驗(yàn)。去掉模組之后，生產(chǎn)效率會(huì)大幅提高。
最重要的是，采用無模組技術(shù)之后，電池包的系統(tǒng)能量密度有了較大提升。寧德時(shí)代CTP項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人告訴《中國汽車報(bào)》記者，無模組電池包能量密度較傳統(tǒng)電池包提升了10%～15%，傳統(tǒng)電池包能量密度平均為180Wh/kg，而無模組電池包能量密度可達(dá)到200Wh/kg以上。
?無模組電池安全性更高
盡管無模組動(dòng)力電池優(yōu)點(diǎn)很多，但行業(yè)內(nèi)也有技術(shù)安全的擔(dān)心。不過，寧德時(shí)代CTP項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人告訴記者，完全不必?fù)?dān)心安全問題，且無模組技術(shù)的應(yīng)用還會(huì)降低安全風(fēng)險(xiǎn)。他解釋說，以往的電動(dòng)汽車自燃事件中，起火原因多在于動(dòng)力電池的熱失控，而熱失控的原因則在于動(dòng)力電池在充放電過程中產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)疏散出去。無模組技術(shù)因?yàn)闇p少了電池包中零部件的使用量，可以給電池包騰出更多的空間，電池的散熱通道也就更加順暢。
不過，在以往發(fā)生的多起電動(dòng)汽車起火事件中，也有些是因?yàn)殡妱?dòng)汽車行駛過程中產(chǎn)生的震動(dòng)導(dǎo)致電池接觸部位磨損最終釀成的。模組在電池包中起著固定單體電池的作用，去掉模組之后單體電池的固定能否保障?寧德時(shí)代CTP項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人告訴《中國汽車報(bào)》記者，在傳統(tǒng)電池包中，通常使用螺栓固定模組，每個(gè)電池包有成百上千個(gè)螺栓，任何一個(gè)螺栓沒有固定好，都可能帶來安全隱患。無模組技術(shù)采用的則是其他方式，比如新型結(jié)構(gòu)膠水、限位框架等。膠水具有一定的吸收震動(dòng)能力，可以相對減緩車輛行駛震動(dòng)帶來的影響。
另外，防水等級(jí)較差也導(dǎo)致了我國多起電動(dòng)汽車起火事件的發(fā)生，采用無模組技術(shù)后，防水等級(jí)能否保障?寧德時(shí)代CTP項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人告訴《中國汽車報(bào)》記者，傳統(tǒng)電池包上原有的絕緣、防水、防熱擴(kuò)散、加熱冷卻等功能在無模組電池包上都沒有減少，反而做了優(yōu)化，安全性能得到進(jìn)一步提高。
從理論上看，采用無模組技術(shù)后，電池包的安全性不受影響，反而有所提高，但畢竟這類新型動(dòng)力電池還沒有接受實(shí)踐檢驗(yàn)。國家“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體專家組動(dòng)力電池首席專家、中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所主任肖成偉就表示：“無模組技術(shù)減少了動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)件，縮減了生產(chǎn)流程，優(yōu)勢顯而易見，但安全性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證?！?/p>
此外，動(dòng)力電池的全生命周期包括退役之后的梯次利用以及回收處理。有觀點(diǎn)認(rèn)為，一般退役的動(dòng)力電池，并不是所有電芯都有損壞。在傳統(tǒng)有模組的電池包中，只需要挑出有損壞電芯的模組，其他沒有問題的模組可以直接進(jìn)行梯次利用。但沒有模組后，剔除損壞電芯的難度增加，梯次利用就變得很麻煩。對此，華友循環(huán)科技總經(jīng)理鮑偉表示：“有模組的電池拆解起來比較難，沒有模組的電池減少了很多部件，拆解相對容易。但采用無模組技術(shù)之后，從退役電池包中挑出可用單體電池重組成新的電池的過程會(huì)變得比較復(fù)雜?！?/p>
對此，寧德時(shí)代CTP項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人有著不同的看法，他告訴《中國汽車報(bào)》記者，退役動(dòng)力電池梯次利用最理想狀態(tài)是整包直接利用，無模組電池包的目標(biāo)就是達(dá)到這一水平。如果維修和梯次利用過程中需要拆解或更換模組，寧德時(shí)代也會(huì)提供解決方案。