比亞迪的刀片電池初步解析

汽車電子的設計 發佈 2020-01-17T07:54:14+00:00

1)比亞迪的刀片式電芯2018年和2019年比亞迪的動力電池裝機量分別為11.4GWh和10.8GWh,在補貼退坡以後,比亞迪在2019 年裝機量同比下降 5.7%,其中在客車和專用車用的鐵鋰這塊下降比較明顯,鐵鋰電池使用量從4.5GWh降低至2.8GWh,同比下降 37.3%。

想寫方殼電芯的市場情況,其實主要分為CATL、BYD和後面幾家跟隨的方殼電芯企業,這個是節前要做的功課。但是這次比亞迪在方殼電芯上面做了比較多的功夫,而且也是非常值得跟蹤和關注的。我想分成三篇文章,分別從刀片式電芯、刀片式電芯成組和Pack方案,還有比亞迪的這套方案是否能承前啟後做一些推演。

1) 比亞迪的刀片式電芯

2018年和2019年比亞迪的動力電池裝機量分別為11.4GWh和10.8GWh,在補貼退坡以後,比亞迪在2019 年裝機量同比下降 5.7%,其中在客車和專用車用的鐵鋰這塊下降比較明顯,鐵鋰電池使用量從4.5GWh降低至2.8GWh,同比下降 37.3%。


從成本的角度考慮,比亞迪在原有的基礎上,比亞迪在電池尺寸上面做了更改,呈現「扁平」和「長條」形狀。由於這個事情是高度保密的,我們也無從得知產品細節,只能從公開的渠道來找,一個有價值的地方是專利渠道,由於很快要量產,比亞迪也需要在智慧財產權方面讓它得到保護。如下圖所示,在中國核心的關鍵專利能掛大領導的名字,一般是關鍵路徑。下面這三個專利就是這樣的,特別是兩個專利從申報到公開的時間特別短,也是比亞迪非常看中的核心專利希望得到保護的。

從第三個專利裡面,我們可以看到比亞迪的刀片電池是一種長電芯方案(基於方形鋁殼來做的電池),在比亞迪原有的電芯的尺寸基礎上(比亞迪之前在用的比較多的是173的和148的兩種),通過對電芯的厚度減薄,並增大電芯的長度,將電芯進行扁長化設計並且予以減薄設計。

2)比亞迪刀片電池的信息

我們從這個電芯來看,其實高度118是根據目前的正常的卷芯來做的,13.5的厚度其實比軟包的厚度也多不了多少。主要是從435mm到905mm,甚至更高到2500,這個電芯裡面是怎麼連接的呢?這裡其實有點類似於之前非常火熱的Combo,電芯包括一個很長的電池小「模組」,包括殼體和裡面的卷芯組件,包括多個極芯組,這些極芯可以做成串聯的,也可以做成並聯的。

在串聯的方案下,兩個相鄰的極芯組之間設置有隔板,將電芯的空間分隔成若干個容納腔,這些容納腔形成類似的蜂巢結構,並且具備密封和注液通道。

在串聯的結構裡面,一個電芯通過串聯連接形成了3.2V*3=9.6V的小模組。串聯設計的時候有好多的設計要點:

1)串聯設計中不同極芯組之間由於電壓不同,會導致鋁殼局部電位過低,極易導致鋰離子嵌入外殼內部,形成鋰鋁合金腐蝕鋁殼,在殼體與極芯組之間設置隔離膜,用於隔離電解液與殼體的接觸

2)不同極芯組內的電解液在連通的情形下,存在內部短路問題;不同的極芯組之間存在較高的電位差(LFP電位差大約為4.0~7.6V),電解液會因電位差較大導致分解,影響電池性能,所以設計了隔板

3)極芯連接件包括銅連接部和鋁連接部,銅和鋁對鋰有電位差,在銅連接部和鋁連接部的接觸的位置電解液接觸位置容易發生腐蝕,所以設計中採用了隔離板,並設置封裝結構將極芯連接件封裝在連接通孔內 由於做串聯搞起來容量做不大,這個估計在PHEV才有一些收益,加上比亞迪確實能把電壓做高,不局限於400V,所以電池容量能小一些。

並聯的結構更厲害,這是把電芯的單端出兩個Tap和雙側出Tap結合起來弄,這樣等於使用兩條串聯路徑來走,但是在一段進行串聯連接,這樣把電芯一個一個連接起來。這個電芯的細節還得消化一下,我相信我們能看到的第一版電芯就是這個,比上面的串聯更靠譜點,而且能把容量做大。

小結:我覺得比亞迪這次步子走的有點大,其實有點類似之前的Combo模組的概念,我覺得中國的兩家方殼電芯企業還真的腦洞很大,明天有空來探討下在這個刀片下的成組

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