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360Wh/kg 固态电芯,蔚来转向软包,回归模组方案
知化汽车 17天前

李斌在今天的 NIO Day 上宣布了两件重要的事:

  • 一是首款量产轿车 ET7 的发布, NEDC 续航达 1000km;
  • 二是发布了业内首个固态电池系统,150kWh 的包。

这应该是全球首个轿车电池电量达到 150kWh,得益于它所选择的固态电芯,根据发布会的信息,这款电芯的比能达到了 360Wh/kg,很显然这是款软包电芯。

我们知道,蔚来汽车一直选用的都是方形电芯,由宁德时代(和三星 SDI,早期方案)提供(模组),无论是 ES8、ES6 还是 EC6,无论是 70kWh、84kWh 还是 100kWh 的电池包,都是同样的外形尺寸与轮廓、接口,不同的内部设计,以实现同一个电池系统跨车型间的无差别换电。

到了 150Wh,它选择了软包的固态电池,在电池系统的集成上会有哪些变化?

在此之前,100kWh 的电池包采用了宁德时代的一代 CTP 技术,即钢带大模组的技术路线,共计 12 个模组,96 个三元高镍电芯组成。

这个时期,采用 CTP 技术,除了提升整包比能、降低成本之外,另一个很重要的因素在于蔚来汽车的电池包内部空间体积是一定的,要塞入更多的电芯、在质量比能受到限制(小于 300Wh/kg,如宁德时代的方形 NCM 811 180Ah,比能约为 245Wh/kg,如下图;软包另论)的情况下,只能减少其他零部件,以便挪出更多的空间来。这与特斯拉早期100kWh 的做法类似,在原有的模组内,塞入更多的电芯。

那么,当电芯的比能达到所需要的一个水平,如蔚来目前的 360Wh/kg,这个空间体积的限制就可以得到缓解,而且电芯又为软包形态,此时将回归到模组的技术路线上来。换句话说,软包提升了质量比能,但它需要额外的结构体(模组),所以,原 100kWh 的 CTP 方案中节省给电芯的空间,可以重新分配给模组使用。

可以简单的推算下,蔚来 100kWh 电池包所用的宁德电芯比能大约为 245Wh/kg,在整个 PACK 布置不变的情况下,将 CTP 更换为标准模组(仅举例,如 590 模组的形态),则 360/245=1.47,这样新包的电量大约为 147kWh,非常接近于 150kWh 了。

在前面的文章中我们有聊过,100kWh 的包基本可以看作是 MEB+宁德 CTP 的集合体,所以直接这样切换是可行的。但如果以 590 模组的形态来进行,有一个优点,一个问题。优点在于它可以做成模组一端出输出极(100kWh 电为两端输出极),这样可以进一步释放空间和减少重量;问题在于软包加了模组壳体后,增加的重量过大,很可能无法实现既定的比能,需要额外的轻量化设计。

蔚来还可以采用另外一种思路,即大模组的方案(如下图方案2),这个可以类似于 ER6 的模组形式,即模组纵向排布,大模组的方案也可以一端出输出极,但由于模组个数减少了,在壳体的增重上有大大减少,从而将整包比能维持在匹配 150kWh 的水平上,这个方案比能的实现上更容易。根据目前的了解,软包电芯的大模组技术走向,不少企业是按这个思路来进行的。

可以看出,电池系统集成技术一直以电芯为基础,以电池包的空间体积和质量为两个受限因素,进行最优化设计。在电芯受限的情况下,标准模组、大模组和 CTP 依次迭代;当电芯突破,这三个技术方案很可能会重新再走一变(因为比能上,软包电芯更容易实现。)。还是之前的观点,没有最好的方案,也并非要一味追新,适合自己的就是最好的。

最后再简单聊聊这个固态电芯,目前网传的电芯供应商为苏州清陶,也有传闻是宁德时代。我个人觉得这次依然并非是完全意义上的全固态电池,仍是为固液混合的半固态电池,至于技术路线,还不得而知,在 2018 年的某次会议上看到过这两家的技术路线,供参考。

至于比能上,全固态电池相对于现在的锂离子电池来说,将有一个倍数上的提升。

蔚来做了一个很好的探索,在可能率先突破的软包固态电池上,如何来进行设计。

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