动力锂电池如何匹配"新四化"
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动力锂电池如何匹配"新四化"

上海施努卡工业自动化有限公司 2022-03-14 9237 0


在中国汽车新“四化”(电动化、智能化、网联化、共享化)提出和发展的今天,高度溶合特征必然是未来发展的趋势。电动化的核心技术和零件,电池和集成技术如何更好适应和匹配“四化”进步,不仅需要电芯技术突破,更需要集成技术彰显其特性。俗话说“独木不成林”,歪解正看,这些年新能源发展进程中,已经充分印证了这一点,那就是,不可忽视的电池集成技术。

  动力电池集成迫切需要创新

  “电池作为动力源,切莫拖了新四化后腿。”这种告诫不是危言耸听。电动化作为新四化首位,电池不仅仅是电动化的核心技术,更重要的是,还有太多的问题没有解决好。“总理到访日本,看到了什么让他面色凝重?差距真这么大?”这是最近媒体高频率的一句话。尽管说的是燃料电池的事儿,但是,我们的锂离子电池差距呢!不可否认,在电池集成技术方面,还是有不小差距。从国外电池技术默默耕耘的这些年,“电芯技术看日韩,集成技术看欧美”,这句话不是空穴来风。技术方面,他们借助材料优势、整车集成优势和经验,应用于动力电池研发和应用。当然了,也不可否认国内水平的长足进步。标准的快速跟进和完善,就是典型的标志。我们的优势还是很明显的,可以利用拥有的市场拉动产业化(市场就在我们跟前);利用政策集中和统一,调配资源。但是,如何利用好优势和机会,快速迎头赶上,仍然需要加大“创新”力度。

  对电池集成的更高要求

  1.安全问题

  尽管马斯克在tesla车辆起火后总是抱怨:媒体为什么不关注传统燃油车的事故。但我仍然认为,用户是对的,客户的担心也是对的。我们的技术创新和进步,本来就是要解决用户担心的问题,让事故的比例小了再小。这是我们的责任。电池的安全问题,一方面从电芯内部本质突破,另一方面就是从“集成”技术寻求突破口。目前应用最多的监控技术、断电技术、熔断技术、热隔离技术,看来还挡不住tesla的火苗。仍需努力。

  摘自5月25日黑科技:“近日瑞士南部提契诺州的高速公路上,一名德国司机驾驶特斯拉ModelS撞上中央隔离带,随后车辆翻转并迅速起火,司机不幸被困在车内烧死。瑞士消防部门通过Facebook宣布,起火原因可能是车辆锂电池在剧烈碰撞之后发生了“热失控”。

  2.BMS管理技术

  很多时候,SOC的估算精度,没有太大的进步。仍然无法准确捕捉化学能工作中和静止状态的差异,不得不在电池充放电的头尾留出吸收容量偏差的余量,让电池成本白白浪费5~10%。国外产品,在这方面,做得比较细致,从leaf下限SOC16.35%工作状态标定值准确度可以看出,其背后是血淋淋的成本紧迫感。新四化推动下,BMS不仅仅是估算准确的问题,其管理功能、诊断功能、软件策略、硬件架构和集成化、模块化,都需要有创新和突破。

  3.电池系统轻量化

  电池的重量,历来是饱受诟病的,由来已久,都有些麻木了。感觉都是电芯惹的祸。但从近一段时间,工作交流或参数表中,当提出能量密度这个概念的时候,悄然发生了改变。不再是cell能量密度放首位了,而是在能量密度前面,重重的加了两个字“系统”。有人做过统计,电动汽车重量降低10%,对应续航里程可增加5.5%。在leaf2018款产品中,同样有轻量化的痕迹,“减轻了电池外壳的重量,减少了用来固定电池模块的螺钉的数量,并去掉了支架多余的壁厚,而且还减轻了电池模块的外装。”

  4.电池集成标准化进程

  电池的标准化,是降本最有效的办法。这个问题,在国内的有些厂家,早早看到了这个问题,并且已有标准模组产品诞生。但是,市场效益不是太好。究起原因,标准化在发展的初期,是需要依赖一定平台生存的。国内现状,就连最基础的电芯外形,还停留在多样化形态。尽管国内也有相关的标准,但是执行效果并不理想。个人认为,标准中太多的外形尺寸,过于兼顾多样化系统需求,等于没有标准。反观VDA单一方形外壳电池尺寸标准,为什么能获得众多电池企业认可?值得深思。电池的标准化,可以有力推动电池集成中的模块化发展。

  模块化“集成”技术创新发展

  1.模组的“新型模块化”趋势,横向“通用性”多平台应用

  模块化这个概念,并不是新名词,早在2012年大众的全新平台MMB/MQB/MLB中动力总成的模块化多品牌应用,就已经提出和尝到甜头:降低研发周期和风险,大幅降低车型上的冗余。其实,本身降低了成本增加了车辆的可靠性和安全性。

  在电池模组设计方面,大众采用了同样的思路:打造电池组模块化平台。也就是说,不需要每一款车型都去设计模组。“大众汽车集团负责研发的董事会成员诺萨(Heinz-JakobNeusser)向媒体透露:虽然电池车型号规格各异,但统一的电池单元可以采用不同的封装数量与方式,满足各类需求。集团的目标是通过简化电池单元设计降低电池成本66%。”这已经是几年前的事了,我们不去纠结这个目标是否已达到,但是,模块化思路是正确的。

  新型模块化,除了结构角度实现模块化,达到降本、增加可靠性为目的,更重要的是,需要在功能控制方面实现模块化。强调功能的独立性、完整性。例如,实现模块的终端采集、充放电管理、安全管理、热功能于一体。狭义的观点,蓄电池的电子部件除了采集、均衡功能,还需要拥有蓄电池管理模块BCU的功能。利用互联通讯,更有效的监管电池安全。

  模块化不仅仅实现了结构、功能的高度统一,同时,当模块变成“能量块”概念时,完全可以根据整车需求取舍电量大小。如果新四化车辆,配备的是灵活、安全、轻便的能量块,动力源将不再是备受关注的瓶颈问题。

  2、电芯连接技术革命,打通纵向“递次利用和回收价值链”

  电芯成组的连接,从最初的螺栓连接到现在的焊接工艺,优点方面,在稳定性、一致性、寿命得到了很大的提升,结构体积也变小了,内阻大幅降低,让电芯功率可以得到最大的释放。其缺点,是在锂离子电池特有的梯次利用和回收应用环节,造成了麻烦,增加了成本。焊接工艺,在生产前端,需要专用的设备、工装模具完成;后端的维护、梯次利用、终端拆解,也非常的不便。目前在递次利用环节,一般拆解到模组就结束了。递次利用并不彻底。所以,尽管焊接是现有电芯连接、成组的主要工艺,但是,从价值链条分析,焊接工艺只是单向的工艺,阻碍了锂离子电池的再利用。

  近几年,有些厂家在尝试新的连接技术。这种创新,是值得肯定的。把电芯随意组合,不仅仅是大大降本的问题,更重要的是促进了模组的模块化、标准化进程。也是符合新四化发展的思维。

  3、模块的电压标准化平台,开辟多用途

  新四化发展趋势,从共享角度广义的讲,同样适用于零件层面的需求。我们畅想一下,如果动力电池的模块,同样适用于将来车辆的48V低压平台;同样可以把乘用车退下来的72V模块应用于低速电动车等等,因为模块化的独立性和标准化,应用范围会大大增加。同时,也便于产品在安全等性能方面的深耕。实现动力电池模块化单元共享,开辟更多的应用领域。

  小结

  动力电池作为动力源,在技术进步认知方面,从最初“电芯是全部”,上升到PACK的系统集成设计理念。但是,随着退补的实施,面对固有的成本压力、安全可靠性,动力电池创新发展已迫在眉睫。同时,汽车新四化的提出,需要更好电池与之匹配需求。在电池创新的道路上,方式很多,同样需要借鉴传统车发展的思路;同样需要拓展新的创新思维。



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