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揭秘锂电圈热门的比亚迪刀片电池

来源:汽车电子设计 | 作者:admin | 分类:技术 | 时间:2020-01-16 | 浏览:39807
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锂电网讯:想写方壳电芯的市场情况,其实主要分为CATL、BYD和后面几家跟随的方壳锂电池企业,这个是节前要做的功课。但是这次比亚迪在方壳电芯上面做了比较多的功夫,而且也是非常值得跟踪和关注的。我想分成三篇文章,分别从刀片式电芯、刀片式电芯成组和PACK方案,还有比亚迪的这套方案是否能承前启后做一些推演。


1) 比亚迪的刀片式电芯

2018年和2019年比亚迪的动力电池装机量分别为11.4GWh和10.8GWh,在补贴退坡以后,比亚迪在2019 年装机量同比下降 5.7%,其中在客车和专用车用的铁锂这块下降比较明显,铁锂电池使用量从4.5GWh降低至2.8GWh,同比下降 37.3%。

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图1 比亚迪刀片电池概念

从成本的角度考虑,比亚迪在原有的基础上,比亚迪在电池尺寸上面做了更改,呈现“扁平”和“长条”形状。由于这个事情是高度保密的,我们也无从得知产品细节,只能从公开的渠道来找,一个有价值的地方是专利渠道,由于很快要量产,比亚迪也需要在知识产权方面让它得到保护。如下图所示,在中国核心的关键专利能挂大领导的名字,一般是关键路径。下面这三个专利就是这样的,特别是两个专利从申报到公开的时间特别短,也是比亚迪非常看中的核心专利希望得到保护的。

 表1 比亚迪的三个关键专利

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从第三个专利里面,我们可以看到比亚迪的刀片电池是一种长电芯方案(基于方形铝壳来做的电池),在比亚迪原有的电芯的尺寸基础上(比亚迪之前在用的比较多的是173的和148的两种),通过对电芯的厚度减薄,并增大电芯的长度,将电芯进行扁长化设计并且予以减薄设计。


2)比亚迪刀片电池的信息

我们从这个电芯来看,其实高度118是根据目前的正常的卷芯来做的,13.5的厚度其实比软包的厚度也多不了多少。主要是从435mm到905mm,甚至更高到2500,这个电芯里面是怎么连接的呢?这里其实有点类似于之前非常火热的Combo,电芯包括一个很长的电池小“模组”,包括壳体和里面的卷芯组件,包括多个极芯组,这些极芯可以做成串联的,也可以做成并联的。

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图2 刀片电芯的尺寸 

在串联的方案下,两个相邻的极芯组之间设置有隔板,将电芯的空间分隔成若干个容纳腔,这些容纳腔形成类似的蜂巢结构,并且具备密封和注液通道。

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图3 刀片电芯里面的结构


在串联的结构里面,一个电芯通过串联连接形成了3.2V*3=9.6V的小模组。串联设计的时候有好多的设计要点:

1)串联设计中不同极芯组之间由于电压不同,会导致铝壳局部电位过低,极易导致锂离子嵌入外壳内部,形成锂铝合金腐蚀铝壳,在壳体与极芯组之间设置隔离膜,用于隔离电解液与壳体的接触 

2)不同极芯组内的电解液在连通的情形下,存在内部短路问题;不同的极芯组之间存在较高的电位差(LFP电位差大约为4.0~7.6V),电解液会因电位差较大导致分解,影响电池性能,所以设计了隔板 

3)极芯连接件包括铜连接部和铝连接部,铜和铝对锂有电位差,在铜连接部和铝连接部的接触的位置电解液接触位置容易发生腐蚀,所以设计中采用了隔离板,并设置封装结构将极芯连接件封装在连接通孔内 由于做串联搞起来容量做不大,这个估计在PHEV才有一些收益,加上比亚迪确实能把电压做高,不局限于400V,所以电池容量能小一些。

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图4 串联的结构设计

并联的结构更厉害,这是把电芯的单端出两个Tap和双侧出Tap结合起来弄,这样等于使用两条串联路径来走,但是在一段进行串联连接,这样把电芯一个一个连接起来。这个电芯的细节还得消化一下,我相信我们能看到的第一版电芯就是这个,比上面的串联更靠谱点,而且能把容量做大。

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图5 并联的结构

小结:我觉得比亚迪这次步子走的有点大,其实有点类似之前的Combo模组的概念,我觉得中国的两家方壳锂电池企业还真的脑洞很大,明天有空来探讨下在这个刀片下的成组。

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