CTB技术包含Cell创新技术、热管理技术、底部防护技术、粘接技术、堆叠技术、配电技术,弗迪电池CTB电池采用了基于蜂窝的“三明治”结构。
2022年11月16日,由盖世汽车主办,上海虹桥国际中央商务区管委会、上海闵行区人民政府指导,上海南虹桥投资开发(集团)有限公司协办的2022第二届汽车动力电池论坛上,弗迪电池PACK系统专家庄华博士介绍:弗迪电池CTB电池具有以下五点优势:
第一、刀片电池三明治结构在刚度上有天生优势,在设计简化的情况下可以获得70Hz以上的模态;第二、电芯上下胶粘,可提升整包刚度,与整车集成后有助于冲击力的分散;第三,电芯长宽比高,堆叠后提升整包强度,与整车集成后有助于冲击力的分散;第四,极柱侧出,极大化利用高度空间;第五,可实现电芯上下同时冷却/加热,优化效率与均温性。
庄华 博士 | 弗迪电池PACK系统专家
以下是演讲内容整理:
我今天主要从以下几个方面介绍:
第一,介绍弗迪电池的动力开发中心;第二,刀片电池系统的技术创新点;第三,弗迪电池在协同创新方面的工作。
弗迪电池的动力开发中心
首先,介绍一下弗迪电池的动力电池开发中心。2002年,我们启动了磷酸铁锂电池的开发项目;2008年是一个里程碑式的节点:磷酸铁锂电池在纯电和混动车上得到了应用;2011年,大巴用磷酸铁锂电池的第一条全自动化生产线投产;2015年,行业动力电池迎来爆发期,三元锂电池受到行业和政策的青睐;2016年,我们开始在三元锂电池领域的量产应用。
2020年,弗迪刀片电池正式发布,我们迎来了比亚迪汽车销量、弗迪电池销量的真正爆发期;2021年,我们成立重庆开发中心——重庆弗迪电池研究院。目前,弗迪电池研发人员共有3000多人,博士200多位,专利布局4000多个,从比亚迪集团公司规模来看,2022年应届生招收了2万多人,明年计划招3万人,2022年,比亚迪所有员工达到65万人,2023年计划达到90万人。
刀片电池系统的技术创新点
弗迪电池具备电池全生命周期的研发能力,建立了覆盖材料、电芯、电池包、设备工艺的整套产业链,我们也涉及锂矿资源,全面覆盖了从车到矿的全产业链,这也保障疫情期间的供应链安全。
技术创新是弗迪刀片电池系统进阶之路的最主要助力:2018年,弗迪电池采用的是传统电池包GP,其采用模组结构,体积利用率低,成本较高;2020 年,弗迪电池推出刀片电池CTP,采用无模组结构,将体积利用率提升了50%,成本同时降低了30%,2022年,升级为刀片电池CTB,采用车身集成化设计,将体积利用率提升了25%。
下图是CTB的电池包结构和电芯示意图,采用的技术主要包含Cell创新技术、热管理技术、粘接技术、堆叠技术、配电技术、底部防护技术、配电技术。
CTB电池采取基于蜂窝的“三明治”结构,利用多个刀片电池本身的结构强度进行堆叠,不仅可以起到承重的作用,也会降低整个车身的重量,显现出非常明显的成本优势,电池包拆卸和安装也是比较方便的,不是特别的复杂。
同时该结构具有超强的性能,并在电池包侧板做了加强,也将整车的其他零部件向底盘集成,从整车角度出发降低了噪音。
图片来源:弗迪电池
弗迪电池在协同创新方面的布局与进展
接下来是对弗迪电池在协同创新方面的工作进行介绍。
先说直冷直热技术,冷却效果好是其主要优势。当然,也存在一个问题,那就是:电池高度与冷却效果有一定的关系。电池太高,下面快速降温,上面仍然保持较高温度;电池太低,没有足够的空间布置更多电池,导致电量不足,电池包的尺寸需要同时从整车角度和pack角度来考虑设计。
同样的效果下,直冷比热冷的效果好很多,效率提升两倍以上,还可以将能耗降低。这是因为,传统水冷冷却的过程是:散热通过泵,把液体导过去,再空调/制冷的管道把水降温处理,技术原理上,空调冷却系统是通过水进行能量传递,相较于直冷多了一个传导过程,能耗较高,如果直接用直冷,直接用空调系统的冷酶介质,直接对电池进行散热,可以减少整体的功耗。
直冷直热技术还有一个比较好的优势:那就是可以去除原本水冷所需要的零部件,有助于车身轻量化、降低成本、提高效率。
第二个技术优势是弗迪电池CTB电池采用了基于蜂窝的“三明治”结构,具有以下五点优势:
第一、刀片电池三明治结构在刚度上有天生优势,在设计简化的情况下可以获得70Hz以上的模态;第二、电芯上下胶粘,可提升整包刚度,与整车集成后有助于冲击力的分散;第三,电芯长宽比高,堆叠后提升整包强度,与整车集成后有助于冲击力的分散;第四,极柱侧出,极大化利用高度空间;第五,可以实现电芯上下同时冷却/加热,优化效率与均温性。
最后是配电功能高集成的技术创新,我们用五合一高集成配电设计取代了传统配电设计,采用”功能集成”升级技术,可以兼顾功能、性能、经济的要求,具有以下四点具体优势:
1、物理集成度高,减少了元器件数量及之间的连接部件,体积利用率从20%提升至50%;
2、功能集成度高,具备高性能,满足大电流工况需求;3、高安全可靠性,在短路时可以被自动切断,具备长寿命的优势,短路切断后触点无粘连。4、低成本,实现降本30%以上。
瞄准集成化,是弗迪电池的发展方向,在通向集成化的道路上,我们持续深入了解行业整车的需求,并将需求精准地传递给上游材料及零部件供应商,同时,我们对材料进行自主研发,最终精确把握“什么样的材料用在什么样的电池上,什么样的电池用在什么样的车上”,弗迪电池的一路发展,实际上也是弗迪电池整个产业链的深度合作发展的一个过程。