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动力电池是圆是方,答案藏在《笑傲江湖》里

2022-11-22 来源:autocarweekly 浏览数:1

动力电池是电动汽车的命门,而动力电池的内部结构就像是买房子看户型一样,也经常被拿来比较。


3C家电领域几乎被圆柱形电池垄断,但汽车行业却并不是如此,宁德时代麒麟电池、比亚迪刀片电池、广汽埃安弹匣电池为代表的方形电池呼声更高。数据显示,方形电池在全球电池市场的份额从2021年第一季度的53.1%增加到2022年第一季度的63.6%。同期,圆柱形电池的份额从21.2%下降到15.6%。

单从数据看,圆柱形电池处于绝对劣势,方形电池才是未来。不过也有呼声说,随着特斯拉为代表的车企力推4680电池,未来局面会改变。果真如此吗?动力电池到底应是圆还是方?


一方一圆,各有所长


方形电池的优点是可塑性强,可以进行定制化。而且,因为可以像俄罗斯方块一样严丝合缝地填满电池包,它的空间利用率贼高。


但是,就像网购手工制品要比流水线产品多两三天,造电池也一样,因为标准化程度低,工艺很难达到统一,电池瑕疵风险也更高。同时,电池会由中心开始产生大量的热,方形电池体积大,电池内部发热部分距离壳体的距离长,使得散热变得困难。由此引发的并发症——单体热量分布不均的问题也越来越明显。

相对于方形电池,圆柱形电池标准化程度很有优势。最为知名的是松下的18650型电池,它采用成熟的卷绕工艺,自动化程度高,产品品质稳定,成本相对较低。


可问题是圆柱形电池组需要大量电池单体,由于一般采用钢壳封装,虽然安全性比较高,重量却也会因此而比较重,会使得锂电池包的比能量相对较低。特斯拉Model S的电池组就是由7000多颗18650锂电池组成,重量达到900kg,所以电池控制管理和重量都是问题。

18650电池是日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准性的锂离子电池型号,其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池


取长补短,不以为然


就像哪吒说的“我命由我不由天”,各厂家也没有屈服基因缺陷,通过各种操作,将“坏珠子”剔除,练大“好珠子”。


方形电池方面,有实力的车企选择自己造电池。比亚迪就是典型代表,得益于其纵向产业链的自主能力,自主研发的设备能够支持刀片电池快速、高质量生产。刀片电池散热采用冷媒直冷技术,直接将冷媒通入电池包进行冷却,相比液冷减少了一级能量交换,换热效率比液冷提升了20%。


特斯拉选择将圆柱形电池越做越大,相比18650,4680直径和高度增加,电池组中所需单个电池数量减少,并且4680搭配CTC(电池车身一体化技术)方案,即电芯直接集成到车身,因此电池包空间利用增大。综合多种技术手段,4680能量提升5倍,续航提升16%,输出功率提升6倍。

不过两种方案要说完全消除本身短板取各方之所长,也就太想当然了。


这就像《笑傲江湖》中剑宗和气宗的抉择。岳灵珊道:“最好是气功剑术,两者都是主。”岳不群怒道:“单是这句话,便已近魔道。两者都为主,那便是说两者都不是主。所谓‘纲举目张’,甚么是纲,甚么是目,务须分得清清楚楚。当年本门正邪之辨,曾闹得天覆地翻。你这句话如在三十年前说了出来,只怕过不了半天,便已身首异处了。”


这个故事告诉我们,不要妄想综合两者的优势,完全规避短板。


比如方形电池最佳的散热方式应该是在方形电芯中间设计水冷板夹层,但这又会牺牲空间,相当于削减优势。4680由于直径增加电芯内部散热难度增加,虽然4680打破传统电池一正一负两个极耳的模式,采用全极耳工艺,可缩短电子流通路径,直接减小电芯内阻与产热量,但依然非常考验车企BMS管理系统。


合适的,才是最好的


风清扬见到令狐冲时,看到了令狐冲学习石壁应付田伯光时表现出来的潜力,以及他实际武功水平后,不由得大骂:“岳不群那小子,当真是狗屁不通。你本是块大好的材料,却给他教得变成了蠢牛木马。”


风清扬传剑时,为令狐冲学习独孤九剑时的天赋而感叹不已,独孤九剑不拘于招式,随意挥洒攻敌破绽,仿佛就是为了潇洒不羁的令狐冲而生的。


练气需平心静气,摒除杂念,然而令狐冲率性而为、豪放不羁、不惧强横的性格并不适合以气为主的练武方式,而由于其洒脱不羁、智计百出、修习精妙奇幻的招式反而能取得更大的成就。造电动汽车也是一样,合适的才最好。


传统电动汽车上搭载的电池包,由电芯(Cell)组装成为模组(Module),再把模组安装电池包(Pack)里,形成了“电芯-模组-电池包”的三级装配模式,由于这种组合方式占用空间,为了追求高空间利用率,方形电池更有优势。


而在CTP(电芯直接集成为电池包)和CTC(电池车身一体化技术)推动下,由于释放了更多空间,加之圆柱对单个电芯的安全性更有保证,这种电池结构也大有可为,所以特斯拉4680电池配合CTC技术使用也就能理解了。


当然,这也不是绝对,比亚迪的刀片电池是一种长电芯方案,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和148的两种),通过对电芯的厚度减薄,电芯叠片工艺降低电池内阻,并增大电芯的长度,加之磷酸铁锂电芯安全性能本身较好,所以安全性有保证。不过这种电池已经超出我们传统理解的方形电池,它做了很多针对性改善工作。

除此外,电池行业还很受到政策环境的影响,在圆柱形电池市场被一些先来者垄断之后,后来者想要获得更多市场份额难度很高。战略层面的事情,今天暂且不做展开讨论。


总之,两种方案都有优势和短板,选择合适自己的才是最好,所以我们甚至能看到一些品牌在尝试不同模式的电池,这并不奇怪,也不是“偷天换日”。比如今年6月就爆出蔚来申请了圆柱形电池专利,增加电芯有效空间利用率。6月9日的蔚来一季报电话会上,李斌就表示,长期而言,电芯会采取外采和自供策略。2024年预计会在其面向大众市场的第二品牌上使用自产电池,可能就是这种圆柱形电池。


总结


动力电池决定着汽车的续航里程,所以各厂家都在想办法省空间,多搭载电池。因为它尺寸大,还会直接影响汽车车身结构,而且绝大部分电动汽车起火都和动力电池相关,所以电池安全设计非常重要。


方形电池因为空间利用率高、可定制化、扩容相对方便等优势,在新能源市场受到了很多关注,市场占有率越来越高。但要说圆柱形电池就此退出舞台也为时尚早,两种电池各有其优势,并且短期看,还没有什么方式能综合两种电池的优点。


要我说,选择哪种结构的电池不是最重要,选择或者设计出最合适车型特点的电池,并想办法弱化这种结构的缺点,这才是消费者最希望看到的。

 

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