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孚能科技：重新定義軟包電池系統(tǒng)

時間:2022-12-07 08:07來源:電動汽車觀察家 作者:王凌方
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一直以來，在中國軟包電芯都是相對邊緣的存在。
電芯體積小、成組效率低、制造難度大，成為中國車企選擇最少的電芯品種。
在寧德時代、比亞迪方形電池的大規(guī)模生產(chǎn)拉動下，方形電池一時風(fēng)頭無兩，軟包電池的市占率不斷降低，走向邊緣。
那么軟包電池的短板能否解決？
孚能科技給出了解決方案，其發(fā)布的SPS電池技術(shù)，新SPS軟包動力電池采用半固態(tài)+直接集成+冷卻板承載模式。
這一模式不僅將軟包電芯做大，而且以75%體積利用率更是超過了寧德時代的麒麟電池，并通過無模組技術(shù)和大電芯，將制造成本大幅降低，而且在熱管理和電池包厚度方面表現(xiàn)都頗為出眾。
01
體積利用率比方形、圓柱更高
在此之前，成組效率低，是車企和系統(tǒng)集成商常提到的軟包短板之一。
近幾年，在材料技術(shù)進展緩慢的情況下，車企和電池企業(yè)開始在電池包結(jié)構(gòu)上做文章，通過簡化結(jié)構(gòu)來提升電芯的占比，以提升電池能量密度。
在他們看來，無模組已經(jīng)成為發(fā)展的主流趨勢，而軟包結(jié)構(gòu)強度不足，因此模組就不能取消。雖然軟包電芯的能量密度不低，但是復(fù)雜的模組結(jié)構(gòu)稀釋了這一優(yōu)勢。
孚能科技解決了軟包成組難題，做成了無模組的軟包電池結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電芯與集成到PACK甚至汽車底盤集成的方式。
具體來看，孚能科技通過每片電芯下面墊著一塊鋁制金屬板，折起的部分高度應(yīng)該與電芯厚度相當(dāng)，起到電芯的支撐和隔熱的作用。
軟包電池也通過無模組的方式，使得電芯在電池包中的占比大幅提升，成組效率大幅提高。
孚能科技電池包體積利用率提升至75%，打破了寧德時代72%的紀(jì)錄。
體積利用率當(dāng)然也比4680表現(xiàn)更為出色。相比4680系統(tǒng)，SPS系統(tǒng)體積利用率高了12%。更重要的是SPS的循環(huán)壽命是4680系統(tǒng)的3倍。
對此，孚能科技董事長王瑀還舉了一個例子，孚能科技已有客戶，只要采用其最新的SPS的設(shè)計，電量直升30%。也就是說假如搭載的是三元電池的800公里車型，新系統(tǒng)可以做到1000公里；搭載磷酸鐵鋰的500公里車型，可以做到600~700公里。
至此，孚能科技的SPS電池系統(tǒng)已經(jīng)明顯超過了方形電池和4680電池系統(tǒng)的能量密度。
02
成本低、靈活性高
SPS電池包的另兩個優(yōu)勢是成本低和靈活性高。
（1）成本低
一直以來軟包電池因為采用鋁塑膜的封裝模式，可選供應(yīng)商有限，造成單位成本較高。
目前中國鋁塑膜市場主要由日本DNP、日本昭和、日本T&T、韓國栗村等海外企業(yè)主導(dǎo)，占據(jù)約70%的市場份額。國產(chǎn)鋁塑膜則在近兩年才逐漸開始批量應(yīng)用。
不過，國產(chǎn)鋁塑膜企業(yè)正在崛起，隨著市場規(guī)模的不斷提升和供應(yīng)商技術(shù)也在不斷提高，鋁塑膜的短板正在逐漸補強。
除了材料成本本身下降的趨勢，孚能科技通過設(shè)計和制造來進一步降低成本。具體來看，就是通過無模組技術(shù)、柔性生產(chǎn)等方式等方式降本。
首先，沒有模組并將電芯做大，零部件數(shù)量減少很多，孚能科技的生產(chǎn)成本也會大幅下降；
其次，電池包結(jié)構(gòu)的簡化也會節(jié)省一大筆材料成本；
第三，柔性化的產(chǎn)線帶來了一次性設(shè)備投資的減少；
第四，廠房面積減少，這是由于柔性化的產(chǎn)線，以及減少的零件數(shù)生產(chǎn)帶來的好處。
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王瑀曾經(jīng)在發(fā)布會上表示，使用SPS方案的話，電池技術(shù)的迭代將非常輕松，通過整車底盤共平臺設(shè)計，設(shè)計大幅簡化、投資明顯降低。
對整車企業(yè)客戶的好處是能夠縮短新車型的研發(fā)周期，在電芯、底盤等關(guān)鍵部件上通用性強，降低采購成本，有利于保障穩(wěn)定供應(yīng)。
（2）靈活性強
作為一款系統(tǒng)性設(shè)計的產(chǎn)品，孚能科技的SPS系統(tǒng)能夠同款底盤、一款電芯就可適配全系乘用車型。
具體做法就是，孚能科技可以通過調(diào)節(jié)臥式布置的大軟包電芯厚度，靈活調(diào)節(jié)PACK厚度，從而達到調(diào)節(jié)電池系統(tǒng)的底盤高度的作用。
同款底盤，大軟包系統(tǒng)的高度可以在85mm到145mm靈活調(diào)節(jié)，只需要對液冷板高度進行調(diào)整，通過搭載不同能量密度的大軟包電芯，讓電池系統(tǒng)擁有從80kWh到150kWh的不同容量，滿足從性能轎跑到城市皮卡的電動化需求。
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SPS的多種兼容包括同款電芯高度可調(diào)，同款底盤高度可變，為車企在多種車型的同平臺/架構(gòu)開發(fā)帶來便利性。
此外，孚能科技采用的是全極耳設(shè)計的電芯，電池的倍率性能會更高，電芯的損耗會更低，更適合于高倍率的充電。
當(dāng)然除了全極耳設(shè)計，還可以選擇各種出極耳的方向，例如上下出極耳，也可以側(cè)面出極耳，甚至四面出極耳。
這里與麒麟電池做個對比會發(fā)現(xiàn)兩者的相似點，都是可以包容不同材料體系的電芯，這得益于兩者都在電池的熱管理方面表現(xiàn)優(yōu)秀。
不過，麒麟電池采用的是方形電芯，雖然也可以作為標(biāo)準(zhǔn)電芯使用，但是底盤的高度靈活性稍顯不足。
孚能科技SPS的靈活性還體現(xiàn)在材料體系上，可以涵蓋磷酸鐵鋰、三元甚至鈉離子等多種材料。孚能科技可以根據(jù)客戶需求輕松更換材料體系。
03
NO-TP不輸麒麟電池，快充效果更佳
隨著無模組技術(shù)的普及，沒有模組的阻隔，電芯之間密度更高，熱失控的危害就更加明顯。也因此，電池企業(yè)將NO-TP（熱失控不擴散）作為了終極目標(biāo)。
其實早在2020年，孚能科技在廣汽Aion V項目運用的523體系已實現(xiàn)“永不起火”。此次在SPS系統(tǒng)上進一步升級了這一技術(shù)。
在SPS系統(tǒng)中，孚能科技對電芯上下、左右、側(cè)面都進行了防護，做到六面防護。同時液冷板又有專門的排氣通道，一個電池在實現(xiàn)熱失控的情況下，那么它自動排出，對周邊上下左右電池都不受到影響。
孚能科技采用立式液冷板，下圖中藍色部分應(yīng)該就是SPS電池包的液冷系統(tǒng)，這樣可以做到電芯兩面液冷，同時每片電芯下面墊著一塊鋁制金屬板，折起的部分高度應(yīng)該與電芯厚度相當(dāng)，也就是說底部和兩個側(cè)面鋁板起到了傳熱的作用。
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電芯兩側(cè)的液冷板也可作為結(jié)構(gòu)件起到結(jié)構(gòu)支撐作用。按照王瑀的說法，電芯周邊都是鋁箔、銅箔，如果需要，電芯可以做到四面冷卻。這樣SPS電池系統(tǒng)與其以前大模組模式相比，熱效率提升了4倍。
這個冷卻思路和寧德時代的麒麟電池有異曲同工之妙，都采用了立式液冷結(jié)構(gòu)，加大了冷卻面積。
此外，在低溫性能上，大軟包電芯的全極耳和疊片工藝，給電芯帶來更低內(nèi)阻和更好的低溫放電表現(xiàn)；液冷板和納米保溫材料的加入，均衡電池系統(tǒng)的內(nèi)部溫度；為了滿足極寒條件下的正常充電，SPS應(yīng)用了全新的低溫快速自加熱設(shè)計。
實驗數(shù)據(jù)顯示，在零下20攝氏度的環(huán)境中，SPS系統(tǒng)容量始終保持在90%以上，且充電時間縮短一半。
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這就為SPS系統(tǒng)的快充打下了基礎(chǔ)。根據(jù)孚能科技的數(shù)據(jù)，SPS系統(tǒng)具備從2.4C到5C甚至更高的充放電倍率。
熱管理離不開BMS的參與。SPS上使用了孚能科技研發(fā)的第三代BMS。第三代BMS擁有更好的芯片和人工智能，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。
回顧孚能科技三代BMS的發(fā)展，其算法和智能化程度都在迭代優(yōu)化。
第一代BMS通過硬件及常規(guī)算法進行電池保護；第二代BMS的軟件實現(xiàn)了SOX等算法的自學(xué)習(xí)特性，能自動制定電池策略，提升安全性和續(xù)航里程，并可通過FOTA實現(xiàn)升級；第三代BMS的核心是云地結(jié)合大數(shù)據(jù)，可以依據(jù)實時大數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)安全保護、個性化駕駛等性能提升，并實現(xiàn)無縫更新模型。
根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前孚能科技BMS所監(jiān)控車輛的總行駛里程接近50億公里，可繞地球赤道超過125,000圈。
除了防護，孚能科技從電池本征特點著手，向固態(tài)電池發(fā)展，因為有機電解液被認(rèn)為是電池?zé)崾Э氐?ldquo;罪魁禍?zhǔn)?rdquo;。孚能科技目前研發(fā)的半固態(tài)電池，減少了電解液的比例，有效提升了安全性，單個的半固態(tài)電芯可以做到熱失控時不冒煙，且溫度可控制在45攝氏度，甚至可以拿在手里。
04
電池回收更便捷
有責(zé)任感的企業(yè)，必然會考慮電池的回收問題。
尤其在原材料上漲的大背景下，電池材料回收已經(jīng)具備經(jīng)濟性和環(huán)境效益。
孚能科技可為電池全生命周期提供閉環(huán)的電池回收技術(shù)。
孚能科技歷時10余年開發(fā)和驗證了鋰電池的直接回收技術(shù)，可保留正極材料的晶體結(jié)構(gòu)并再次利用，進一步降低成本和能耗，并將材料利用率提升至99%以上。
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根據(jù)美國第三方實驗室數(shù)據(jù)，摻入25%直接回收的正極材料制成的電芯與全新正極材料制成的電芯，在性能表現(xiàn)上無明顯差異。
如果孚能科技能夠有效回收電池，那么整體材料成本有望繼續(xù)下降，同時也為降碳減排做出貢獻。
05
方形電芯靠向軟包
雖然軟包電池在國內(nèi)的比例一直不高，但其實方形電池在設(shè)計形態(tài)上都在不斷接近軟包，向長薄化發(fā)展。典型代表就是比亞迪的刀片電池和蜂巢能源的短刀片。
例如，比亞迪刀片電池的電芯較傳統(tǒng)電芯，長度明顯提升，同時厚度也變?yōu)閭鹘y(tǒng)電芯的五分之一左右。
尤其在比亞迪DMI車型上，刀片電芯內(nèi)部采用了鋁塑膜，已經(jīng)是典型的軟包電芯了，只是外面再加上鋁制殼體。
可以說，方形電池從形態(tài)上越來越接近軟包電池。
從工藝方面來說，軟包電池的疊片工藝應(yīng)用更普遍，且工藝成熟度更高；方形電池企業(yè)是在近幾年才開始應(yīng)用，在工藝成熟度上或許還不如軟包電池企業(yè)。
由此可以看到，雖然軟包電池實際份額并不高，但是其技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模遠高于市場占比，而隨著半固態(tài)電池進入應(yīng)用階段，以及固態(tài)電池方向的發(fā)展，軟包工藝優(yōu)勢將更加明顯。畢竟固態(tài)電池用軟包可以有效提升能量密度和降低成本，而且循環(huán)更好。
孚能科技SPS技術(shù)讓業(yè)內(nèi)看到了軟包電池的更多可能性。此次技術(shù)進步或許能夠?qū)④洶姵兀瑥膭恿﹄姵氐倪吘壖夹g(shù)拉回主流。孚能科技的SPS系統(tǒng)將成為寧德時代麒麟電池的有力競爭者。
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 軟包電池 孚能科技
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