分析:動力電池集成,如何匹配“新四化”

在中國汽車新“四化”(電動化、智能化、網聯化、共享化)提出和發展的今天,高度溶合特徵必然是未來發展的趨勢。電動化的核心技術和零件,電池和集成技術如何更好適應和匹配“四化”進步,不僅需要電芯技術突破,更需要集成技術彰顯其特性。俗話說“獨木不成林”,歪解正看,這些年新能源發展進程中,已經充分印證了這一點,哪就是,不可忽視的電池集成技術。

動力電池集成迫切需要創新

“電池作為動力源,切莫拖了新四化後腿。”這種告誡不是危言聳聽。電動化作為新四化首位,電池不僅僅是電動化的核心技術,更重要的是,還有太多的問題沒有解決好。 “總理到訪日本,看到了什麼讓他面色凝重?差距真這麼大?”這是最近媒體高頻率的一句話。儘管說的是燃料電池的事兒,但是,我們的鋰離子電池差距呢!不可否認,在電池集成技術方面,還是有不小差距。從國外電池技術默默耕耘的這些年,“電芯技術看日韓,集成技術看歐美”,這句話不是空穴來風。技術方面,他們藉助材料優勢、整車集成優勢和經驗,應用於動力電池研發和應用。當然了,也不可否認國內水平的長足進步。標準的快速跟進和完善,就是典型的標誌。我們的優勢還是很明顯的,可以利用擁有的市場拉動產業化(市場就在我們跟前);利用政策集中和統一,調配資源。但是,如何利用好優勢和機會,快速迎頭趕上,仍然需要加大“創新”力度。

分析:動力電池集成,如何匹配“新四化”

對電池集成的更高要求

1. 安全問題

儘管馬斯克在tesla車輛起火後總是抱怨:媒體為什麼不關注傳統燃油車的事故。但我仍然認為,用戶是對的,客戶的擔心也是對的。我們的技術創新和進步,本來就是要解決用戶擔心的問題,讓事故的比例小了再小。這是我們的責任。電池的安全問題,一方面從電芯內部本質突破,另一方面就是從“集成”技術尋求突破口。目前應用最多的監控技術、斷電技術、熔斷技術、熱隔離技術,看來還擋不住tesla的火苗。仍需努力。

分析:動力電池集成,如何匹配“新四化”

摘自5月25日黑科技:“近日瑞士南部提契諾州的高速公路上,一名德國司機駕駛特斯拉Model S撞上中央隔離帶,隨後車輛翻轉並迅速起火,司機不幸被困在車內燒死。瑞士消防部門通過Facebook宣佈,起火原因可能是車輛鋰電池在劇烈碰撞之後發生了“熱失控”。

2. BMS 管理技術

很多時候, SOC 的估算精度,沒有太大的進步。仍然無法準確捕捉化學能工作中和靜止狀態的差異,不得不在電池充放電的頭尾留出吸收容量偏差的餘量,讓電池成本白白浪費5~10%。國外產品,在這方面,做得比較細緻,從leaf下限 SOC 16.35% 工作狀態標定值準確度可以看出,其背後是血淋淋的成本緊迫感。新四化推動下,BMS 不僅僅是估算準確的問題,其管理功能、診斷功能、軟件策略、硬件架構和集成化、模塊化,都需要有創新和突破。

3. 電池系統輕量化

電池的重量,歷來是飽受詬病的,由來已久,都有些麻木了。感覺都是電芯惹的禍。但從近一段時間,工作交流或參數表中,當提出能量密度這個概念的時候,悄然發生了改變。不再是cell能量密度放首位了,而是在能量密度前面,重重的加了兩個字“系統”。有人做過統計,電動汽車重量降低10%,對應續航里程可增加5.5%。在leaf 2018款產品中,同樣有輕量化的痕跡,“減輕了電池外殼的重量,減少了用來固定電池模塊的螺釘的數量,並去掉了支架多餘的壁厚,而且還減輕了電池模塊的外裝。”

4.電池集成標準化進程

電池的標準化,是降本最有效的辦法。這個問題,在國內的有些廠家,早早看到了這個問題,並且已有標準模組產品誕生。但是,市場效益不是太好。究起原因,標準化在發展的初期,是需要依賴一定平臺生存的。國內現狀,就連最基礎的電芯外形,還停留在多樣化形態。儘管國內也有相關的標準,但是執行效果並不理想。個人認為,標準中太多的外形尺寸,過於兼顧多樣化系統需求,等於沒有標準。反觀VDA單一方形外殼電池尺寸標準,為什麼能獲得眾多電池企業認可?值得深思。電池的標準化,可以有力推動電池集成中的模塊化發展。

模塊化“集成”技術創新發展

1. 模組的“新型模塊化”趨勢, 橫向“通用性”多平臺應用

模塊化這個概念,並不是新名詞,早在2012年大眾的全新平臺MMB/MQB/MLB中動力總成的模塊化多品牌應用,就已經提出和嚐到甜頭:降低研發週期和風險,大幅降低車型上的冗餘。其實,本身降低了成本增加了車輛的可靠性和安全性。

分析:動力電池集成,如何匹配“新四化”

在電池模組設計方面,大眾採用了同樣的思路:打造電池組模塊化平臺。也就是說,不需要每一款車型都去設計模組。“大眾汽車集團負責研發的董事會成員諾薩(Heinz-Jakob Neusser)向媒體透露:雖然電池車型號規格各異,但統一的電池單元可以採用不同的封裝數量與方式,滿足各類需求。集團的目標是通過簡化電池單元設計降低電池成本66%。”這已經是幾年前的事了,我們不去糾結這個目標是否已達到,但是,模塊化思路是正確的。

新型模塊化,除了結構角度實現模塊化,達到降本、增加可靠性為目的,更重要的是,需要在功能控制方面實現模塊化。強調功能的獨立性、完整性。例如,實現模塊的終端採集、充放電管理、安全管理、熱功能於一體。狹義的觀點,蓄電池的電子部件除了採集、均衡功能,還需要擁有蓄電池管理模塊BCU的功能。利用互聯通訊,更有效的監管電池安全。

模塊化不僅僅實現了結構、功能的高度統一,同時,當模塊變成“能量塊”概念時,完全可以根據整車需求取捨電量大小。如果新四化車輛,配備的是靈活、安全、輕便的能量塊,動力源將不再是備受關注的瓶頸問題。

2、電芯連接技術革命,打通縱向“遞次利用和回收價值鏈”

電芯成組的連接,從最初的螺栓連接到現在的焊接工藝,優點方面,在穩定性、一致性、壽命得到了很大的提升,結構體積也變小了,內阻大幅降低,讓電芯功率可以得到最大的釋放。其缺點,是在鋰離子電池特有的梯次利用和回收應用環節,造成了麻煩,增加了成本。焊接工藝,在生產前端,需要專用的設備、工裝模具完成;後端的維護、梯次利用、終端拆解,也非常的不便。目前在遞次利用環節,一般拆解到模組就結束了。遞次利用並不徹底。所以,儘管焊接是現有電芯連接、成組的主要工藝,但是,從價值鏈條分析,焊接工藝只是單向的工藝,阻礙了鋰離子電池的再利用。

近幾年,有些廠家在嘗試新的連接技術。這種創新,是值得肯定的。把電芯隨意組合,不僅僅是大大降本的問題,更重要的是促進了模組的模塊化、標準化進程。也是符合新四化發展的思維。

3、模塊的電壓標準化平臺,開闢多用途

新四化發展趨勢,從共享角度廣義的講,同樣適用於零件層面的需求。我們暢想一下,如果動力電池的模塊,同樣適用於將來車輛的48V低壓平臺;同樣可以把乘用車退下來的72V模塊應用於低速電動車等等,因為模塊化的獨立性和標準化,應用範圍會大大增加。同時,也便於產品在安全等性能方面的深耕。實現動力電池模塊化單元共享,開闢更多的應用領域。

小結

動力電池作為動力源,在技術進步認知方面,從最初“電芯是全部”,上升到PACK的系統集成設計理念。但是,隨著退補的實施,面對固有的成本壓力、安全可靠性,動力電池創新發展已迫在眉睫。同時,汽車新四化的提出,需要更好電池與之匹配需求。在電池創新的道路上,方式很多,同樣需要借鑑傳統車發展的思路;同樣需要拓展新的創新思維。

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