电池PACK技术现状及未来发展趋势

【关键信息】

体积利用率：

商用车可达到90%，麒麟电池和比亚迪CTB在60-80%，麒麟电池在乘用车方面是72%。

PACK能量密度：

三元电池255，比亚迪CTB 200，三元最多280，铁锂最多200。

C to C的问题：

（1）工艺装配问题；

（2）对电池的零部件的要求高，成本高；

（3）C to C维修的便利性和成本；

（4）商业模式、设计模式的挑战。

4680：

无模组设计方案，减少降低材料成本40%左右。成组效率，减少20-30%的成本。

圆柱形相对于方形而言，成本相对低一些，工艺比较成熟，产品一致性比较高。它的缺点是成组后散热设计难度大，能量密度相对低一些。

比亚迪e3.0：

比亚迪e3.0技术采用直冷直热的方式，热效率提高20%。

AB电池（两种材料扬长避短）：

电压窗口：钠离子的电压窗口是2.8~3.5，磷酸铁锂是2.0~3.8，三元的窗口是2.5~4.2。

寿命方面，磷酸铁锂循环寿命是8000圈，钠离子是2000圈钠离子低温性能好，磷酸铁锂高温性能好。

热管理：

目前来说对于电池包的一个热管理，实际分为风冷、液冷、直冷，冷媒冷却、热泵。大家走的比较多是热泵和液冷的方案，后期还有冷煤、直冷这块，这是将来的一个发展趋势。

在直冷方面，我感觉在乘用车上应该会推下去的。但是直冷目前来说还有一个技术难点，就是他在35度电以下的小电池包上，应用效果是非常好的，但如果要是在100多度的电以上的电池包上去完全采用这种直冷方式，对热管理这块是有缺陷的。

［Q&A］

Q C to P技术的应用？

A： 目前在商用车或乘用车领域，都有C to P、C to C技术的应用，即电芯直接到pack或者是电芯到车。目前C to P可以分成商用和乘用两个方面，目前商用车C to P的应用比较多，而且它的集成效率要比乘用车大得多。商用车和乘用车在结构上的一个不同，导致它的体积利用率可以达到90%。但是目前无论是麒麟电池，还是比亚迪的CTB结构，体积利用率实际上就是在60%~80%区间之内，体积利用率是跟结构有关的。像麒麟电池，在乘用车上的CTP技术，它的体积利用率也就是72%。

Q 三元电池能量密度？

A： 三元电池的一个pack，就是用CTP的技术，一个pack的集成，它的能量密度也就是255。实际上它能达到这样的一个能量密度，还跟其他的技术也有关。它从排气这块进行了一个空间的节省，同时它还有一个弹夹式的反面冷却的技术，所以它是综合了好多结构，把电芯直接到pack，来提升自己的一个体积利用率。

Q 比亚迪CTB能量密度、与麒麟相比？

A： 比亚迪的CTB技术不完全是C to P的技术，电芯到车身的体积利用率仅仅是66%，能量密度才达到了200，这是它跟CATL麒麟电池的一个劣势。在水冷热管理这一块，它实际上是采用了一个上层制冷水板的设计方案。比亚迪为什么能量密度和体积利用率比麒麟电池小？实际上它是从安全方面保留了一些电池包内的衡量的结构。材料体系没有多大的区别的，三元最多280，铁锂最多做到200。主要还是从结构上来提升体积利用率，从而提升能量密度。

Q 比亚迪安全方面与麒麟相比？

A：从安全方面来说，比亚迪的pack从结构、从震动甚至冲击载荷这块，从一些电池认证的实验结果来看，比麒麟电池要好一些，但是为什么大家没有去说这个事儿？中国标准和认证，只要你过了认证标准和相关项目，我就认为你过了。所以二者有这样的一个区别，比亚迪为什么保留衡量或者是它的安全性更好，因为他是一个车企，它能够把电池包pack的一些结构应用到车上，车身骨架可以做的弱一些，可以用电池pack来承担一些它的模态，实际上这是比亚迪所考虑的。

Q 宁德时代与比亚迪区别？

A：宁德时代单纯的它只是一个电池厂，它没有比亚迪这样的一个先天的优势，能够把车结合起来，这就是二者的一个区别，也是二者在设计理念上的一个不同。

Q 目前C to P企业各自优缺点？

A：目前C to P这一块，主要电池厂实际上已经很多了，有宁德、比亚迪、蜂巢、远景动力、捷威动力的，都在做C to P的。

在乘用车方面，其实他们都有各自的一些优缺点。像蜂巢的C to P这一块，单从成本来说，它要优于宁德时代。

远景之前走的是软包的一个技术路线，但是它现在也在往方壳和圆柱的路线过渡，但是目前来说它的成本要略微的要贵一些，原因是它的量还没有上来。

Q 蜂巢比宁德便宜的原因？

A：蜂巢供某一些企业的话，它要比宁德要便宜一些。主要原因是，一是它要挑战市场。二是它在工艺上要比宁德这块要简单一些。

Q 蜂巢和宁德工艺层面对比？？

A：工艺层面，在商用车C to P领域，宁德对每个小电芯进行胶粘。蜂巢走的是大模组胶粘，所以它从工艺这一块能省一部分成本，而且从后期维修这一块，蜂巢也要能省一些成本。C to P实际上并不完全的是电芯到pack，实际上也可以归为一个大模组到pack。宁德小电芯到pack，无非就是为了省空间，但是蜂巢它是属于大模组，牺牲了一点空间，但是它成本和工艺这块是相对有一些优势的。

Q 企业战略对比？

A：从企业的一个战略来说，因为宁德毕竟现在做的是很大。亿纬锂能、远景它们打成本战。

蜂巢，既有无模组方案，也有大模组方案，这就是它一个降本的手段。

捷威动力采用积木式的电池，是在大软包模组的一个概念，通过不同电池的一个厚度、长度、宽度，这样的一个尺寸比例来提高体积利用率，这样它也形成了这种C to P的一个技术。

远景，目前也在做C to P，有软包的方案，也有方形的，也有圆柱形的，但是它起步的比较晚，所以它的产品应该会滞后。目前来说软包有量产的，方壳的现在在样件阶段。

Q C to C现状？

A：像C to C是一个比较难的技术，维修方法和维修成本的问题。因为它是完全跟车去结合的。如何把电芯布在不同底盘上，它也是采用一种电芯胶粘上车的工艺。将来维修方法也是问题。

Q 特斯拉一体压铸技术？

A：一体压铸目前国内来说技术不是很成熟。废品率、合格率有一定的考验。因为之前我们做了一个一体压铸的电池pack下箱体，它的废品率是相当高的。成本目前在pack厂。C to C方案，一定是要电池厂跟整车厂联合来做，这是前提条件。

Q C to C技术难点？

A：（1）工艺装配问题。因为对于传统的车来说，现在基本上都是传统车和新能源共线的一个生产模式。那么C to C 这种技术一旦上来，那么我这种装配工艺怎么走？目前这样的一个量能不能支撑下去？实际上这也是主机厂甚至电池厂要面临的一个问题。

（2）对电池的零部件的要求高，成本高。因为电池本身pack是有密封要求的，基本上是IP68或者IP69的防尘防水要求，那么到车上怎么去密封？因为车一装起来，整个车身的框架焊接或是铆接都有一些工艺的变形，要如何控制？因为一旦有一些变形，就会对密封造成一定的困难。所以说对电池零部件要求要很高。要求高了，其实成本也就高了。零部件的采购成本，制造成本都会高。

（3）C to C维修的便利性和成本。如果是C to P就是电芯到pack，可以把pack拿下来，进行维修。但C to C不方便维修，而且即使是在举升架上，你把电池打开了，下箱机打开了，你怎么去维修？这都是将来这一种结构所面临的一些困难，所以有可能最后我们要更换很多，就单个进行更换会非常的难，有可能会走那种大模组到车。

（4）商业模式、设计模式的挑战。需要主机厂和电池厂联合起来做C to C的方案。在车型开发最前期，甚至在车型产品策划前期，电池厂就要介入车型的设计。需要主机厂将自己的车型规划和核心技术，释放给电池厂。现在电芯的规格也不一定能完全满足主机厂电池空间布置、性能等方面的需求，但这又存在一个问题，因为目前电芯的设计是完全掌握在电池厂的。那么电池厂能不能把电芯的技术释放给主机厂，这也将来是商业运营模式的一个突破点，这是从C to P过渡到C to C这样的一些思考。

Q 4680圆柱形方形对比？

A:4860采用圆柱形，国内如宁德主打方形。对比如下：

从安全性来看，方形和圆柱形安全性是一样的，基本上都是相对好一些的。从电池一致性这一块来说，圆柱形要比方形的好，因为它工艺相对比较成熟。从设计的灵活性来说，实际上方形要好，要比圆柱的好。循环寿命方面，方形的要比圆柱的好一些，充放电费率也好。成组效率方面，即体积利用率，二者是基本相当的。

Q 方形优缺点？

A：方壳的优点主要是它的封装比较好，可靠性比较高，安全性好一些，它的能量效率高，能量密度也比较高，结构相对简单，扩容也相对方便一些，这是它的优点。缺点方面，它型号比较多，由于国内在方形这块没有一个完全的标准，所以它型号比较多，工艺比较难统一，各家自己做自己的。第二就是生产自动化水平不高，这就导致了单体的差异性，一致性不是很好，存在系统寿命低于单体寿命的问题。

Q 圆柱形优缺点？

A：圆柱形相对于方形而言，它成本相对低一些，工艺比较成熟，产品一致性比较高。它的缺点是成组后散热设计难度大，能量密度相对低一些。

Q 4680的技术进步？

A：实际上4680出来之后，因为它走的是一个大圆柱形的，它的安时也都能做上来，它能量密度相对能提上来一些，而且4680这块，大圆柱电池对热管理的要求要降低了，能够克服圆柱的一些缺点。这就是为什么大家选择了4680这样的一个技术方案。

Q 为什么大家都走方形？

A：从我个人角度来说，我其实比较倾向于4680的圆柱技术。因为方壳，我个人推测是因为catl大家都走方壳了，catl这么大的一个量，不可能让它再去重新改变自己的生产工艺，重新建线，去生产圆柱，所以国内也就都走方形的技术路线。

Q 特斯拉走4680的原因？

A：它肯定是从布置或是从结构、维修、密封等方面，有自己的技术优势的。因为4680从制造端，是能够节省产品成本的。像电池设计，就电池C to C，电池设计这块，它实际上是采用了无模组的设计方案，能减少结构的复杂性和零部件的一个数量，就能降低材料成本40%左右。成组效率方面，相对来说，也基本上能减少20%~30%的成本。它唯一的缺点还是维修，这是它的一个弊端。

4680不仅仅是C to C的技术路线，它还有干法电极、高镍、高硅等综合的结构，最后能够造就一个长续航、快充和低成本的方案。

Q 4680散热问题？

A：其实它在结构上也有很大的一个改进。原先是蛇形底部的一个散热，现在是蛇形加三面的一个设计，可以围绕着圆柱进行一个散热，这对安全和对电芯的一致性都是有帮助的。另一方面，大家比较关注的是4680安不安全？目前来看，它从结构、热管理方面来说，它是安全的，因为它的散热面积增大了很多。

Q 比亚迪3.0技术？

A：从整车来看，它主要是采用了一个刀片、电池车身一体化设计，就是C to P 的一个设计方案，同时它采用了多合一的动力集成化的控制单元，有四驱和八百伏快充的架构。在高效方面，它现在说的是突破1000公里，实际上我们感觉是有一些水分的，因为它的1000公里肯定是最优的行驶工况。如果把它放在东北，或是放在寒冷的环境下，这个里程是会打折的，而且它的1000公里肯定是匀速的，匀速60公里的工况。目前我们是这样的一个推测。我们比较关注的是它的800伏的快充这块，我感觉是这还是走在了一个前列。它为啥能做到这样，跟它的热管理，电池pack的热管理有很大的关系，它采用了一个直冷直热的技术，把热效率大约提升了20%。这样就是间接地在省电了，能够降低能耗的损耗。这是它电池方面的技术。在智能化上他也有一些，因为智能化不是咱们今天关注的一个重点，就不细讲了，智能化其他的主机厂也都在做。这是对比亚迪3.0平台的优势比较。我们比较关注的就是它电驱升压的快充技术，和它极冷极热的一个技术。

Q BMS的应用？

A:BMS这块，目前大家还是采用菊花链的分布式应用方式，为什么采取这种方式呢？还是从成本方面来考虑。但是现在无论是商用车和乘用车都在走外部CAN和内部CAN通信的技术方案，这样能使得BMS的交互更准确一些，所以走CAN通信的技术方案。在无线BMS方面，我们是没有做这样的技术的。目前因为这个技术还不是相对成熟，会带来误传信息、信号干扰等负面问题。没有做过深研究如何推向市场。

Q AB电池是什么？将来面对的问题？

A：从材料体系来说，磷酸铁锂、三元钠离子等电池，甚至石墨烯电池，在寿命、能量密度、电压窗口等等，都有各自的优缺点。AB电池其实就是磷酸铁锂和三元结合，或是钠离子跟磷酸铁锂去结合，各自发挥各自的一个优缺点，然后扬长避短，这是它的设计理念。大家所关心的就是，你怎么去控制？我们对AB电池将要采取的技术路线，也做了一个分析。我们举了三个例子，就是钠离子磷酸铁锂和三元这三种材料去做AB的一个配方，钠离子的电压窗口是2.8~3.5V，磷酸铁锂是2.0~3.8V，三元的窗口是2.5~4.2V。他们的电压窗口都不一样，SOC算法怎么把电压窗口去识别或是归纳进来？像寿命方面，像磷酸铁锂循环寿命它是8000圈，钠离子是2000圈，我用磷酸铁锂的长寿命去抵消钠离子的短寿命，那随着电池的老化，它的老化规律又是啥样的？实际上这一块在行业上还没有摸清，尤其二者掺在一起，老化之后，电压平台是什么样的？寿命曲线是什么样的？实际上这也是将来ab电池是所要面临的一些问题，这是宁德时代推出来的，但是我个人感觉他还有很多问题没有解决。单一材料还有一些技术问题没有攻克，两个不一样体系的材料揉在一起，BMS是怎么去管？怎么能确保AB电池的寿命关系和老化问题，因为寿命是跟老化有很大关系的，跟安时容量也有很大关系，两种不同材料，它的安时容量曲线和寿命曲线都不一样，BMS该怎么去做？这肯定是一个难点。

Q 如果有了电芯的SOH的寿命模型的话，BMS是否能实现对两种体系电池的一个管理呢？

A：理论上是可以的，但是这是对于pack来说。但是pack上车之后怎么来应用？我举个例子，就是说功率。因为在极寒的情况下，钠离子的低温性能比较好，磷酸铁锂比较差，把这两个材料体系揉在一起，它就是为了解决低温的一个问题。因为钠离子的低温性好，磷酸铁锂低温性不好，那么我就要用钠离子去解决低温的问题。那么你是把低温问题解决了，说在零下20度SOC可以达到90%。

从整车需求来看，比如在20℃和零下20℃的功率需求都需要400干瓦的功率，需要多布置钠离子电芯来满足400千瓦，剩下铁锂就是摆设了，增加了整车成本。所以车上整车管理要多用电池才能满足不同温度下功率需求。其他还有快充的融合，快充钠离子是比较好的，磷酸铁锂是一般的。钠电和铁锂混用还有电池均衡的问题。

Q 4680在国内的话，还有特斯拉的进度？

A：这块我了解一些，因为4680在国内，像远景、catl他们也都在做，也都在做扩展，国外肯定是特斯拉在用。实际上国外商用车Scania也在用4680。

Q 之前有说特斯拉的焊接有问题，你有没有了解情况，他有没有解决这个问题？

A：焊接问题，之前确实是说它的成品率不高，但是后来他通过改变焊接工艺，把这个问题好像解决了不少。但是具体工艺怎么解决的，没有过多了解。

Q 4680的未来格局？会改变方形格局吗？

A： 4680有自己的一个优势，但是从国内来说，因为现在还是CATL独大，CATL最初走的就是方壳路线，已经铺了很多，再布局卷绕的4680圆柱工艺，是商业运营模式的问题了。从技术来说，个人比较推崇4680，但4680它不一定行。4680是比方壳要小很多，但是它到车上不一定比方壳要少。从电量来看，因为4680它是圆柱形的，车上边角可以排布，但是大方壳，到车上有可能有一个小的地方，根本就布不下一个电芯。所以你从整车布局这块，4680更具有一些便捷性，甚至它的电量会更高一些。这是从整车角度来分析。但是4680实在管理这一块，BMS管理这块，因为它毕竟电芯多了，像BMS管10个方壳和管100个圆柱，它的成本或者它的算法或者精确度都是不一样的。特斯拉是走的神经网络，跟国内不一样的，国内的SOC主要走的是安时积分算法。所以如果4680能走下去的话，因为还有46120等等，首先它得把BMS管理即算法和一致性方面要做好。

Q BMS应该由是车厂来解决这个问题吗？

A： BMS现在国内有两种形式。第一种模式，是电池pack和BMS打包供过来，如宁德时代。第二种模式，是主机厂自己做BMS，自己打包。第二种在乘用车上基本上是主流。第一种，在商用车上应用的比较多，因为BMS毕竟还是一个核心的东西，因为它跟整车的技术协议和通信是挂钩的。所以主机厂不想把核心信息释放给电池厂。但目前来看，实际上主机厂缺的是对电芯的一些技术掌握。有一些电性能、寿命怎么结合车去做，BMS管理等电芯数据主机厂是拿不到的，在电池厂手里，所以这一块也是主机厂做BMS受限的一个点，但是主机厂还不想把BMS拿出去。但是这两种方式其实都有弊端的。BMS的一些基本性能主机厂拿不到，车的一些应用工况，电池厂，就是BMS拿不到。所以这一块从产品开发来说是有弊端的，这就是一种商业模式导致的。如果将来主机厂去做电芯，我感觉这个问题会解决。

Q 未来热管理的发展方向？

A： 热管理对于电池来说还是很主要的。目前来说对于电池包的一个热管理，实际分为风冷、液冷、直冷，冷媒冷却、热泵。目前来说大家走的比较多是热泵和液冷的方案，后期还有冷煤、直冷这块，这是将来的一个发展趋势。

Q 冷煤直冷的技术弊端？

A： 在冷媒方面，它采用的是22134a这样的一个冷媒介质，它冷媒的低温性能是不好的，就是在零下15度，它的热效率下降是比较明显的。解决方法实际上也就是用PTC、液冷进行辅助来解决。

在直冷方面，我感觉在乘用车上应该会推下去的。但是直冷目前来说还有一个技术难点，就是他在35度电以下的小电池包上，应用效果是非常好的，但如果要是在100多度的电以上的电池包上去完全采用这种直冷方式，对热管理这块是有缺陷的。同时成本问题，现在用的相对少一些，零部件采购成本要高一些，将来如果大面积的普及下去，这个成本应该也会降下来。

审核编辑 ：李倩