2024年10月30日,由NE時代主辦,深圳科晶協辦的“2024第四屆xEV電池技術論壇暨第二屆固態電池技術產業大會”在上海嘉定順利開幕。在大會第一天,來自整車企業以及供應鏈多位專家分享了對未來動力電池快充發展方向及解決方案的看法。
01.新能源汽車長期看好,混動與純電電池方案重疊文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
如今新能源乘用車占比已經突破50%,與燃油車型形成分庭抗禮之勢。NE時代曾麗平預測預計到2030年,新能源汽車將突破2000萬輛。從市場分布來看,當前在A00和C級車領域新能源已經占據主流位置,這也是此前新能源市場長期呈現啞鈴狀后造成的結果。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
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曾麗平,NE時代CEO&研究院院長文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
未來A級和B級新能源市場的持續滲透將成為增長的關鍵。在這個過程中,混合動力將成為主要技術形態,這是因為相比純電,混合動力車型成本相對較低,更容易實現油電同價。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
蜂巢能源孫彩亮也持同樣觀點。在新能源總量方面,孫彩亮預測2026年達到62%,其中混合動力占比達到一半。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
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孫彩亮,蜂巢能源商品戰略規劃總經理文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
受混動車型的帶動,對電池的要求也會有所改變。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
首先是低成本的電池方案要求,數據顯示當前混動短續航電池均為磷酸鐵鋰,三元只用在長續航的混動車型中。未來,隨著磷酸鐵鋰方案的提升,孫彩亮認為三元只是在50度以上的混動車型中搭載,主要是出于能量密度和放電性能的考慮。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autosandian202411862.html
其次混動的電量也將持續提升,尤其是在增程車型中。因此會與純電車型出現重疊。蜂巢能源133Ah短刀電芯便是面向該領域,具備2.2C的快充性能,可以匹配45-55度電整車需求。
02.快充是核心看點
曾麗平認為雖然站在行業的角度,降本會持續存在。但新能源行業還在快速發展中,降本并不會影響阻礙行業向前進步。隨著市場的持續擴大,快充是電池發展一個重要的方向。
極氪王玉玲展示其金磚電池的快充性能。常溫情況下,10%-80%充電時間為10.5min,10%-100%充電時間為20min,最大充電倍率為5.5C。在環境溫度為-10度情況下,10%-80%充電時間為30min,低溫充電速度同樣優秀。
王玉玲,極氪智能科技電池研發部部長
深藍汽車楊輝前表示,當前已經進入3C/4C快充時代,未來將會有6C,甚至更高的快充電池推出,充電樁的建設速度也支持這一方向發展。孫彩亮也表示,隨著混動車型電量的不斷增加,未來快充也將在混動車型中實現應用。
楊輝前,深藍汽車科技有限公司電池開發副總工程師
03.如何做好快充電池安全
快充不可避免會增加熱失控的風險。根據ARC測試結果,4C電極反應的動力學過程更加劇烈,也就意味著一旦發生熱失控,單位時間內產生的熱量更大,對PACK的熱防護能力也就更高。
泛亞汽車吉英亮也指出當前電池熱失控存在的原因較為多樣,同時場景也不容易預判。在一定程度上增加了預防的難度。
吉英亮,泛亞汽車技術中心智電平臺電池開發負責人
一汽研發總院陳永勝表示,快充并不會降低行業對電池安全的要求。未來動力電池安全將從現階段的無熱擴散逐漸向零失控、零自燃的終極目標進化演變。但在當前,還是需要解決好無熱擴散的電池設計方案。
陳永勝,中國一汽研發總院新能源開發院電池系統設計主任
如何預防電池熱失控,防止熱擴散。參會嘉賓均表示需要從系統層面著手,分解到電芯、模組/模塊、電池包、整車、控制系統以及云端預警等方面。大的方面可以分為本征安全、被動安全和主動防護。整車企業在其中要起到高要求、高標準的推動作用。
電芯安全是最為基礎的本質安全要求。電芯安全需要從材料層面著手,選用熱穩定性高的正極、負極、電解液以及膈膜材料,并在制造過程中嚴格進行一致性管理控制,確保電芯生產的一致性。楊輝前重點提到了兩點,一是電芯材料禁止不同供應商混用,二是在制造過程中嚴格進行異物缺陷控制。數據顯示,當前異物雖然出現概率極小,但主要出現在兩端,后續也需要行業一同努力,尋找原因并共同解決。
在電池包方面,則要做好熱、氣、電氣的分割。極氪金磚電池中首次應用了冷相變技術,用于提升吸熱性能。一汽也提到了相變材料加隔熱材料組合的優勢。深藍則是采用自熔斷CCS避免短路風險。熱的方面則是加大散熱能力。一方面采用電芯大面散熱方案,另外水冷板材料也需要升級??v貫線李開泉帶來其6系復合層材料的水冷板方案便是為了應對快充帶來的快速散熱需求。6系復合材料主要是鎂和鋁復合而來,具有導熱系數高和輕量化的特點。
李開泉,宜賓縱貫線科技股份有限公司熱管理研究院院長
被動安全方面,則是通過電池包與整車安全共同實現。此外,電池包自身的物理防護也需要提升。猿金剛李武松帶來其樹枝狀高分子相關新材料,從材料層面著手提升電池包護板的各項強度,并且具備優異的防火性能。
李武松,深圳猿金剛新材料有限公司創始人兼董事長、總經理
主動安全則是通過端云一體的大數據算法方式做到及時預防,提前預警。
正如上述而言,熱失控發生原因多樣,雖然當前做了很多努力改進,但是依然無法保證100%不出現熱失控。因此,就需要考慮單個電芯如果出現熱失控,要確保電池包不出現熱擴散。
這也就意味著對應的電池結構要做好耐熱性能和阻熱性能。
當前電池護板、上蓋采用的鋼制結構,一是為了防腐需要電泳,二是考慮耐磨采用PVC。但二者均具備可燃性,即超過400度情況下,容易發生燃燒。當前采用云母用于隔熱,但云母并未一整張,在邊緣結合處火燒后容易發生位置改變,進而暴露結構件,造成熱擴散。母排則是要求在火燒之后依然保持絕緣性能,將傷害降到最低。即1200度火燒10分鐘以上,涂層不脫落、不開裂,耐壓3800V,漏電流不大于1mA。
佐敦是行業內首家在電池護板上應用噴涂工藝提升阻燃性的。其耐火隔熱粉末涂料解決方案可以實現1200度火燒30分鐘背面溫度依然低于400度的表現。黃揚表示,未來佐敦將會推出單涂方案作為目前三涂方案的降本解決方案。
黃揚,佐敦涂料行業經理
宜可居伍明帶來的是低溫噴涂方案,其固化溫度可以達到95度,遠低于行業的200度,因此可以用在熱敏性高的領域。
在母排方案中,其主要材料是有機硅和環氧樹脂,因此兼具低成本特性。其機理為有機硅在高溫分解是熔融為高溫粘合劑,與無機陶瓷材料二次形成陶瓷膜,達到耐燒的效果。在托盤領域,電池包發生熱失控時伴隨高溫和氣體流動環境,采用宜可居方案后可以背面溫度在低于400度的同時,涂層不開裂,并且依舊保持完整。
伍明,佛山宜可居新材料有限公司董事長
此外,電池包仿真和測試能力也同樣重要。以泛亞為例,采用了最為嚴苛的測試方法,即測試溫度45度以上,電池SOC為100%,同時增加約束結構實現類似整車橫梁的效果,以確保電池安全防護的提升。
本次泛亞和一汽均提到了噴淋防護技術。一汽透露該技術已經應用。即將尼龍水管至于電芯防爆閥位置,當發生單個電芯熱失控時液體也可以進準實現噴淋。
04.仿真、檢測技術很關鍵
零跑汽車李志詳細闡述了如何在電池系統全生命周期進行可靠性研究,即在電池系統在設計、生產、使用等不同階段,都要滿足產品預期的服役要求。這是一個系統化的工程,為此零跑汽車現已具備電-熱-化仿真能力,仿真的范圍可以覆蓋靜態載荷、振動耐久、電池機械安全、電流流道設計、熱管理性能、熱失控多體動力學。能夠進行故障機理分析、加速試驗驗證、壽命評估、功能驗證等多個方向,確??煽啃则炞C的準確性,以提升實際使用中產品穩定性體驗。不僅如此,零跑汽車還結合大數據對用戶使用行為進行分析研究,不斷優化評價體系,確保實際使用的可靠性。
李志,零跑汽車電池產品線電池仿真驗證部總監
泰克科技葉昊生詳細介紹了針對高電壓、大電流場景的檢測方案,EA-BT 20000 “單通道” 和 “三通道”電池測試系列解決方案。該方案應用于化成分容階段,有以下優勢,一是高達96%的能量回收效率,意味著可以大幅節省電力。數據顯示,單臺設備每年可節省電費57600元。另外是高效率,僅有4%的總功率轉換為廢熱,也就意味著可以采用風冷的散熱方案。設備空間需求也較小,一臺4U的機架式設備可提供 30 kW 的功率。通信速度可以達到1毫秒,并且單臺并聯、多臺串聯的多種組合方式。
葉昊生,泰克科技半導體資深行業開發專家
05.輕量化不可忽視
雖然當天論壇主題更多集中在快充解決方案,但降本和輕量化一直貫穿其中。當前輕量化已經不僅僅是整車任務,已經聚焦到電池包的輕量化,即在保證性能的情況下,實現電池包減重。大的解決方向有兩種,一是提高電芯能量密度,二是優化電池包結構設計方案。
眾森的解決方案是從結構件材料和工藝出發的,通過在復材與鋼材復合的方式替代純鋼材的應用,進而實現減重和降低成本。尤其是面向CTB技術方向。
第一種是通過材料減重。即單純改變復材的應用,用0.6mm的復材替代原來0.8mm的復材,整個結構還是四層,電泳層、鋼板層、電泳層和復材層。對比來看,0.6mm的復材能夠減重25%,但由于工藝的影響,滾筒剝離強度有所降低。第二種是通過表面處理優化。將電泳工藝升級為噴粉工藝,滾筒剝離強度有所提升,重要的是成本降低。第三種是在第二種的基礎上,將復材與鋼板的連接工藝由預浸料模壓工藝升級為纖維+樹脂的濕法模壓工藝,進一步實現成本降低。
目前眾森與宜可居聯合推出復材+噴涂的方案,在實現輕量化的同時,還可以提升防火、防腐特性,同時降低成本。
目前眾森的復材解決方案已經在箱體上蓋、托盤、CTB電池上蓋和電池底護板實現應用,,年產達到200萬件。
毛正秋,廣東眾森實業發展有限公司技術總監
博主現就職于深圳市鴻栢科技實業有限公司, 從事焊接設備營銷推廣及銷售工作15年,擁有豐富的行業經驗及資源,致力于中國汽車焊接設備營銷推廣,歡迎廣大汽車制造焊接工藝與車身新材料連接技術研究的朋友們一起探討新技術、新設備。??
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