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努力達成更長續航里程,淺析汽車動力電池佈局結構發展趨勢

動力電池作為新能源汽車的儲能裝置,其為滿足更高的能量密度目前已在傳統電池佈局之上拓展出了多種全新電池佈局結構,今天作者就為大家細數我們即將看到的整車動力電池佈局結構之趨勢。

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傳統電池結構

為實現電芯之間的串聯與並聯,“電芯——模組——電池包”的排布與包裝工藝應運而生。以一塊由96個電芯組成的傳統電池包為例,該動力電池包的內部就被分為了8個模組,每個模組則有12塊電芯。

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不過,這種傳統的電池佈局往往會因一定數量的附件侵佔一定的電池排布空間,能量密度受到物理空間侷限。要知道,能量密度和續航里程是有著緊密聯絡的。而如果要採用粗暴擴容電芯的方案,除底盤空間不能實現外,成本與安全也是不容忽視的技術瓶頸。

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CTP路線得到發展

目前,在電芯的材料得到突破性進展前,改變電芯的空間佈局是最兼具成本、安全與續航的方案,因此CTP(cell to pack,取消模組)路線成為了各家新一代電池的主流之選,意在提升物理空間利用率。目前,關於電芯的空間佈局有兩種主流方案:

大模組方案

大模組方案,顧名思義是將曾經電池中的多個小模組實現整合,最終形成幾個大模組佈局於pack包之中。基於這種佈局方法制造的動力電池典型代表作就是 Model 3,其具備4個模組,分別為2個大模組和2個小模組。

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這類動力CTP電池僅外部結構發生變化,但是電芯的外形與市面上一般常見的電芯相比沒有明顯差異。當然,為進一步滿足電池的能量密度,該類CTP電芯較傳統版本會做出擴容。

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疊(刀)片方案

該類CTP電池可基於磷酸鐵鋰、三元鋰以及無鈷鋰等材料打造,除電池結構外電芯的造型變化也很大——薄而長,故取名疊(刀)片電池。

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之所以能採用疊(刀)片造型,這主要歸咎於製作動力電池過程中選取了“疊工藝”。這種工藝不同於卷繞,其將正極、負極切成小尺寸薄片與隔離膜(隔膜)疊合構成小電芯單體,然後將小電芯單體繼續疊放並聯,最終實現一個大電芯。

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卷繞工藝

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疊工藝

疊(刀)片電池由於其造型特點,讓其在托盤上可嵌入刀片數目相對更多,且加之疊工藝使電芯內部空間利用率更好,最終pack包整體的能量密度也就達成了更高成就。當然,尺寸的靈活多變同樣是其優勢之一。其實,疊工藝還適用於另一種動力電池——軟包電池。

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未來趨勢——進一步整合

電池的物理佈局方案目前依然在持續的整合化過程中。未來,電芯或將直接整合在整車底盤之上,徹底取消模組與pack——CTC(cell to chassis)。

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理論上,CTC的乘坐空間更大,底盤透過性也會更好。在續航方面,由於進一步省去了pack,從而使電池能量密度再次拉昇,整車的續航里程也會進一步增加。目前來看,各動力電池公司已著手研發,努力促進車輛底盤與電池佈局的融合,預計2025年後落地,令人期待。

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最後

事實上,電動汽車的續航焦慮一直以來都是各動力電池公司以及整車公司攻堅克難的主要難題,在材料的發展處於瓶頸期的現在,更優的辦法則是認真從電池結構的物理佈局入手,儘可能的在安全、成本的前提下,保證電動車更遠的旅程。

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注:部分圖自網路

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