淺析2021年動力電池模組設計趨勢

淺析2021年動力電池模組設計趨勢

這幾天1000公里續航和快充的事情成為了行業爭論的焦點,但實際上根據目前的狀態,這類100kWh-150kWh的電池系統短期內並不會大規模往市場上推廣。2021年主要的趨勢是從原有的148mm寬度的電芯往220mm寬度的電芯來做,而60-62kWh的LFP電池降作為國內外基於590模組設計Pack的低端配置,這個可以作為PK大眾62kWh的低端解決方案值得我們關注。

62kWh的LFP方案

LFP電芯目前形成幾種規格體系,一個是原有173mm寬度的體系,主要用在電動大巴車上;然後就是基於148mm的電芯,這類電芯和目前148mm的177Ah往下來做形成130Ah左右的規格;而新的基於220mm的157Ah電芯作為新的系統方案確實是很有意思。對應的基於高電壓5系的電芯容量約242Ah。

三元往上做到約95kWh 1C按照1/3C來算大概就是100kWh;而LFP按照1C來算62.7kWh,按照1/3C大概在65kWh,目前就形成了這種用LFP電池主打低端,採用同樣尺寸規格的電芯,來做大模組以滿足不同車企的Pack尺寸的模式。

表1 現有的主要規格:

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從Pack的角度,如下圖所示,填充領域最多可以支撐6個雙模組+2個單模組的方案,最高支持120+以上的電芯做集成。

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圖1 LFP方案和三元方案的對比

需要注意的是這裏存在兩種變種——590雙模組和590長模組,這兩者的區別主要在於基於模組內電芯的數量有差異:

1)FPC採集,16個電芯採用兩根FPC;而32個電芯做了差異,採用4根FPC;

2)兩種模組都採用鋁排來進行連接,如下圖所示;

3)16個電芯取消了側板,而長模組則保持側板進行連接。

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圖2 改進型的590設計(雙拼)

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圖3 基於雙排電芯的長模組,數量可以達到32個

在特斯拉Model 3上採用的模組內嵌水冷板以後,在這種設計中也採取了模組集成水冷板的模式,如下圖所示。這種設計是在所有類型的電芯中得到應用了。

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圖4 大模組設計的內嵌水冷板設計

平台化低端LFP的滲透

從特斯拉開始大規模導入LFP以後,其實乘用車平台在Entry Level的LFP導入必然是一個趨勢,無非之前給的電池體積有限,限制了LFP最大支持的電芯電池能量。隨着車輛本身提供給電池系統的尺寸足夠,這個能量會進一步拉高往65kWh方向走。所以基於目前的情況來判斷:

1)導入平台化的企業,LFP電池在2021年6月份開始逐步導入,這個低成本方案是應對無補貼電動車的,由於電池的殼體比較大,在目前的方案下很難讓能量密度滿足要求,但是成本的優勢使得這種方案與基於補貼的三元方案差異並不大;

2)基於三元的方案,可以採用16個單排、32個雙排的模式,進一步增加集成度,從目前的集成情況來看,這種設計下,CTP對比並沒有明顯優勢,我相信這種設計的生命力是比較強的。

3)目前大模組方案,基本上把之前模組線和Pack線的自動化打斷了。32S的模組有117V,電量有28.4kWh,這基本就是一個小模組,在這個分支上可以衍生出把這個模組封成一個通用型小Pack的設計。

小結:目前看到的LFP方案,是基於主流尺寸做的。所以比亞迪所提的加入針刺實驗和把熱擴散時間增加到30分鐘,其實對於當下的LFP方案來看沒有差異。對於標準的嚴要求,可能進一步加速LFP的部署。

圖|網絡及相關截圖

作者簡介:朱玉龍,資深電動汽車三電系統和汽車電子工程師,著有《汽車電子硬件設計》。

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