放棄模組，將電芯一步到位集成到電池包會(huì)成為未來動(dòng)力電池技術(shù)的主流嗎？
在德國(guó)法蘭克福國(guó)際車展上，寧德時(shí)代推出了全新的CTP高集成動(dòng)力電池開發(fā)平臺(tái)（Cell To Pack），即電芯直接集成到電池包。
寧德時(shí)代稱，由于省去了電池模組組裝環(huán)節(jié)，較傳統(tǒng)電池包，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，電池包能量密度提升了10%-15%，將大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外電池企業(yè)和車企的電池包基本上都采用從單體——模組——電池包的成組方式，通過多層級(jí)的成組方式保障電池安全，但會(huì)犧牲電池包的空間利率和能量密度。
在此情況之外，電池企業(yè)也在積極探索新的技術(shù)方向，其中做大電芯和模組尺寸或者直接放棄模組獲得了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。目前有多家電池企業(yè)正在嘗試上述兩大方案。
而寧德時(shí)代此次展示的CTP為第二種方案，通過省去電池模組，直接將電芯集成到電池包，從而在提升電池包空間利用率、減輕電池包重量、提升能量密度和降成本等方面取得了積極成果。
優(yōu)化電池包整體性能
根據(jù)寧德時(shí)代的說法，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，電池包能量密度提升了10%-15%，將大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。目前，寧德時(shí)代已經(jīng)取得超70項(xiàng)CTP核心專利，預(yù)計(jì)后期還將有更多的新技術(shù)應(yīng)用在CTP電池包以保障產(chǎn)品安全。
在補(bǔ)貼退坡和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇等壓力下，當(dāng)前主機(jī)廠和電池廠都在通過改進(jìn)電池生產(chǎn)工藝、去除雜質(zhì)、尋找新材料等方式，提高電池包能量密度，同時(shí)追求更低的成本?？傮w而言該方法有積極作用，但優(yōu)化空間有限。
而寧德時(shí)代通過省略模組，直接將大量的電芯串并聯(lián)在一起，的確可以起到減少零部件使用，從而達(dá)到優(yōu)化空間利用率，減輕電池包重量，提升能量密度的效果。
“把電芯直接集成到電池包，省去電池模組，在技術(shù)角度沒有什么難度，也確實(shí)可以起到優(yōu)化空間利用率和提升能量密度的效果?！?國(guó)軒高科高級(jí)副總裁、工程研究總院常務(wù)副院長(zhǎng)徐興無指出，去掉模組是當(dāng)前動(dòng)力電池能量密度提升的有效路徑之一，此前也有電池企業(yè)在這方面進(jìn)行研究，總體來說實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度不大。
“我們正在和寧德時(shí)代開發(fā)這種無模組的電池包，準(zhǔn)備進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。”一位新能源乘用車主機(jī)廠高層對(duì)高工鋰電表示，寧德時(shí)代主要是從提升能量密度角度設(shè)計(jì)該方案，在提升能量密度和空間利用率方面確實(shí)有積極作用。
值得注意的是，除了寧德時(shí)代之外，蜂巢能源、比亞迪等電池企業(yè)也在研發(fā)CTP技術(shù)，技術(shù)路線與寧德時(shí)代相同，后期或?qū)⒂懈嚯姵仄髽I(yè)推出CTP電池包，從而成為行業(yè)的主流趨勢(shì)之一。
比亞迪在中期業(yè)績(jī)交流會(huì)上透露稱，公司將于明年5-6月推出全新一代磷酸鐵鋰電池，體積比能量增加50%，壽命長(zhǎng)達(dá)8年120萬公里，成本下降30%。搭載新電池，新車?yán)m(xù)航可達(dá)500-600km。
據(jù)了解，比亞迪所說的新一代磷酸鐵鋰電池就是采用去模組的方式，從而提升體積比能量和降低成本，提升能量密度。
產(chǎn)品性能還有待提升
眾所周知，電池模組結(jié)構(gòu)在電池PACK過程中起到電芯集成、支撐、固定和保護(hù)等作用，同時(shí)還要滿足完好固定電芯位置并保護(hù)其不發(fā)生有損性能的形變、滿足載流性能要求、滿足對(duì)電芯溫度的控制、遇到嚴(yán)重異常時(shí)及時(shí)斷電、避免熱失控的傳播等等功能。
當(dāng)前電池包基本上都采用多模組并聯(lián)模式PACK成電池包，當(dāng)模組中的電芯出現(xiàn)故障時(shí)不至于使整個(gè)電池包失效，在售后維護(hù)和梯次利用等方面也比較方便。而去掉模組直接將電芯串并聯(lián)在一起做成電池包，這意味著一旦有電芯出現(xiàn)問題將會(huì)對(duì)整個(gè)電池包產(chǎn)生影響，從而有可能降低電池包的可靠性。
業(yè)內(nèi)人士指出，CTP技術(shù)對(duì)電池企業(yè)和主機(jī)廠而言的要求都很高，主要存在以下幾個(gè)問題。
一是對(duì)電池產(chǎn)品的一致性要求非常高。把電芯直接做成電池包無疑會(huì)對(duì)電芯的質(zhì)量、良品率、一致性等方面提出更高的要求，從而對(duì)電池企業(yè)產(chǎn)生巨大的壓力，同時(shí)也使主機(jī)廠承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步提升。
當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)電池的產(chǎn)品質(zhì)量和良品率以及一致性跟日韓企業(yè)還存在較大差距，若采用激進(jìn)的PACK方案或?qū)⒃谖磥懋a(chǎn)生較大的風(fēng)險(xiǎn)。
二是維修難度大，不利于梯次利用。在傳統(tǒng)的電池成組方案中，一旦電芯出現(xiàn)安全問題可以直接將模組拆解下來進(jìn)行替換，從而不影響電池包的整體性能。但去掉模組之后一旦電芯出現(xiàn)問題，則會(huì)使電池包的維修難度大幅提升，甚至使整個(gè)電池包報(bào)廢，從而大大增加售后維護(hù)成本。
同時(shí)這種技術(shù)方案也不利于電池包的梯次利用，增加了主機(jī)廠的壓力，使得電池包的成本優(yōu)勢(shì)并不一定能夠在整車上體現(xiàn)出來。
三是削弱主機(jī)廠在電池供應(yīng)方面的主導(dǎo)權(quán)。當(dāng)前，為降低成本和提升競(jìng)爭(zhēng)力，越來越多主機(jī)廠逐步加強(qiáng)其在動(dòng)力電池領(lǐng)域的布局。除了自建電芯廠之外，更多主機(jī)廠開始自建或合資建設(shè)PACK廠，通過采購(gòu)?fù)獠侩娦?，?nèi)部自行總成的方式提升其在動(dòng)力電池供應(yīng)方面的主導(dǎo)權(quán)。
而將電芯直接做到電池包之后則意味著電池包的生產(chǎn)供應(yīng)將掌握在電池企業(yè)手中，導(dǎo)致主機(jī)廠只能依賴電池廠，從而削弱其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
此外，業(yè)內(nèi)人士還認(rèn)為，盡管去掉模組可以提升電池包空間利用率和能量密度，但也不能從根本上解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程焦慮問題。同時(shí)由于電池企業(yè)在制造工藝以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面的差異，CTP技術(shù)在提升空間利用率和能量密度方面的實(shí)際效果可能并沒有那么理想。
“寧德時(shí)代推出這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該已經(jīng)具備了使用的條件，我們正在跟它對(duì)接進(jìn)行前期的方案設(shè)計(jì)，后期會(huì)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證?！边@位主機(jī)廠高層表示，寧德時(shí)代的這個(gè)方案可以降低其電池制造成本，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但產(chǎn)品最終結(jié)果還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
