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【总工札记】比亚迪刀片电池解析
比亚迪| 刀片式电芯 文章来源自:高工锂电网
2020-01-17 09:06:21 阅读:12167
摘要在比亚迪原有的电芯的尺寸基础上,该芯通过减薄厚度,增大长度,将电芯进行扁长化设计并且予以减薄设计。

【文/汽车电子设计  朱玉龙】基于比亚迪方壳电芯的热度,从刀片式电芯、刀片式电芯成组和Pack方案,以及比亚迪的这套方案是否能承前启后做一些推演的角度分成三篇文章进行分析解读,本文将首先从刀片式电芯这个方向展开。

1)比亚迪的刀片式电芯

2018年和2019年比亚迪的动力电池装机量分别为11.4GWh和10.8GWh。

在补贴退坡以后,比亚迪在2019 年装机量同比下降 5.7%,其中在客车和专用车用的铁锂下降比较明显,铁锂电池使用量从4.5GWh降低至2.8GWh,同比下降 37.3%。

图1 比亚迪刀片电池概念

从成本的角度考虑,比亚迪在原有的基础上,对电池尺寸做了更改,呈现“扁平”和“长条”形状。由于这项技术的高度保密性,外界获取信息的渠道只有专利渠道,其原因也是因为比亚迪自身对知识产权的重视。

正如下图所示,在中国的核心关键专利均由专利关键人所署名,一般是关键路径。下面这三个专利就是这样的,特别是两个专利从申报到公开的时间特别短,也是比亚迪非常看中的核心专利希望得到保护的。

表1 比亚迪的三个关键专利

从第三个专利里面,我们可以看到比亚迪的刀片电池是一种长电芯方案(基于方形铝壳来做的电池),在比亚迪原有的电芯的尺寸基础上(比亚迪之前在用的比较多的是173的和148的两种),通过减薄电芯的厚度,增大电芯的长度,将电芯进行扁长化设计并且予以减薄设计。

2)比亚迪刀片电池的信息

从以下电芯可见,高度118其实是根据目前的正常的卷芯来做的,13.5的厚度与软包电池厚度所差无几。

主要是从435mm到905mm,甚至更高到2500,这个电芯内部的连接方式是怎样的呢?这里其实有点类似于之前非常火热的Combo,电芯包括一个很长的电池小“模组”,包括壳体和里面的卷芯组件、多个极芯组等,这些极芯可以做成串联的,也可以做成并联的。

图2 刀片电芯的尺寸

在串联的方案下,两个相邻的极芯组之间设置有隔板,将电芯的空间分隔成若干个容纳腔,这些容纳腔形成类似的蜂巢结构,并且具备密封和注液通道。

图3 刀片电芯里面的结构

在串联的结构里面,一个电芯通过串联连接形成了3.2V*3=9.6V的小模组。串联设计的时候有好多的设计要点:

1)串联设计中不同极芯组之间由于电压不同,会导致铝壳局部电位过低,极易导致锂离子嵌入外壳内部,形成锂铝合金腐蚀铝壳,在壳体与极芯组之间设置隔离膜,用于隔离电解液与壳体的接触。

2)不同极芯组内的电解液在连通的情形下,存在内部短路问题,不同的极芯组之间存在较高的电位差(LFP电位差大约为4.0——7.6V),电解液会因电位差较大导致分解,影响电池性能,所以设计了隔板。

3)极芯连接件包括铜连接部和铝连接部,铜和铝对锂有电位差,在铜连接部和铝连接部的接触的位置电解液接触位置容易发生腐蚀,所以设计中采用了隔离板,并设置封装结构将极芯连接件封装在连接通孔内。

由于电芯串联导致电池容量不大,估计在PHEV才会产生一些收益,加上比亚迪确实能把电压做高,不局限于400V,所以电池容量能小一些。

图4 串联的结构设计

并联的结构更厉害,主要是把电芯单端出两个Tap和双侧出Tap结合起来弄,这样等于使用两条串联路径来走,但是在一段进行串联连接,这样把电芯一个一个连接起来。

这个电芯的细节还得消化一下,我相信我们能看到的第一版电芯就是这个,比上面的串联更靠谱点,而且能把容量做大。

图5 并联的结构

小结:我认为比亚迪这次对电芯的改进难度有点大,有点类似此前谈到的Combo模组的概念,后续将会来探讨该电芯在刀片下的成组。

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