刀鋒之戰！寧德時代CTP與"刀片"電池的構型淺析

顯然，在政策和成本競爭的雙重力量下，新能源技術需要繼續向低成本、模塊化和標準化技術發展。“技術成本”的下降在這個時候絕不是一件壞事，包括貴金屬材料成本、研發成本、制造成本的降低，都會顯著降低整車的規劃壓力。一方面會留下更大的品質提升空間，另一方面會保持價格優勢，提高整體性價比。事實上，特斯拉Model 3采用的基于21700的集成大模塊已經顯示了這種趨勢的效果，僅電池成本就比之前的Model 3降低了35%，這極大地幫助了Model 3在全球市場上一鳴驚人。(Model 3大模塊解剖)作為國內新能源技術的輸出者，寧德時代和比亞迪都基于這一趨勢發布了自己的電池集成技術。寧德時代的CTP (Cell To Pack)技術路線基于高鎳鋰三元架構。其核心是減少模塊數量，由多個大容量電池直接組成標準化電池組，然后靈活堆疊，形成更大的電池模塊，滿足不同車型的儲能需求。另一方面，比亞迪的“刀鋒”電池基于其在磷酸鐵鋰技術方面的專業知識。電池單體也在向大容量方向進化，但電池形狀更扁更窄(長邊可定制變化，單體最大穩定長度可達2100mm)，所以形象地命名為“刀鋒”。多個“刀片”捆綁成一個電池組模塊，幾個大模塊組合成一個電池模塊。兩種技術狀態在減少模塊結構和提高封裝效率、顯著降低單體連接線束成本和相關工藝成本、顯著提高組效率(能量密度)方面可以達到相同的目的。但是，從應用程序的角度來看，可以發現一些差異。從結構耐久性的角度來看。作為布置在車輛下方的大質量單個部件，電池模塊必須考慮其結構強度對復雜車輛環境的適應性。橫向碰撞阻力是最明顯的要求，制造商通常通過電池組外殼的結構和材料應用來增強這種能力。然而，對于已經使用了很長時間的私家車，通常使用不帶大梁的非承載車身。電池結構還需要能夠承受機體反復變形導致的長期應力變化。(電池組受扭力的仿真模型圖)通過結構分析可以看出，寧德時代的CTP技術由于體積封裝效率的最大化，更容易受到對角線重復剪應力對大模塊間連接可靠性的影響。高壓線束和冷卻系統的連接挑戰比較大，長期使用的可靠性需要驗證。但比亞迪的“刀鋒”電池依然保留了模塊封裝和電池組封裝的整體配置。同時從專利圖來看，可以根據車型需要為其電池組封裝預留變形空間，避免超薄大電芯直接受力。從結構耐久性來看，比亞迪刀片電池封裝更容易做出可靠的產品。然而，這種安全結構也會帶來其他問題。從目前公布的數據來看，比亞迪是用體積功率密度作為衡量指標，而不是公布大家已經普遍使用的重量功率密度數據。可以推測，其結構重量疊加在鐵電池本身的比能量上效果不佳，導致重量功率密度在工信部標準計量平臺上沒有明顯突破。根據之前的信息，刀片電池的封裝重量和功率密度可能會達到180Wh/kg左右，處于目前的主流水平。從結構匹配的角度來說。作為單體電池及相關技術供應商，寧德時代需要面對更多的產品配置考量。但從目前的專利細節來看，CTP大模塊的高度是無法改變的(而且不夠輕)。同時，需要一個匹配的外殼來適應……不同的車型。這樣的結構需要整車廠商在產品規劃上做出相應的調整，但更棘手的問題是，目前沒有大規模的銷售作為發展的支撐，廠商針對單一電池供應商的配置需求做出設計調整的風險非常大。這可能也是其聲音大的原因之一，但實際計劃產量低(目前稱為北汽汽車股份有限公司，肯定會裝車投產)。(寧德時代CTP電池大模塊解剖圖，左邊參照商用車大模塊。)作為新能源汽車的比亞迪制造商，“刀鋒”電池可能從一開始就考慮到了自身產品的多種規格和適應性要求。“刀鋒”的窄邊要做得盡可能小，也就是說在垂直高度上更容易適應高底盤和低底盤車型的需求。未來也有可能在此基礎上開發超薄底盤的多功能汽車，讓用戶有更多的使用空間，探索新能源汽車的優勢。同時，我們也看到了這種超薄電池用于疊片應用的可能性，它可能是為商用和高底盤大型SUV產品準備的，可以儲存更多的能量。(刀片式電池在高度上更有優勢，適應車型靈活。)從單體配置特點來看。寧德時代CTP電池的另一個特點是單體電池容量大。單電池容量從最初的50 Ah增加到現在的200 Ah以上，大大降低了外殼的比重。同時，在充放電比相同的情況下，使用簡單的串聯結構可以輸出或接收更大的電流(提高功率和充電便利性)。此外，根據寧德時報目前披露的信息，CTP電池組仍將采用方形外殼包裝。考慮到目前高鎳電池的穩定性，這種封裝應該是更好的選擇。比亞迪“刀鋒”電池的單一設計最初讓我很驚訝。首先，這么大的單體長度不是穩定的力學結構，在側向力作用下的抗變形能力很弱。一般電池在工作時會帶來內部壓力，導致外殼膨脹，從而對周圍的電池產生壓力。所以在分組的時候，需要仔細考慮差距問題。一方面要防震，另一方面要消除側向力。這方面還缺乏證據。(刀片式電池相對容易受到橫向力的影響。)另一個技術挑戰可能來自電芯的內部卷繞方式。推測內部卷繞方式將采用多電極+多個獨立卷繞單元的形式。其實可以看做是多個小電池組成一個大電池，但是這些小電池共用一個通用的封裝。這對每個單元的一致性提出了重大挑戰，因為電池性能總是遵循木桶原理，最差的一個決定了整體性能！最終總結。綜合來看，寧德時代CTP電池和比亞迪“刀鋒”電池各有千秋。寧德CTP具有更高的功率密度，更高的群體效率，對大多數整車制造企業的成本控制更友好。也更容易在重量一定的前提下推出續航能力更長的產品；比亞迪的“刀鋒”電池在結構靈活性和耐用性方面更有價值和想象力，大大增加了鐵電池的性能，讓其從商用或低端產品回歸主流，這不得不說是一個相當大的進步。從另一個角度來看，兩家公司在技術架構上的差異也說明了一個事實，雖然兩家公司都是新能源汽車的技術輸出者，但比亞迪本身作為整車制造商在技術積累上是有優勢的。這種優勢可能并不取決于單一指標的提升，而是取決于對用戶環境的理解和合理化。我覺得也應該成為其長期價值的落腳點。

標簽：比亞迪Model 3發現特斯拉

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