在中国的动力电池产业,一提到老大和老二,人们自然联想到宁德时代和比亚迪。
从电池的化学结构上,主要有两种电池:一种是磷酸铁锂,一种是三元锂电池。前者成本低但能量密度低,后者成本高但能量密度高。
宁德时代和比亚迪,在这两种电池技术路线上都有所布局。比如,特斯拉采购了宁德时代的磷酸铁锂,福特汽车采用了比亚迪的三元锂电池方案。
本期的首席未来官,打算从另一个电池创新的维度——电池的结构,来看看宁德时代和比亚迪不同的技术路线。
1. 电池结构的创新是不能被忽略的维度,因为它直接关系到车企的制造效率。
因为磷酸铁锂和三元锂电池大局已定,固态电池不太可能在短期内成为主流方案。结构创新除了材料和配方的创新以外,电池包生产工艺和空间结构上的优化创新是一个眼下见效更快,更现实的办法。
结构创新对动力电池产业的最大贡献之一就是加速量产。根据莱特定律,产量每增大一倍,成本会降低10-15%。更快的制造效率、更省成本的制造工艺,是中国制造在工程调优阶段的最好体现。
2. 根据技术的路线的不同,比亚迪和宁德时代分别选择了两种技术路线:比亚迪的“刀片电池”和宁德时代的“CTP电池”。
这两种不同的技术路线都是“无模组方案”。也就是说,取消了提供支撑保护的部分,也就是相对不重要的部分。
汽车的电池由三个部分组成:电芯(Cell)、模组(Module)、包(Pack)。最小的单元是电芯,一组电芯组成一个模组,最终组合成我们所说的“电池pack结构”。
3. 取消了保护电池的部分,牺牲了电池的稳定性与安全性,为什么还要一味的追求“去模组化”呢?
根据公开数据,模组的硬件费用约占电池总成本的15%,而且电芯对于电池包的空间利用率仅为40%,如果去掉模组会大大降低汽车的成本。
但是,去除模组后的电池包在强度以及可靠性不能降低,这就对制造工艺和材料选择提出了更高的要求。
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4. 比亚迪的设计思路是,把电芯做得又长又薄,所谓的“刀片电池”,然后把这些“刀片电池”堆叠起来,让电池本身替代了原先的支撑结构。
这样就达到了一石二鸟的效果:电池既是能量体,又是结构件,体积利用率还大大提升了,据说续航里程可提升50%以上。
5. 宁德时代采用了类似的设计思路,直接把电芯集成到电池包,原来同样体积大小的电池包,可以放更多的电芯了,因此能量密度较传统电池包将提升了10%-15%。
类似技术路线的还有特斯拉的“CTP技术”,把电池跟汽车底盘集成到一起,实现更高的体积利用率、更大的能量密度。不过特斯拉的“CTP技术”最早是去年9月的“特斯拉电池日”宣布的,至今还是一个概念产品。
6. 目前两种技术路线都还在量产前的研发阶段,都没有实现大规模量产。
比如刀片电池的良品率一直是一个谜。不过有业内人士推测,今年上半年刀片电池的成品率只有55%,除非45%的差品做储能,否则难以降低成本。
宁德时代的CTP电池也面临量产的问题。比亚迪的刀片电池大部分是只给自己服务的,而宁德时代需要适配不同品牌的车型。大量不同车型需要适配,离新型电池的量产落地自然也不会快。
不过产业化就是这样,是复杂产品的调优过程,也是中国的制造家擅长的优势之一。我们需要给科技企业一点时间,相信他们一定能在制造效率上不断取得突破。
7. 有业内人士认为,无论哪种技术方案,可以肯定的是,占动力电池成本15%左右的模组结构件将缓慢的退出历史舞台(动力电池占整个电动车成本的40%)。
未来会止步于此吗?我们认为取消这个不起眼的结构件或许不是终点。凭借中国优势品牌的制造研发能力,电动车的下一波降价潮也会随着这些创新更快到来。这也印证了我们一直以来强调的:千万不要小看制造,制造也是很先进的科技,里面有大量的高科技。
8. 或许有人认为,这些工程调优不重要,因为不是前沿技术。这是一个非常大的误解。在创新生态当中,中国最重要的能力就是工程调优能力。我们应该像认可科技一样认可制造工艺,认清我们最大的实力——制造能力。
就拿宁德时代CTP电池的制造工艺来说,把电池性能、尺寸的一致性做得好是相当困难的。控制电池稳定性的关键材料是一种浆料,承载着电池正负极的材料,由一定配方的石墨、粘合剂、导电剂和水组成。
这种浆料对性能要求非常严苛,需要流动性好、粘度稳定,光是这几种材料的排列组合就上千万种。为了实现最理想的材料配比,研发人员夜以继日的进行研发尝试,用各种不同的配方进行实验,历时一年才得到了理想的配方
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