刀锋之战！宁德时代CTP与"刀片"电池的构型浅析

显然，在政策和成本竞争的双重力量下，新能源技术需要继续向低成本、模块化和标准化技术发展。“技术成本”的下降在这个时候绝不是一件坏事，包括贵金属材料成本、研发成本、制造成本的降低，都会显著降低整车的规划压力。一方面会留下更大的品质提升空间，另一方面会保持价格优势，提高整体性价比。事实上，特斯拉Model 3采用的基于21700的集成大模块已经显示了这种趋势的效果，仅电池成本就比之前的Model 3降低了35%，这极大地帮助了Model 3在全球市场上一鸣惊人。(Model 3大模块解剖)作为国内新能源技术的输出者，宁德时代和比亚迪都基于这一趋势发布了自己的电池集成技术。宁德时代的CTP (Cell To Pack)技术路线基于高镍锂三元架构。其核心是减少模块数量，由多个大容量电池直接组成标准化电池组，然后灵活堆叠，形成更大的电池模块，满足不同车型的储能需求。另一方面，比亚迪的“刀锋”电池基于其在磷酸铁锂技术方面的专业知识。电池单体也在向大容量方向进化，但电池形状更扁更窄(长边可定制变化，单体最大稳定长度可达2100mm)，所以形象地命名为“刀锋”。多个“刀片”捆绑成一个电池组模块，几个大模块组合成一个电池模块。两种技术状态在减少模块结构和提高封装效率、显著降低单体连接线束成本和相关工艺成本、显著提高组效率(能量密度)方面可以达到相同的目的。但是，从应用程序的角度来看，可以发现一些差异。从结构耐久性的角度来看。作为布置在车辆下方的大质量单个部件，电池模块必须考虑其结构强度对复杂车辆环境的适应性。横向碰撞阻力是最明显的要求，制造商通常通过电池组外壳的结构和材料应用来增强这种能力。然而，对于已经使用了很长时间的私家车，通常使用不带大梁的非承载车身。电池结构还需要能够承受机体反复变形导致的长期应力变化。(电池组受扭力的仿真模型图)通过结构分析可以看出，宁德时代的CTP技术由于体积封装效率的最大化，更容易受到对角线重复剪应力对大模块间连接可靠性的影响。高压线束和冷却系统的连接挑战比较大，长期使用的可靠性需要验证。但比亚迪的“刀锋”电池依然保留了模块封装和电池组封装的整体配置。同时从专利图来看，可以根据车型需要为其电池组封装预留变形空间，避免超薄大电芯直接受力。从结构耐久性来看，比亚迪刀片电池封装更容易做出可靠的产品。然而，这种安全结构也会带来其他问题。从目前公布的数据来看，比亚迪是用体积功率密度作为衡量指标，而不是公布大家已经普遍使用的重量功率密度数据。可以推测，其结构重量叠加在铁电池本身的比能量上效果不佳，导致重量功率密度在工信部标准计量平台上没有明显突破。根据之前的信息，刀片电池的封装重量和功率密度可能会达到180Wh/kg左右，处于目前的主流水平。从结构匹配的角度来说。作为单体电池及相关技术供应商，宁德时代需要面对更多的产品配置考量。但从目前的专利细节来看，CTP大模块的高度是无法改变的(而且不够轻)。同时，需要一个匹配的外壳来适应……不同的车型。这样的结构需要整车厂商在产品规划上做出相应的调整，但更棘手的问题是，目前没有大规模的销售作为发展的支撑，厂商针对单一电池供应商的配置需求做出设计调整的风险非常大。这可能也是其声音大的原因之一，但实际计划产量低(目前称为北汽汽车股份有限公司，肯定会装车投产)。(宁德时代CTP电池大模块解剖图，左边参照商用车大模块。)作为新能源汽车的比亚迪制造商，“刀锋”电池可能从一开始就考虑到了自身产品的多种规格和适应性要求。“刀锋”的窄边要做得尽可能小，也就是说在垂直高度上更容易适应高底盘和低底盘车型的需求。未来也有可能在此基础上开发超薄底盘的多功能汽车，让用户有更多的使用空间，探索新能源汽车的优势。同时，我们也看到了这种超薄电池用于叠片应用的可能性，它可能是为商用和高底盘大型SUV产品准备的，可以储存更多的能量。(刀片式电池在高度上更有优势，适应车型灵活。)从单体配置特点来看。宁德时代CTP电池的另一个特点是单体电池容量大。单电池容量从最初的50 Ah增加到现在的200 Ah以上，大大降低了外壳的比重。同时，在充放电比相同的情况下，使用简单的串联结构可以输出或接收更大的电流(提高功率和充电便利性)。此外，根据宁德时报目前披露的信息，CTP电池组仍将采用方形外壳包装。考虑到目前高镍电池的稳定性，这种封装应该是更好的选择。比亚迪“刀锋”电池的单一设计最初让我很惊讶。首先，这么大的单体长度不是稳定的力学结构，在侧向力作用下的抗变形能力很弱。一般电池在工作时会带来内部压力，导致外壳膨胀，从而对周围的电池产生压力。所以在分组的时候，需要仔细考虑差距问题。一方面要防震，另一方面要消除侧向力。这方面还缺乏证据。(刀片式电池相对容易受到横向力的影响。)另一个技术挑战可能来自电芯的内部卷绕方式。推测内部卷绕方式将采用多电极+多个独立卷绕单元的形式。其实可以看做是多个小电池组成一个大电池，但是这些小电池共用一个通用的封装。这对每个单元的一致性提出了重大挑战，因为电池性能总是遵循木桶原理，最差的一个决定了整体性能！最终总结。综合来看，宁德时代CTP电池和比亚迪“刀锋”电池各有千秋。宁德CTP具有更高的功率密度，更高的群体效率，对大多数整车制造企业的成本控制更友好。也更容易在重量一定的前提下推出续航能力更长的产品；比亚迪的“刀锋”电池在结构灵活性和耐用性方面更有价值和想象力，大大增加了铁电池的性能，让其从商用或低端产品回归主流，这不得不说是一个相当大的进步。从另一个角度来看，两家公司在技术架构上的差异也说明了一个事实，虽然两家公司都是新能源汽车的技术输出者，但比亚迪本身作为整车制造商在技术积累上是有优势的。这种优势可能并不取决于单一指标的提升，而是取决于对用户环境的理解和合理化。我觉得也应该成为其长期价值的落脚点。

标签：比亚迪Model 3发现特斯拉

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