从全球视角看,方形/软包/圆柱三种电池谁能胜出

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遭遇类似问题的还有三菱欧蓝德。

2013年3月,三菱欧蓝德插混版在日本上市,4个月后,车辆搭载的电池出现融化现象,三菱汽车随即召回全部欧蓝德插混版。存在缺陷的方形电池来自三菱汽车、三菱商事与GS汤浅合资成立的LEJ公司。不但如此,由于LEJ电池产能不足,三菱方面被迫延迟了欧蓝德混动版在美国的上市时间。

三菱欧蓝德混动版的电池包

分析人士认为,菲斯科的倒掉和三菱欧蓝德遭遇的市场问题,与车厂的电池路线选择有很大关系,由于电池制造商为卡玛和欧蓝德混动版提供的电池标准化程度低,独家供应商一旦出现问题,难以快速找到合适的电池产品替代,最终导致产品召回,甚至企业难以为继。

软包电池也难逃品控难的困扰。

墨尔本大学工程学院电动汽车专家、澳大利亚电动汽车委员会成员Bryce Gaton认为,虽然软包电池拥有能量密度高的优势,但电池包的冷却要求极高的工艺技术。在他看来,日产方面避而不谈聆风的冷却系统,一定程度在于其软包电池的热管理系统操控不佳。

Bryce Gaton指的是聆风从第一代产品开始采用的风冷系统(被动冷却系统)。虽然日产方面曾表示,新款聆风有可能应用主动冷却系统,但2018版聆风使用的依旧是被动冷却系统,电池容量加大了,冷却系统却没有升级,这样一来,极易引起电池过热,影响快充效率。对于聆风用户的质疑,日产方面一直没有正面回应。

此外,方形、软包和圆柱电池的差异性还体现在寿命、成本和充放电倍率等方面。业内人士认为,理论上,三种封装方式的这些性能略有差异,但在主流车型上,都可以达到行业标准,并不存在明显区别。

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不同封装路线的性能差异

就目前的技术水平来看,全优的封装路线是不存在的,一项指标的提升可能要以牺牲另一项或几项指标为代价,选择哪种封装方式,主要看企业对这几项性能如何取舍。此外,车型偏好也是决定车企电池封装路线的重要因素。

能“塞”进去的就是好电池

汽车是差异化产品,不同车型对封装技术的影响很大。车企及其电池供应商会不断尝试,寻找最高效、合理的电池包放置方式。

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沃蓝达的T型电池包

沃蓝达可以说是为实现电池布局,使得车内空间大打折扣的“反面教材”。由于沃蓝达的电池包是T型结构,方形电池无法“塞”入,只能搭载软包电池,这是通用汽车选择LG化学为电池供应商的重要原因。

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T型电池结构导致沃蓝达内部空间缩小

一方面,T型结构让沃蓝达的电池包受到更好的保护,即使底盘被剐蹭,也不容易伤及电池包;另一方面,这种构造导致后排中间形成隆起,通用干脆把扶手箱和杯架连到了后排座椅位置,硬是把五座车变成了四座车,被不少消费者诟病。

与沃蓝达不同,特斯拉选择将电池包挂在底盘位置,这样的布局虽然没有损失车内空间,但将电池包置于比较“脆弱”的境地,一旦底盘发生剐蹭难免殃及电池包。

可以说,由于不同车型为电池包预留的形状各异,采用的电池封装方式也不尽相同,同一车企可能选取多种电池类型,另一方面,不把全部鸡蛋放在一个篮子里,一旦某家电池供应商出了问题,也不会让全线产品受到影响。

与此同时,电池制造商的产品路线也在不断拓展。

以三星SDI为例,这家为宝马、奥迪、克莱斯勒等车企提供方形电池的企业,在2017年北美国际汽车展上,展出了21700圆柱电池,并称将于2021年实现量产。外界普遍将三星SDI此举看做对特斯拉“2170”圆柱电池的挑战。

与18650圆柱电池的命名规则相同,21700代表电池的直径为21毫米,长度为70毫米,第二个“0”代表柱型。特斯拉别出心裁低把这种电池命名为“2170”,马斯克宣称2170将是全球能量密度最高、价格最便宜的电池,能量密度可以达到300瓦时/公斤,比18650的233瓦时/公斤提高了近20%。

另外,作为特斯拉的独家电池单体供应商,松下一方面继续与特斯拉合作,计划2018年底将其超级工厂Gigafactory的21700动力电池产量增加30%以上,另一方面,宣布与丰田研究合作开发方形电池的可行性,并在丰田旗下电动车型上大规模应用。

下一代动力电池如何影响封装路线?

在现有技术条件下,三种封装方式没有优劣之分。那么,下一代动力电池会改变这种格局吗?

下一代动力电池,目前来说,主要指固态电池,是将传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质的电池,通常以锂金属为负极,也可能是石墨类及其他复合材料。与目前使用的电池相比,固态电池具有安全性高、循环寿命和续航里程长等优点。

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丰田展示的软包全固态电池

基于固态电池的种种优势,今年6月,日本新能源产业技术综合开发机构宣布,松下、丰田、本田和日产等23家企业,以及京都大学等15家学术机构将合作研究全固态电池,计划到2022年全面掌握相关技术。

一个月之后,大众集团宣布向加州初创公司QuantumScape注资1亿美元,用于固态电池的开发和量产。大众集团CEO Herbert Diess表示,公司正考虑生产自己的固态电池,计划2024年至2025年间量产,以减少对亚洲电池供应商的依赖。

巨头们纷纷加码固态电池研发,哪种封装路线会胜出呢?

上述技术专家认为,由于使用固态电解质,柔软性不足,只能使用叠片方式,因此,固态电池不可能选择圆柱封装方式;理论上,使用方形封装是可以实现的,但如果方形电池依旧是铝制外壳,能量密度就会大大降低,因此也不具备优势;目前来看,软包技术最适合真正意义上的固态电池,即纯固态电池。

但是,由于工艺难度大,纯固态电池的市场化应用还是将来时。虽然宝马也已着手开发固态电池技术,但Klaus Fr·hlich表示,受限于技术条件,固态电池应用于量产车型,至少要等到2025年。上述技术专家的看法更加谨慎,他认为,纯固态电池的商业化至少还需要十年。

以此判断,十年之内,方形、软包和圆柱路线将共存,在不同车型上发挥各自的优势。在这期间,寻找最好的封装路线,不过是在上述多项指标间求得最大的平衡。(完)

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