汽車熱管理系統(tǒng)關(guān)鍵零件拆解詳細(xì)

剛剛過去的10月，新能源汽車行業(yè)的精彩遠(yuǎn)不止多款新車型的發(fā)布或企業(yè)上市，動力電池領(lǐng)域的新技術(shù)和新系統(tǒng)解決方案更為可圈可點(diǎn)。上個(gè)月，孚能科技SPS“大軟包”技術(shù)一經(jīng)發(fā)布，就入圍多項(xiàng)行業(yè)獎(jiǎng)項(xiàng)；寧德時(shí)代“麒麟電池”正式搭載全新上市的極氪009，配套落地；基于上汽“魔方電池”內(nèi)核，上汽飛凡汽車攜手捷能智電正式切入“車電分離”賽道……

值得注意的是，包括SPS大軟包、麒麟電池、魔方電池都有著“共同”的特征：它們不再是傳統(tǒng)的從電芯到模組的簡單組合，它們是更具“靈活性”的系統(tǒng)，因此將它們并列對比也更具價(jià)值。無疑，這些特征也意味著電池技術(shù)迭代趨勢。

圖片：9月引起關(guān)注的三種電池系統(tǒng)技術(shù)方案

續(xù)航里程之爭，不止能量密度高低

對消費(fèi)者而言，新能源汽車?yán)m(xù)航里程至關(guān)重要，而更遠(yuǎn)的續(xù)航里程需要電池系統(tǒng)有著更高的能量密度相匹配。電池系統(tǒng)能量密度的提升通常有兩種方式：一是通過改善電池材料提升單體電芯能量密度；另一種途徑則是通過提升電池包系統(tǒng)集成度和體積利用率。當(dāng)然“成年人”的選擇是“全都要”，上述三種技術(shù)方案也都體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

圖表：三種電池技術(shù)方案與特斯拉在質(zhì)量能量密度和體積成組效率上的比較

在電芯化學(xué)體系方面，三種技術(shù)方案都體現(xiàn)了高兼容度，可以適用從高鎳三元到低鎳富鋰錳、磷酸鐵鋰、甚至鈉離子等多種材料體系，這使得汽車廠商可以在一套方案中滿足成本和性能的不同取向。

其中，從單體能量密度來看，孚能科技采用獨(dú)有的半固態(tài)軟包電池技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)330Wh/kg的能量密度；寧德時(shí)代“麒麟電池”并未公布單體電芯，但是從其成組效率來看，預(yù)計(jì)也將達(dá)到300Wh/kg；特斯拉4680電池，能量密度也在300Wh/kg附近；上汽集團(tuán)目前從市場采購的高鎳三元電芯能量密度在250Wh/kg左右。

在系統(tǒng)集成方面，三種技術(shù)方案均采用了“CTP”技術(shù)。其中孚能科技SPS方案采用液冷板與底盤一體化設(shè)計(jì)，半固態(tài)大軟包電芯直接集成于底盤系統(tǒng)，使系統(tǒng)零部件減少50%，打破了軟包電池在系統(tǒng)集成度上的傳統(tǒng)劣勢；上汽的“魔方電池”最大的亮點(diǎn)在于躺式電芯，以及CTP、高電壓、超薄基材等技術(shù)及材料，也實(shí)現(xiàn)了成組效率上的極大突破；而寧德時(shí)代“麒麟電池”通過取消橫縱梁、水冷板、隔熱墊原本各自獨(dú)立的設(shè)計(jì)，集成為多功能彈性夾層，也實(shí)現(xiàn)了超出預(yù)期的模組集成度。

可以看到，通過“電池材料+系統(tǒng)高集成”雙管齊下的策略，電池企業(yè)、車企的技術(shù)方案都實(shí)現(xiàn)了電池系統(tǒng)能量密度的大幅提升，尤其是依托電芯化學(xué)體系方面的優(yōu)勢，孚能科技和寧德時(shí)代都可以為汽車廠商實(shí)現(xiàn)超過1000km的長續(xù)航里程。

通用化之爭，可調(diào)高度適應(yīng)多種平臺者勝

續(xù)航里程的提升只是一方面，孚能科技、特斯拉、寧德時(shí)代、上汽的新電池系統(tǒng)解決方案，都支持從A級到C級，支持轎車、SUV和MPV等多種平臺的適應(yīng)性，這也是今年這幾家企業(yè)電池系統(tǒng)解決方案的最大特征。必須看到，主流汽車廠商的電氣化進(jìn)程正進(jìn)入“架構(gòu)造車”的新時(shí)代。從過去的“油改電”，到專用電車平臺的“平臺造車”，再到適應(yīng)多個(gè)級別多種車型的“架構(gòu)造車”，這一趨勢也促使電池技術(shù)方案發(fā)生改變。

圖片：從MQB/J1，到MEB/PPE，再到SSP，大眾的平臺電氣化已走過三代

以孚能科技的SPS“大軟包”方案為例，其臥式布局和疊片技術(shù)，可以靈活調(diào)節(jié)電池系統(tǒng)的底盤高度，即同款底盤、一款電芯就可以適配全系乘用車。具體來看，大軟包電芯厚度僅有14mm-20mm，可以通過不同的疊加方案實(shí)現(xiàn)不同的電芯厚度，而電芯厚度的變化讓SPS的底盤高度可以在85mm-145mm之間靈活調(diào)節(jié)，搭載不同能量密度的大軟包電芯讓電池系統(tǒng)可擁有從80kWh-150kWh的不同容量，滿足從性能轎跑到城市皮卡的電動化需求。

上汽的“魔方”電池也是類似的表現(xiàn)：其電池包的長度和寬度是固定的——1690mm*1300mm；而高度有三種：分別為110mm、125mm和137mm。不同的厚度適用于不同的車型定位，現(xiàn)有新能源轎車經(jīng)常出現(xiàn)的底盤過高導(dǎo)致乘員艙高度不足的問題將得到極大的緩解。

綜合可以看到，無論是上汽或大眾，都在強(qiáng)調(diào)電池系統(tǒng)提供統(tǒng)一底盤中的多個(gè)高度規(guī)格，以適用于多個(gè)平臺及多種車型，而這一“架構(gòu)造車”的理念正被越來越多的車企所采用。

安全及熱管理，電池廠和汽車廠各擅其場

在新的電池技術(shù)方案提升能量密度和通用化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更好的熱管理及安全性依然是電池人的不懈追求。在三種技術(shù)方案中，SPS“大軟包”及“麒麟電池”，與“魔方電池”在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出了更多的差異性，而這也是由電池廠和汽車廠對安全的不同理解與關(guān)注所決定的。

圖片：通過改變散熱結(jié)構(gòu)，SPS和“麒麟”賦予電池更強(qiáng)的散熱效率，適應(yīng)更高的充能效率

孚能科技的SPS方案中，液冷板和導(dǎo)熱片的復(fù)合使用，給大軟包電芯提供了“雙面液冷，三面?zhèn)鳠帷钡母咝峤粨Q，電池系統(tǒng)的散熱效率提升4倍，加上精準(zhǔn)的控溫AI-BMS，電池系統(tǒng)循環(huán)壽命超過3000次。麒麟電池通過全新的多功能彈性夾層，以及重新設(shè)計(jì)置于側(cè)面而非頂部的水冷系統(tǒng)，從而使換熱面積擴(kuò)大4倍，電芯控溫時(shí)間縮短至原來的一半。可以看到，擴(kuò)大散熱面積，滿足3C甚至4C的高壓充電是這兩種技術(shù)方案的主要訴求。

而上汽的“魔方”電池，則更強(qiáng)調(diào)避免產(chǎn)生熱失控的“骨牌”效應(yīng)。躺式電芯結(jié)構(gòu)下電池與電池間更小的接觸面積，再配合7*24h遠(yuǎn)程監(jiān)控體系、提前散熱系統(tǒng)、氣凝膠阻燃材料、自動泄壓防爆閥等設(shè)計(jì)。這也體現(xiàn)了車企更加“系統(tǒng)化”的安全思路，通過撞不著、不失控、不連鎖，來實(shí)現(xiàn)最終的安全保證。

小結(jié)：三種技術(shù)方案都能很好地滿足熱管理及安全，也都能通過針刺、擠壓等各類國標(biāo)安全測試。但必須看到一點(diǎn)，少電解液甚至無電解液的半固態(tài)及固態(tài)電池將改寫動力電池的安全性，而孚能科技是目前國內(nèi)率先推出半固態(tài)電池的企業(yè)。

寫在最后：成本管理成為一切制造的核心

盡管通過上面的數(shù)據(jù)梳理，我們可以比較和討論各種技術(shù)方案的優(yōu)劣性，但在現(xiàn)代制造業(yè)中，成本是另一個(gè)不容忽視甚至更重要的話題。在今年8月電池行業(yè)某次大會上，多家車企抱怨在為電池廠打，10月，一些車企開始積極自建電池產(chǎn)能，打破對電池廠的絕對依賴。但毫無疑問，追求更好的生產(chǎn)成本是新能源汽車進(jìn)一步發(fā)展的必然之路，特斯拉通過圓柱電池、CTC和一體化壓鑄技術(shù)為行業(yè)樹立了一個(gè)很好的典范，而孚能科技的SPS大軟包墊片技術(shù)，可能是另一種成本上的優(yōu)解，而這一點(diǎn)有待更多的車企來驗(yàn)證。

編輯：黃飛