眾所周知，目前動(dòng)力電池成本在新能源汽車(chē)整車(chē)成本中占比仍然接近4成。隨著(zhù)我國新能源汽車(chē)補貼逐步退坡并在2021年完全退出，為實(shí)現全生命周期成本與燃油車(chē)相當，并保證新能源汽車(chē)在不依賴(lài)補貼情況下仍能保持盈利，到2021年之前動(dòng)力電池企業(yè)仍承擔著(zhù)較重的降價(jià)壓力。

 

當下電芯能量密度突破性提升正遭遇瓶頸，在電池技術(shù)沒(méi)有重大突破之前，提質(zhì)降本仍是全球所有電池企業(yè)都面臨的問(wèn)題，在提升電池性能的同時(shí)，還必須不斷降低電池成本。瑞士聯(lián)合銀行（UBS）曾對松下、LG化學(xué)、三星SDI和寧德時(shí)代的電池進(jìn)行測試評估，寧德時(shí)代被指其電池成本在四家企業(yè)中成本最高。

 

而事實(shí)上，近年來(lái)動(dòng)力電池成本一直都在下降。據了解，目前磷酸鐵鋰電芯價(jià)格在0.6-0.7元/Wh左右；三元電池系統電芯價(jià)格在0.9-1.05元/Wh左右。而截止到2018年年底，動(dòng)力電池系統成本已經(jīng)較2012年下降了75%。然而，這距離承擔著(zhù)巨大成本壓力的新能源車(chē)企的預期，仍有不小差距。

 

除了擴張規模、壓榨原材料價(jià)格，而動(dòng)力電池提質(zhì)降本還能靠什么？動(dòng)力電池巨頭寧德時(shí)代或許為提質(zhì)降本找到了一條新的路徑。在日前舉辦的法蘭克福國際車(chē)展上，寧德時(shí)代推出了全新的CTP高集成動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)平臺（Cell To Pack），即電芯直接集成到電池包，或有效大幅降低電池成本。

 

寧德時(shí)代CTP電池開(kāi)發(fā)平臺

 

寧德時(shí)代稱(chēng)，由于省去了電池模組組裝環(huán)節，較傳統電池包，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，電池包能量密度提升了10%-15%，將大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。寧德時(shí)代新技術(shù)此番在法蘭克福國際車(chē)展上賺足眼球，那么國內還有哪些電池企業(yè)布局？動(dòng)力電池去模組，將電芯一步到位集成到電池包會(huì )成為未來(lái)動(dòng)力電池技術(shù)的主流嗎？

 

1化繁為簡(jiǎn) CTP孕育而生

 

由于傳統電池包采用的是從單體（Cell）——模組（Batteries）——電池包（ Pack）的成組方式，多層級的成組方式會(huì )降低空間利用率，損耗電池能量密度。按照電芯能量密度300Wh/kg和Pack能量密度260Wh/kg的目標來(lái)計算，Pack系統集成效率要做到85%，而當前乘用車(chē)Pack的集成效率普遍在65%左右，這意味著(zhù)集成效率需要大幅度提升，才能達成目標。

 

據了解，要提高Pack的集成效率，有兩個(gè)可行的途徑，一是優(yōu)化Pack內部的結構設計，大幅度減少Pack內部的組件數量，將更多的組件和功能集成在模組和箱體上，從而減輕重量；另一個(gè)是采用輕量化的材料，如采用鋁型材或復合材料代替高強度鋼，采用塑膠件代替金屬件等，也可以減輕重量。

 

在采用輕量化材料方面，寧德時(shí)代在今年3月時(shí)給出相關(guān)的解決方案，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱曾表示，寧德時(shí)代首次將航空級別的“7系鋁”運用至電池包下箱體，輕量化設計領(lǐng)跑?chē)�際。

 

而在Pack內部的結構設計方面，不少電池企業(yè)也在積極探索新的技術(shù)方向，其中做大電芯和模組尺寸或者直接放棄模組獲得了業(yè)內的認可。目前，有多家電池企業(yè)正在嘗試上述兩大方案。

 

過(guò)去電動(dòng)車(chē)多數由燃油車(chē)改造而來(lái)，鋰電池電芯與模組在形狀上要配合其設計。隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)平臺開(kāi)發(fā)推進(jìn)，目前動(dòng)力電池也在往大模組、大電芯方向發(fā)展，其優(yōu)勢在于節省配件，增加體積能量密度，降低結構件、殼體、熱管理系統攤銷(xiāo)成本。

 

寧德時(shí)代展臺

 

而寧德時(shí)代此次展示的CTP就是通過(guò)省去電池模組，直接將電芯集成到電池包，從而在提升電池包空間利用率、減輕電池包重量、提升能量密度和降成本等方面取得了積極成果。由于省去了電池模組組裝環(huán)節，較傳統電池包，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，將大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。

 

同時(shí)，得益于內部結構的化繁為簡(jiǎn)，CTP電池包能量密度較傳統電池包提升了10%-15%。傳統的電池包能量密度平均為180Wh/kg，而CTP電池包能量密度可達到200Wh/kg以上。

 

目前，寧德時(shí)代已經(jīng)取得超70項CTP核心專(zhuān)利，預計后期還將有更多的新技術(shù)應用在CTP電池包以保障產(chǎn)品安全。據業(yè)內人士透露，已有新能源乘用車(chē)主機廠(chǎng)正在和寧德時(shí)代開(kāi)發(fā)這種無(wú)模組電池包，目前準備進(jìn)行驗證測試。

 

2路線(xiàn)相同 多家企業(yè)布局

 

在現有技術(shù)的限制下，單從電池方面來(lái)說(shuō)，若是想提升電車(chē)續航里程，要么提升電池能量密度，要么增加電池數量。但一味增加電池能量密度會(huì )使電池變得不穩定；增加電池數量則會(huì )大幅度增加車(chē)身自重（電車(chē)動(dòng)力電池相當重），都有相應的弊端。

 

值得注意的是，多家企業(yè)選擇提高電芯到模組（CTM）和電芯到電池包（CTP）的重量比。除了上述的寧德時(shí)代外，比亞迪、蜂巢能源等動(dòng)力電池企業(yè)也在研發(fā)CTP技術(shù)，技術(shù)路線(xiàn)與寧德時(shí)代相同，后期或將有更多電池企業(yè)推出CTP電池包，從而成為行業(yè)的主流趨勢之一。

 

據了解，在模組與PACK方面的設計，比亞迪是強調CTM（電芯組成模組后的有效利用值）和CTP（電芯組成PACK后的有效利用值），因為整個(gè)電池包系統有很多的功能，但是真正能夠對汽車(chē)提供續航里程的是它最核心的電芯部分，其他的輔助功能部件可以通過(guò)設計優(yōu)化達到精簡(jiǎn)的目的。

 

CTP電池系統的輕量化優(yōu)勢

 

比亞迪現在CTM可以做到94%，成本降低14%，減重減成本效果顯，也就是說(shuō)當電芯組裝成模組后，盡量減少其他東西的重量，讓整個(gè)模組里有 90% 以上的重量都是電芯。通過(guò)一些高強度的鋁合金、鎂鋁材料、碳纖維的應用，使得CTP可以做到80%，對能量密度的提升有很大的幫助。

 

8月21日晚間，比亞迪公布中報業(yè)績(jì)。8月22日上午，比亞迪董事會(huì )主席、總裁王傳福攜高管出席業(yè)績(jì)交流會(huì )時(shí)透露，比亞迪將于明年5－6月份推出的全新一代鐵鋰電池，體積比能量密度將提升50％，壽命長(cháng)達8年120萬(wàn)公里，成本還可以節約30％。

 

在業(yè)績(jì)溝通會(huì )上，比亞迪高管們提出了體積比能量的概念。“原來(lái)很多車(chē)型放鐵鋰電池放不下去，主要是過(guò)去鐵鋰電池太大了。”據了解，比亞迪所說(shuō)的新一代磷酸鐵鋰電池就是采用去模組的方式，從而提升體積比能量和降低成本，提升能量密度。

 

此外，作為近兩年才逐漸走入行業(yè)視野的電池新秀，蜂巢能源前身是長(cháng)城汽車(chē)動(dòng)力電池事業(yè)部，自2012年起開(kāi)展電芯的預研工作，2018年2月獨立為蜂巢能源，總部位于江蘇常州，業(yè)務(wù)涉及到下一代電池材料、電芯、模組、電池系統、BMS等的研發(fā)和制造。

 

蜂巢能源CTP電池包

 

此次法蘭克福國際車(chē)展上，蜂巢能源展出了三元體系811高能量密度系列電芯，以及代表性的模組、PACK、BMS產(chǎn)品，其中就包括其自家CTP產(chǎn)品。而在此前7月份的蜂巢能源品牌戰略規劃及產(chǎn)品發(fā)布會(huì )上，根據電動(dòng)汽車(chē)不同的用途，蜂巢能源就已推出了CTP電池系統。

 

根據相關(guān)介紹，蜂巢能源CTP電池系統與傳統590模組相比，CTP-G1減少24%零部件數量。CTP-G2提升5-10%重量成組效率，提升5%空間利用率，減少22%零部件數量。CTP(G1)相對傳統PACK方案降低0.1元/Wh。CTP(G2)相比傳統PACK方案，降低0.21元/Wh。CTP采用三重安全防護，比傳統PACK更安全。

 

3動(dòng)力電池去模組 安全先行

 

眾所周知，電池PACK是電動(dòng)汽車(chē)的核心能量源，為整車(chē)提供驅動(dòng)電，電池PACK的每道工序都充滿(mǎn)技術(shù)含量。PACK作為動(dòng)力電池系統生產(chǎn)、設計和應用的關(guān)鍵步驟，是連接上游電池生產(chǎn)與下游整車(chē)運用的核心環(huán)節，動(dòng)力電池包的PACK成組工藝水平，直接關(guān)系著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能和安全性能。

 

業(yè)內人士指出，電池模組可以理解為鋰離子電芯經(jīng)串并聯(lián)方式組合，加裝單體電池監控與管理裝置后形成的電芯與電池包的中間產(chǎn)品，電池模組的結構必須對電芯起到支撐、固定和保護作用，還要滿(mǎn)足完好固定電芯位置并保護其不發(fā)生有損性能的形變、滿(mǎn)足載流性能要求、滿(mǎn)足對電芯溫度的控制、遇到嚴重異常時(shí)及時(shí)斷電、避免熱失控的傳播等等功能。

 

因此也有擔憂(yōu)認為，如果取消了電池模組，直接由電芯組成電池包，那么電池的可靠性就會(huì )降低。技術(shù)的研究與進(jìn)步在推動(dòng)著(zhù)行業(yè)向好發(fā)展，然而認證周期偏短以及部分企業(yè)急于跨步向前，難免也會(huì )導致產(chǎn)品隱患的出現。

 

“后補貼時(shí)代，我們該面對什么？我們所有做的事情都是在做一個(gè)平衡、安全、成本、性能、事情，我們到底拿出一款什么樣的產(chǎn)品能夠被市場(chǎng)所認同，這是很重要。”南京創(chuàng )源技術(shù)中心總監劉峰曾表示，對于產(chǎn)品，我們要有足夠的敬畏之心。

 

蜂巢能源科技有限公司全球營(yíng)銷(xiāo)副總裁Jeffrey Yambrick也在動(dòng)力電池論壇上發(fā)表主題演講指出，在電池包輕量化的同時(shí)還要能保證整個(gè)整車(chē)的強度，以及能夠加強到集成化整車(chē)中；其次還要滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

 

誠然，電池PACK技術(shù)的發(fā)展，涉及到多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識，需要跨學(xué)科的技術(shù)融合�？偠�言之，車(chē)企想要最終規�；�的生產(chǎn)出壽命、穩定性、可靠性、安全性都完全符合新能源汽車(chē)級要求的PACK產(chǎn)品，還需要大量的工程實(shí)踐和測試驗證，以及產(chǎn)品不斷優(yōu)化升級的過(guò)程。而化繁為簡(jiǎn)的CTP技術(shù)路線(xiàn)能否成為主流？還有待時(shí)間見(jiàn)證。