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再过一年,宝马在中国销售的所有电动车,都会切换大圆柱电池了。就在前不久,宁德时代宣布将在全球和中国市场为宝马“新时代”架构的纯电车供应圆柱电池,预计总产能达到40GWh,其中轿车会用4695电池,SUV搭载46120电池,相比特斯拉的4680,宝马的新电池能量密度明显比后者更高,而这也就意味着,纯电续航至少会是1000km起步,由此,我们也产生了几个思考,为何宝马放弃其坚持多年的方形电池,转投圆柱电池怀抱?难不成,新能源动力电池的尽头,不是固态而是圆柱电池?
新圆柱电池续航破千,降本才是主要目的?
在回答第一个问题之前,我们有必要先来简单厘清目前车规级动力电池的三种主流类型,软包电池、方形电池和圆柱电池,区别其实就在外形上,软包电池由铝塑复合膜作为封装材料,方形电池由方形铝合金外壳加固并包裹,圆柱电池形则似我们日常生活中的家用电池,其中,日产、雷诺、大众等都曾是软包电池的忠实拥趸,比亚迪、吉利等多数国产新能源车型搭载方形电池,大圆柱电池目前除了特斯拉,还有即将上市的蔚来ET9,比亚迪的4090六棱形电池目前来看还属于期货,零跑S01、奇瑞qQ1等则用的是小规格圆柱电池,但奔驰、Stellantis、通用、保时捷、沃尔沃等车企,如今也加入了大圆柱阵营。电池的化学原理都一样,为什么会出现不同类型?答案其实在电池包的性能差异上。
先来说被马斯克坚决反对的软包电池,其实这就是在液态锂电池上套一层铝塑复合膜外壳,3C电子数码用品使用最多的就是这类电池,通常也被叫作聚合物电池,技术难点不在电芯内部,而是在包装材料上,由于液态锂能量密度极高、重量轻的特殊性,整包形状几乎没有限制,这也是最容易出现问题的地方,即天生就怕外应力挤压,很容易出现因形变导致的电池内部结构变化,进而发生热失控自燃,所以需要额外的防护技术避免电池受损,从成本的角度来看,显然不是最优选择。之所以方形电池是目前新能源汽车使用量最多的,一方面是因为采用了强度更高的铝壳作为包装材料,抗机械荷载能力比软包电池更强,基于方形电池的构造,又诞生了电池车身一体化技术,有效提高了舱内空间利用率,所以这也需要结合不同的底盘空间,进行定制化制造,统一标准化就有了一定的难度。
按照这个逻辑来看,圆柱电池无疑能解决这类问题,应对不同空间只管串联摆放即可,但把单体做到宽46mm,还是让大圆柱电池的大规模出货遭遇了些难题,而且成组后的单颗使用量接近5位数,这对BMS提出了相当高的要求,基于800V高电压架构,又间接否决了磷酸铁锂出现的可能性,但参考宝马之前给出的消息,新圆柱电池较第五代方形电池,续航里程能提升30%,体积能量密度提升20%左右,制造成本能降低近一半,而降本的背后,还是因为圆柱电池的供应链相对成熟,生产和采购成本较低,另外生产过程相对简单,自动化程度高,比如特斯拉的无极耳4680电池,在干法电极技术的加持下,生产效率可以做到300ppm(每分钟生产电芯的个数),基本不用投入额外的人力资源,更大的尺寸也减少了整包的电芯数量,从而就简化了电池管理系统的设计和维护。从某种程度上讲,使用圆柱电池的纯电车,整车成本理论上会更好控制,最终的售价岂不就有能力做进一步下探呢?
抛开制造工艺,宝马选择圆柱电池的另一原因,还在其Neue Klasse模块化平台上,由于设计之初就把大圆柱电芯铺在下箱体额,蛇形水冷管放在箱体的一侧,主控BMS和PDU布局在后排座椅下方的合体内,相比方壳电池繁杂的电路连接,这套方案显然更容易规避热失控,而且改变了双排模组的思路,整包和CTC设计,可以让宝马聚焦在整包设计上,进而和特斯拉形成了差异化。
明年圆柱电池井喷,主流还是方形电池?
据不完全统计,目前已经明确大圆柱电池的制造厂商,有宁德时代、亿纬锂能、松下、LG新能源、比克电池、国轩高科、蜂巢能源等等,计划2025年的产能已经超过了600GWh,如破竹的信号似乎在表明,圆柱电池从明年起,要超过方形电池了,真的会这样吗?
从技术发展的趋势看确实如此,但要说取代方形电池,目前来看还为时尚早。毕竟,现阶段的方形电池已经在封装形态技术上,几乎达到了理论容量的最大极限,即便是不卷容量,标准一致性也是走到了更高的水平,比亚迪的刀片电池,尤其是第二代短刀就是典型的例子,由于长度的缩短,整包内阻自然同步减小,能量密度只有长刀版的一半(160Wh/kg),但充放电倍率则做到了8C和16C,相当于各提升了将近一倍,成本却能再优化15%左右,另外再在工艺技术上,宁德时代和长安汽车早在去年就产出了首个87Ah的标准电芯产品,生产线不到2秒就能下线一个标准电芯,叠加方形封装的成组技术成熟度,面对散热、隔热、泄压等明显比大圆柱电池来的更高效。
即便是冲着大圆柱构型来的比亚迪,其实也没有完全放弃多边形电池的思路,其六棱柱电池明显就是想堆砌更大的电池容量,进而强化充放电性能来的,从某种程度上甚至可以看作是大圆柱电池的激进版,反过来看,刀片电池不就是传统方形电池的进阶版吗?从结构上看,六棱形固然比圆柱形的空间利用率高,单体电池能更紧密的排布在一起,而且这套封装形态,甚至可以不用三元锂,通过磷酸铁锂也能实现高电压架构的电流要求。再退一步说,没有液体电解质的固态电池,也完全有能力排在圆柱电池之前,在大多技术方案里,固态电解质无非聚合物或硫化物,简单理解就是导电效率会再上一个台阶,充放电倍率将会达到两位数的级别,所以到这能下一波结论了,软包电池已淡出市场,明年起大圆柱电池的出货量会明显提升,但距离取代方形电池成为主流,还需要走很长一段时间让市场验证。
不过话又说回来,电池的封装形态和能否成为主流,并没有太大关联,当电池容量被推向更高的台阶之后,包括纯电、插混和增程车要面临的主要问题,是从堆能量密度转到低成本和高效上来,像眼下增混专用的骁遥电池就已经给了类似的答案,所以,不论是宝马还是特斯拉,或者是主攻低价格区间的新能源汽车,搭载哪种封装形态的电池,现在都已经转向了低价增效的逻辑上,毕竟,通过技术把控成本,在市场里的差异化就更容易实现了。
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