車(chē)展，無(wú)疑是展示最新技術(shù)、前瞻產(chǎn)品的大好舞臺(tái)。同時(shí)，也是檢驗(yàn)企業(yè)技術(shù)含量的試金石。
2022年12月，蜂巢能源正式對(duì)外發(fā)布了龍鱗甲電池，該電池系統(tǒng)體積利用率高達(dá)76%，創(chuàng)下業(yè)內(nèi)新高，同等電池包下搭載磷酸鐵鋰電池續(xù)航突破800km，高錳鐵鎳?yán)m(xù)航超900km，高鎳三元續(xù)航突破1000km。
在今年的上海車(chē)展上，蜂巢能源就將龍鱗甲電池系統(tǒng)帶到了展館，讓觀眾、車(chē)企、專(zhuān)家和媒體親自感知。
不止于此，在車(chē)展現(xiàn)場(chǎng)，蜂巢能源還展示了龍鱗甲最新通過(guò)的熱失控實(shí)驗(yàn)視頻。在熱失控測(cè)試中，可以明顯看到，加熱觸發(fā)整包中間位置電芯熱失控，龍鱗甲整包未見(jiàn)明火，單電芯失控不擴(kuò)散至相鄰電芯，真正實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的極致安全。
龍鱗甲電池的極致安全應(yīng)用了電芯底部防爆閥設(shè)計(jì)、熱電分離、底部增加水冷板，以及上下雙面冷卻方案，使得電芯大面積和冷卻板接觸，換熱能力較一般水平提升70%。從電芯單體到系統(tǒng)安全的全面提升，以及在制造效率、成本、空間功能集成設(shè)計(jì)上的提升，使得其在續(xù)航、成本、安全、制造等方面具有綜合優(yōu)勢(shì)。
事實(shí)上，隨著技術(shù)不斷成熟，電芯、電池系統(tǒng)的創(chuàng)新共性也愈發(fā)明朗。比如，極致性能、極致安全、極致效率、極致降本和極限制造的追求，已經(jīng)成為大家努力的方向。而基于上述目標(biāo)追求，龍鱗甲電池采用了多重前沿技術(shù)的大膽創(chuàng)新和應(yīng)用，小編整理如下：
1、電芯，底部防爆閥設(shè)計(jì)未來(lái)或成趨勢(shì)。
龍鱗甲電池系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是，在電芯的防爆閥設(shè)計(jì)上，對(duì)傳統(tǒng)方形設(shè)計(jì)進(jìn)行了一個(gè)大的革新：龍鱗甲使用的短刀電芯采用了防爆閥置于電芯底部的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
據(jù)蜂巢能源相關(guān)負(fù)責(zé)人現(xiàn)場(chǎng)介紹，傳統(tǒng)電芯防爆閥在頂部，對(duì)于電池包設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，在單個(gè)電芯熱失控過(guò)程中，就要求防爆閥上方要預(yù)留泄壓通道，將電池?zé)崾Э貒娦刮镆龑?dǎo)到側(cè)面或者底部排除。而這些高溫噴泄物極易蔓延到相鄰電芯或者電氣單元，使得電池包安全隱患增加。
短刀電芯防爆閥設(shè)計(jì)在底部，一旦發(fā)生某個(gè)電芯熱失控可快速實(shí)現(xiàn)定向泄壓，噴發(fā)物可按指定方向、通過(guò)最優(yōu)的通道迅速排出，不會(huì)蔓延至周邊電芯。
在將防爆閥布置在底部的同時(shí)，龍鱗甲電芯還通過(guò)加大防爆閥面積、增加防爆閥數(shù)量、優(yōu)化防爆閥的位置，加快泄壓速度。這樣帶來(lái)的好處是，電芯在熱失控環(huán)境下的最高溫度可以大幅降低。另從傳導(dǎo)的角度來(lái)看，電芯溫度降低后，對(duì)相鄰電芯的連鎖反應(yīng)也會(huì)減弱。
從系統(tǒng)層面來(lái)看，電芯防爆閥在底部，可以將原本在上方堆砌的結(jié)構(gòu)防護(hù)、熱失控排氣等功能模塊，全部集成到了底部空間里，既提升了電池系統(tǒng)安全性，也使得集成效率明顯提升。
從頭部企業(yè)的電池系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)來(lái)看，突破空間功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間“共享”，需要從電芯上下功夫，而防爆閥的設(shè)計(jì)是一大可挖掘的點(diǎn)。
值得一提的是，也有企業(yè)在設(shè)計(jì)時(shí)，電池系統(tǒng)中的電芯雖未將防爆閥設(shè)計(jì)在電芯底部，但是“電芯是倒置的”，這種布置上的倒置，也有點(diǎn)類(lèi)似“防爆閥在底部”的設(shè)計(jì)感。
另外，從特斯拉公布的Model Y 4680 CTC方案中可以看出，其圓柱電芯的防爆閥同樣也布置在電芯底部，和正極端相反，在集成時(shí)做好底部泄放空間的引導(dǎo)和固定，在電芯正極端完成電連接，熱、電空間分別在底部和頂部，再Z向分離。
可以看出，出于安全、系統(tǒng)高集成考慮，電芯防爆閥設(shè)計(jì)在底部或?qū)⒊蔀橐环N趨勢(shì)。需要指出的是，電芯底部出防爆閥優(yōu)點(diǎn)很多，但是防爆閥的設(shè)計(jì)難點(diǎn)還在于殼體：電池殼體需要做到不等壁厚。而不等壁厚殼體主要是擠壓成型的，良率較難控制，考驗(yàn)著各家企業(yè)設(shè)計(jì)、制造和工藝能力。
2、電池包，熱電分離趨勢(shì)已經(jīng)到來(lái)。
據(jù)了解，龍鱗甲電池實(shí)現(xiàn)極致安全背后，是蜂巢能源在“熱電分離”這一全新設(shè)計(jì)架構(gòu)上的探索與實(shí)踐。據(jù)蜂巢能源董事長(zhǎng)兼CEO楊紅新介紹，通過(guò)新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電芯設(shè)計(jì)、PACK設(shè)計(jì)和熱管理設(shè)計(jì)，龍鱗甲電池的熱電分離架構(gòu)可將噴發(fā)物和帶電的零部件進(jìn)行完全的物理隔離，從根本上杜絕短路風(fēng)險(xiǎn)。
據(jù)悉，龍鱗甲電池將電芯連接端布置在側(cè)面，而電芯防爆閥和泄壓在底部，從而實(shí)現(xiàn)了Y向與Z向的“熱電分離”。
采用“熱電分離”設(shè)計(jì)架構(gòu)的龍鱗甲電池，在實(shí)現(xiàn)安全升級(jí)的同時(shí)，也恰到好處地實(shí)現(xiàn)了同等空間下的系統(tǒng)效率升級(jí)。此外，采用熱電分離后，龍鱗甲所有帶電部件的絕緣防護(hù)要求會(huì)相應(yīng)降低，也可以節(jié)省一部分成本。
在本屆車(chē)展上，電池中國(guó)從多家電池企業(yè)了解到，在新電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，未來(lái)也將采用“熱電分離”設(shè)計(jì)。
值得一提的是，無(wú)論是防爆閥設(shè)置在電芯底部，還是電芯倒置，都可以節(jié)省電池包空間，提升集成效率。與其它電池系統(tǒng)不同的是，龍鱗甲電池不僅排氣和底部防護(hù)空間共用，還兼顧了“熱電分離”架構(gòu)設(shè)計(jì)，從而使得龍鱗甲電池系統(tǒng)體積成組效率達(dá)到76%。
3、制造，極致效率和良率水平正成為電池企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。
2022年中國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量接近700萬(wàn)輛，新車(chē)滲透率突破25%，從全球市場(chǎng)來(lái)看，汽車(chē)電動(dòng)化已成為非常確定性的發(fā)展方向，動(dòng)力電池需求進(jìn)入TWh級(jí)別。隨著動(dòng)力電池技術(shù)、工藝逐步成熟，電池廠家的制造能力、效率和可靠性將成為電池企業(yè)大規(guī)模、高質(zhì)量交付的關(guān)鍵。
另一方面，超高效率、一致性和標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)制造能力和體系，決定著電池企業(yè)的成本、產(chǎn)能復(fù)制、客戶(hù)響應(yīng)能力，也將是下一階段電池企業(yè)PK的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。
車(chē)展上，蜂巢能源重點(diǎn)展示了其在制造端的“飛疊”技術(shù)。
在電池技術(shù)路線(xiàn)選擇上，蜂巢能源采用疊片技術(shù)，并率先將疊片用于方形電池制造，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新迭代，從第一代疊片技術(shù)單工位疊片效率0.6秒/片，到第三代高速疊片技術(shù)“飛疊”實(shí)現(xiàn)了0.125秒/片的疊片速度，趕超卷繞效率。
蜂巢能源表示，采用第三代高效的“飛疊”技術(shù)，每GWh產(chǎn)能的投資金額可節(jié)省53%，設(shè)備單位占地節(jié)省45%以上。“4臺(tái)‘飛疊’設(shè)備在1個(gè)月可生產(chǎn)30萬(wàn)-40萬(wàn)支短刀電芯，并可根據(jù)客戶(hù)需求柔性調(diào)整?！?/span>
在一致性上，“飛疊”技術(shù)通過(guò)隔膜與極片的提前熱復(fù)合，從而消除隔膜褶皺以及極片掉粉的隱患，通過(guò)疊片與熱壓集成的方式保證電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全穩(wěn)定。蜂巢能源提供的數(shù)據(jù)顯示，公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)每一張極片100% AI視覺(jué)監(jiān)測(cè)，做到產(chǎn)品內(nèi)部零缺陷，解決了行業(yè)隔膜褶皺、對(duì)齊度不良等缺陷控制與監(jiān)測(cè)痛點(diǎn)問(wèn)題，生產(chǎn)良品率可達(dá)95%以上。
據(jù)了解，蜂巢能源“飛疊”技術(shù)已導(dǎo)入鹽城基地。
從龍鱗甲電池系統(tǒng)的創(chuàng)新來(lái)看，每個(gè)技術(shù)并非孤立，而是環(huán)環(huán)相扣，相互融合。作為蜂巢能源全新一代高安全動(dòng)力電池系統(tǒng)解決方案，龍鱗甲電池系統(tǒng)：
在電芯設(shè)計(jì)上，率先攻克了底部防爆閥設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)，并將防爆閥增加至兩個(gè)，使得排氣路徑縮短75%，散熱路徑更加均勻，泄壓時(shí)間更短，散熱速度提升了20-30%，最高溫度降低了100度左右;
在電芯制造端導(dǎo)入最新的飛疊技術(shù)，使得電芯制造效率、良率實(shí)現(xiàn)質(zhì)的躍進(jìn);
基于底部防爆閥設(shè)計(jì)，使得電池系統(tǒng)真正可以做到熱電分離，原來(lái)在兩側(cè)的排氣通道和高壓電氣連接完全分開(kāi)，并讓排氣通道縮短30-40毫米，進(jìn)而使得電池包空間能量更充分，電芯長(zhǎng)度可以做得更長(zhǎng)，電池包能量提升更多。
應(yīng)用飛疊工藝、底部防爆閥電芯、熱電分離、空間功能集成等創(chuàng)新技術(shù)，龍鱗甲電池系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了單體安全、系統(tǒng)安全的“1+1>2”的提升;使得磷酸鐵鋰?yán)m(xù)航可以做到800km，高錳鐵鎳電芯超過(guò)900公里;高鎳三元電芯續(xù)航超過(guò)1000公里，展現(xiàn)極致續(xù)航性能。
從產(chǎn)品設(shè)計(jì)，電芯開(kāi)發(fā)、制造，再到電池系統(tǒng)層面的一系列技術(shù)創(chuàng)新和落地，考驗(yàn)著一家企業(yè)背后體系化的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量管理和資本實(shí)力，而具備這些綜合優(yōu)勢(shì)的企業(yè)，往往能贏得客戶(hù)的持續(xù)合作。電池中國(guó)從現(xiàn)場(chǎng)了解到，目前龍鱗甲電池已經(jīng)拿到多個(gè)客戶(hù)定點(diǎn)。