龙鳞甲电池领衔,蜂巢能源布局下一步

原创 汽车电子设计 2022-12-21 09:04


我是第三次去参加蜂巢能源的电池日,这次的主题是“乘蜂·驭未来”。随着蜂巢能源一步步从一个创新型的电池企业,变为一个全球前十、行业主流的电池供应商,我们能从中看到蜂巢能源的蜕变。

从整个大脉络来看:


● 蜂巢通过发布龙鳞甲电池,以产品为中心,务实推进产业化。产品能不能打,有没有竞争力,是衡量一个企业有没有行业价值的最重要指标。


● 在制造技术领域,蜂巢的第三代叠片技术也取了一个好听的名字,“飞叠”技术。新技术提升了生产效率——衡量一家成熟的电池企业的标志,是能否把产量拉起来。蜂巢这次也是务实在推进制造基地布局,并且拉升电池产量。


● 在下游客户需求上,提前布局产品并通过产品来满足客户需求,对客户需求的洞察也是一个重要课题。动力这块,锁定长城汽车、吉利汽车、零跑汽车、东风汽车、岚图汽车、小鹏汽车、理想汽车、光束汽车、赛力斯汽车、合众新能源汽车和PSA(Stellantis集团)等知名国际汽车厂商,确定了动力电池的基本盘。由于储能领域被当成基础设施建设,目前也是和动力一起成为了双轮驱动。动力和储能两个市场,能有效应对后续基地产能拉起来以后的需求。


● 在产业生态上,逐步构建了一整套的生态来应对产量跑起来以后的局面。我们看到今年动力电池行业,最大的挑战来自于供应链。产能加速扩产的同时,保供稳链方面的工作是一样不能少的。蜂巢能源11月新开建的达州锂电零碳产业园,计划建设磷酸铁锂和无钴正极材料生产线,磷酸铁锂前驱体和电解液生产线,电池回收拆解生产线和相关配套设施。通过与多家上游供应商签署保供协议,以协议方式保障未来原材料供应的稳定性。


电池企业的经营已经需要和之前整车企业一样,充分考虑到上下游的变化,在波动中调整自己的节奏。能否洞察和适应这种波动,是衡量一个企业是否稳健的核心指标。

图1. 电池企业从战略到落地


Part 1

龙鳞甲电池


蜂巢能源整个发布会最核心的还是产品,也就是这次取名叫“龙鳞甲”的电池。现在电池取名,不是神兽,就是寓意更为坚固的龙鳞甲。电池系统设计是通过应用热电分离、空间功能集成设计等新技术,来实现了单体安全和系统安全的全面提升。通过高能量密度的设计,磷酸铁锂版本可使电动汽车的续航突破800公里,这真是不给三元留活路了😄。

图2. 蜂巢能源的龙鳞甲电池系统方案


从这套方案的路线图来看,2023年就有落地车型,应用这种技术的磷酸铁锂版本可使电动汽车的续航突破 800 公里,三元版本可以支撑1000公里续航。

图3. 续航真的不是问题


除了名字很好听,电池还应用热电分离、空间功能集成设计,具体有这五个特性:


图4. 五个核心的设计特性


 短刀电芯底部防爆阀设计

电芯热失控可快速实现定向泄压,喷发物可按指定方向、通过很短的通道迅速排出,不蔓延至周边电芯。 在普通的电池包的设计中,单个电芯的热失控的过程,电芯的防爆阀设计在顶部,因此防爆阀上方要留出泄压通道,将高温高压的喷发物引导到侧面或底部排出,过程中极易蔓延到相邻电芯导致连锁反应。在蜂巢的设计中,第一代短刀电芯的防爆阀放在了侧面,第二代放在了底部,设计了2个泄压阀的位置。


图5. 第二代短刀电芯


 电芯的底部空间使用

底部防爆阀设计将两部分空间合并可提升体积利用率,这个思路就是极致使用Z向的空间,也是实现76%的体积成组率的核心。在这里采用了高强钢+弹性支架的设计,为热失控建立安全稳定的泄压通道,提供有力的承载和防护缓冲,避免碰撞带来的电池包故障。 

从长远来看,钢铝之间的选择使用,是值得我们思考的。


图6. 底部空间的设计


● “热-电分离”设计

热失控泄压区与电源传送区各自独立,通过把泄压方向放在Z方向,电连接方向放在侧边,这两个方向解耦合,就可以大幅降低热失控时内部高压拉弧、打火的失效概率,显著提升安全性。我们传统的设计,是靠防火和绝缘的云母片;如果用这样“热-电分离”的设计,整个方案的效果就特别好。


图7. 热电设计的核心思路


给底部的空间的泄压区域开上一个个独立的口,一旦喷发以后有足够的空间容纳熔渣,这个设计可靠性提高了。


图8. 热电分离


● 双面冷却设计

让电芯大面积和冷却板接触,让冷却板迅速带走电芯的热量,换热能力提升。这种设计最早见于Smart和Lucid的设计,通过顶部水冷可以在电芯快充要求高的情况下,通过上下两层同时水冷来加快电芯热量的导出。


图9. 冷却的设计


这套系统,通过不同的兼容性,可以把各种化学体系都兼容进去。从系统来看,龙鳞甲电池的系统上盖、水冷板,可以和车身乘员舱地板融合,合三为一。这就是把电池包,往车身结构方面去考虑。通过兼容各种化学体系,可搭载在A00-C级系列车型。


Part 2

飞叠技术和基地,面向的市场


1)提升基地的制造效率:

超高速叠片技术3.0的命名——“飞叠”。蜂巢能源第一代叠片技术的效率是0.6秒/片,第二代0.45/片。而第三代“飞叠”技术效率已经在努力赶超卷绕工艺,达到0.125秒/片的效率。 相较于蜂巢能源上一代叠片机,第三代“飞叠”技术的叠片机占地面积减少达 45%,效率提升 200%以上。第三代“飞叠”技术还集成了极片放卷、裁切、热压功能、叠片 CCD 在线监测、HI-POT在线监测,实现单片不良全检。在一致性方面,采用创新压刀结构,叠片对齐精度提升。

图10. 蜂巢的飞叠技术


2)基地的联动效应

十年前,电池企业只需要推出产品技术可靠,就可以取胜;五年前,靠差异化定位取胜;但进入大规模应用的产能制造TWh时代,靠技术+制造取胜。IPO蜂巢能源计划募集资金150亿元,其中115亿元将用于推进常州、湖州、遂宁三大生产基地建设,剩余部分将被用于补充流动资金、研发中心建设项目、三元高能量密度电池及系统开发项目、无钴电池及系统开发项目等项目。招股书显示,上述三大生产基地建设资金项目总投资367.51亿元,项目建成后,公司将新增106.65GWh产能。

图11. 蜂巢的产能布局


3)供应和需求的节奏匹配:落实储能

在动力电池之外,围绕储能业务进行长远规划,实现双轮驱动。蜂巢能源将已经初步成型的生态链命名为蜂窝生态,基于“储能+”的战略规划,蜂巢能源将继续开发储能+发电、储能+电网、储能+工商业等有竞争力的方案。目前不管从类似基础设施建设的电力侧,还是2C面向全球,实现利润的可能是家用储能——中国的储能企业在动力电池的蓬勃发展下,把全世界大部分的家用储能市场垄断了。


图11 蜂巢的储能战略


4)围绕整个供需建立上游的生态

蜂巢能源第三届电池日,输出硬核科技成果。自成立以来,推出了一系列创新IP:“叠片电池”“无钴电池”“短刀电池”“蜂云平台”“车规级工厂”打造了动力电池创新引领者的形象。 蜂巢能源当前在科技创新、智能制造领域的充分投入,为的是在长期竞争中,保持优势。

————————

小结:第三次参加这个电池日,我觉得还是收获比较多。蜂巢能源无疑正在朝着科技创新、智能制造方向进发,相信在未来蜂巢能源从电池行业的创新者,成为一方电池巨头,让我们一起期待!

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