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极氪009的大电池:宁德时代高镍三元设计分析

2022/11/12
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宁德时代的麒麟电池确实如期而至,配合极氪汽车的纯电中大型MPV极氪009上市。我觉得这里很有意思的地方在于:

低配版本:116kWh 702km

高配版本:140kWh 822km

这个容量和亲儿子阿维塔的90-116kWh相比,又上升了一个台阶。这款电池采用了高镍加硅高比能电芯,电池包集成度非常高。这里的本质差异还是,此前宁王使用三元电池CTP技术的产品,并没有采用高镍配方,而基本采用的是中镍高电压电池。

▲图1.宁王过去主导的大能量的电池设计路径

Part 1、 麒麟电池的设计

极氪009ME版以140度电,使得MPV达到了822公里的纯电续航,这也是在宁德时代发布了第三代CTP(cell to pack)电池——麒麟电池的基础上。极氪009ME版搭载的电池在电芯材料创新方面,也确实是高调宣传电芯正极采用了高镍三元材料,并且在负极上采用了硅基负极。硅基负极材料在嵌锂过程中,存在体积膨胀严重、材料导电性差、首次库伦效应低和循环性能等问题,材料需要纳米化、碳包覆等改性处理,制作工艺复杂,目前实际的使用比较少,这一次也是把电池容量拉到最高。

从目前的设计来看,从阿维塔的CTP2.0进化到CTP3.0的主要差异就是,麒麟电池将横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一,集成为多功能弹性夹层,将电芯通过水冷板捆绑做成一组能量结构块。而主要的差异是:

面向能量密度:这个是基于400/800V系统,目前极氪对这个没太多宣传,因此电池更偏重于116kWh和140kWh两个能量的需求。

面向快充速度:这个明确是往800V来走,做快充。这个设计目前还没有正式看到。

图2.偏向容量和偏向快充的不同进化分支

 

目前发布的电池高能量密度所带来的长续航,在电池的快充上,极氪009的麒麟电池使用了快离子环、超电子网和超导电解液,并提高了散热能力,从而克服了以往电池快充的瓶颈。据刘畅延介绍,麒麟电池全球首创的电芯大面冷却技术,将传统设在底部的水冷功能件置于电芯之间,使换热面积扩大四倍,将电芯控温时间缩短至原来的一半,从10% SOC充到80%只要28分钟。如果按照按照这个速度估算,大概在2C左右的快充速度。

图3.目前快充速度对比

 

Part 2、安全方面

目前这款麒麟电池设计特殊的地方,就是依靠电芯大面冷却技术,在极端情况时,可实现电芯急速降温,有效阻隔电芯间的异常热量传导。极氪009麒麟版配备了宁德时代最新的NP 2.0技术,首创了烟气与高压主动隔离设计,彻底消除了高温烟气可能引发的高压拉弧打火隐患。也就是说目前存在多种NP技术:

NP1:这是我们看到的经典的设计,这个已经有很多的解析了。

NP2:就是看到这一代,电连接往上,底部的排放往下。

NP3:这种设计已经考虑空间结构优化,电芯排列采用倒立排列,让多个模块共用底部空间,将结构防护、高压连接、热失控排气等功能进行智能分布,效果怎么样我们还不知道。

图4.不同的NP设计

 

在目前的底部设计中,通过颠簸道路或者遇到突现障碍物时,可能存在电池磕碰的实际用车场景,采用高强度型材搭配钣金钢材,降低电池底部磕碰的风险。所以我们目前看到有几种设计:

铝壳体:用水冷板集成在壳体里面,MEB这种路线,好处是底部空间很大,坏处是需要用很多的导热胶。

铝壳钢底护板:用铝壳体来做设计,底部加一个钢板。

变种:在这里我们看到有企业开始加入弹性材料,来吸收形变。

钢壳:这是通用奥特能的做法,我现在比较欣赏这种比较简单明了的方法。

图5.防护的设计方法

 

小结:我觉得这个电池包我很期待,据说这款本来是给NIO备份用的,等NIO的半固态的效果来观察吧。

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宁德时代新能源科技股份有限公司是全球领先的锂离子电池研发制造公司,公司专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、生产和销售,致力于为全球新能源应用提供一流解决方案。

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。