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磷酸铁锂电芯尺寸进化方向

2020/03/30
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引言:这段时间我在关注淘宝里面拆机的 LFP 电芯,也发现了一些规律,结合行业装机的情况,在目前的尺寸和容量数据来看,目前方壳电芯的工艺改进的速度还是很快的,就磷酸铁锂而言,在 72*173*200 的厚度上,从 2018 年的 240Ah 进步到 2019 年的 271Ah,再到今年逐步上量的 302Ah。通过与一位友人交流我们发现有一颗电芯的尺寸比较奇特,按照尺寸和潜在的成组方式,我们初步判断这颗电芯是可能给特斯拉的,其尺寸为 82mm*38mm353mm,容量未知。

备注:这个是我们根据电芯尺寸的猜测,倒腾旧电池的他并不清楚这个电芯是给谁用的

01 乘用车使用疑似产品的电芯尺寸

                  

 如下图所示,这颗电池和目前看到的 iX3 的电芯是有一些共性的,和我们目前使用的 148mm 宽度的电芯有很大的差异,比 MEB 系列 220mm 的电芯,iX3 的 300mm 都要宽不少。为了进一步提高集成效率,这次 CATL 是把往上出极耳的方式改为了两头出,然后在两头各设置了一个泄压阀。 

图 1 一颗疑似的电芯设计 

这个电芯和 iX3 的 300mm*90mm*27mm 的 120Ah 的电芯,有一些相似性。具体的容量数据还没有,按照实际情况,体积比 iX3 的大 50%,容量在 115-120Ah 左右。 

图 2 iX3 的电芯 

在这个思路下,我也把目前能找到的大巴的电芯给找了一下,如下所示这颗目前能量密度最高的 302Ah 是从原有的规格 240Ah 一路进化下去的,按照这个体积来算,比之前那颗,体积是 2.2 倍,换算一下我们之前看的长电芯容量 137Ah,由于方壳厚+大尺寸电芯能充分利用空间,所以需要再打 85%-90%的折扣,估算下来是 120Ah 左右。 

图 3 302Ah 的 70*174*200mm 尺寸 

目前还有一款厚度为 53 的,从 202Ah 演化到 228Ah 的电芯,如果按照这个来折算如下所示,估算的结果确实和我们的计算相同。 

图 4 228Ah 的尺寸为 53*174*208mm 

 

这几款电芯的体积比较核算如下:

 

02 50kwh 核 78kwh 成组构型

      

第二部分 成组构型 如果按照 120Ah 来测算,实际可能采用串联的方式进行,如果按照 50kwh 来核算,那就需要 130 颗电芯,此时额定电压为 416V,好像有一些偏高。可能实际的容量会有一定的调整,也可能电芯的能量密度做的比较高,容量能做到 130Ah 左右,使得电压能够降下来,这个事情的核心还是这个电芯的内部设计。不过我们看到有几个特点: 

原有的模组的尺寸是 1948*323*81 和 1860*323*81,如果按照这么考虑,放肯定能放得下。 

如果考虑快充和加热特性,厚度要控制在一定的范围,不能太厚 

这个 LFP 的泄压阀设计的比较小,说明在 LFP 的设计条件下,这个电池热失控的情况可能比较好 

我觉得很大的挑战,是在这个电池包的尺寸里面,如何做 78kwh 的方案,这个可能要在三元或者做成更大的电芯才有可能,LFP 的可能性目前还不明确。要把更多的 LFP 电芯装进去真的比较难。

 

 小结:今天刀片电池有个新闻发布会,其实对比比亚迪和宁德时代这两款电芯的尺寸参数,一个更长,一个把厚度做成厚一些,我是觉得是不是比亚迪可以不做成那么长的(把电芯做成 500mm),也把叠片电芯的厚度增加到 27 左右,整个工艺问题也不会特别困难。刀片的容量是 138Ah,两个电池的容量可能也具备一定的相似性。

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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。