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這種電芯設計會帶來什么行業(yè)變化？

2021-12-23 21:59:16·  來源：知化汽車  
　
除了4680和刀片電池，未來能看到的對行業(yè)產生重大影響的應該是大眾的標準電芯，或是寧德時代也在開發(fā)的、類似的方形電芯方案。1、現狀從行業(yè)中的交流來看，他們
除了4680和刀片電池，未來能看到的對行業(yè)產生重大影響的應該是大眾的標準電芯，或是寧德時代也在開發(fā)的、類似的方形電芯方案。
1、現狀
從行業(yè)中的交流來看，他們似乎在重點研究電芯防爆閥的布置方案。眾所周知，電芯防爆設計對于整車熱失控的防護是非常關鍵的，當前主流的電芯防護閥布置是：
（1）圓柱18650、2170電芯防爆閥位于正極端；
（2）方形電芯（輸出極在同一端），防爆閥位于輸出極這一端，垂直向上；
（3）方形電芯（輸出級分布在兩端）如刀片，防爆閥位于一端，水平布置；
（4）軟包電芯，沒有明確的泄爆方向，這也是軟包電芯熱失控比較難做的一個主要原因所在；
電芯有防爆閥的存在，能夠實現熱失控的定向排放，這樣就可以在特定的方向上進行熱失控防護設計?，F在的動向是這樣的：電芯防爆閥為什么一定在布置在頂部（即向上）？因為如果是布置在向上的頂部，在電芯成組和集成時，熱失控向上噴發(fā)，正好是對著乘員艙進行噴發(fā)，這是很危險的行為，所以現在的絕大多數產品方案，需要在電芯（模組）與上蓋之間建立起足夠的防護墻。
也因此，特斯拉Model 3在進行設計時，將電芯倒立布置在整個箱體上方，這樣在發(fā)生熱失控時，電芯會向下進行噴發(fā)，從而遠離乘員艙。
2、轉變
所以，現在意識到了這個問題，在之前，由于電芯沒有應用到電動汽車上，泄爆的方向性帶來的影響還不明顯，布置在輸出極一端成為了一種慣性設計思路延續(xù)了下來，而改變泄爆閥位置所帶來的難度也讓很多人早早地打消了念頭。用寧德時代專利的話來說，就是：
“當要解決這個問題時，很多研究人員容易想到的是將電池單體與駕駛艙之間的多個結構中的至少一個結構進行加強處理，來防止這種問題的發(fā)生。也就是說，由于上述各種問題或者其他各種問題的存在而造成的技術偏見，本領域技術人員并不會容易想到將泄壓機構設置在電池單體的其他位置來解決這個問題。這也是因為這樣的更改設計風險太大并且困難太多，這種風險和困難阻礙研究人員來將泄壓機構設置在電池單體的其他位置?！?/span>
現在因為熱失控防護的緊迫性，也是到了電芯設計集成到了結構方向上來，才讓人們有更多的精力和心思關注到這些細節(jié)層面來。
一種可行的方案是將防爆閥布置在電芯底部，這樣規(guī)避了電芯熱失控對乘員艙的直接沖擊，與此同進，在下箱體結構上做相應的疏導設計，讓泄放出來的氣體、熔融物等沿著下箱體的疏導結構排放到車輛外，這成為一個更為理想的方案。
那么，如果是基于這種電芯的設計，會帶來哪些變化？首先，整包上層空間（即模組/電芯到上蓋）的防護壓要小很多，針對這個空間的加強設計可以減少，一些目前在用的熱失控組合方案可以進一步簡化，以降低成本；
其次，下箱體，由單一的結構件將上升為功能復合件，技術和設計上要有一定的要求，下箱體要實現：結構承載作用+結構防護作用+集成冷板+泄爆疏導結構。下箱體的形態(tài)將是一種多層設計，在結構上要有足夠的強度剛度來保證電芯在箱體內的牢固固定，同時防護來自底部的機械沖擊；在熱和絕緣上，要能夠抗住電芯噴發(fā)時的超高溫、熱沖擊，要滿足與電芯、冷板接觸中的電安全（主要是絕緣），同時還要保證在某個電芯噴發(fā)時，不會通過疏導結構影響到相鄰的電芯。
最后，由于電芯底部開口（泄爆閥），那么冷板相應需要相應的有開口設計，或是采用對電芯大面進行冷卻，這使得冷板的設計、冷板的固定、冷板與下箱體的集成有了很大的技術難度。
3、先行者
盡管還不太確定，但了解的是不少企業(yè)已經在走這一步了。
（1）4680
我沒有看到實際特斯拉的4680電芯，不過針對它的CTC方案，有多位行業(yè)人士向我溝通到他們認為4680的防爆設計應該是朝下的，我也覺得這是個更為合理的方案，否則特斯拉在上蓋的熱防護壓力太大了。這也是特斯拉在電芯設計方向上一個好的迭代方式。

（2）寧德時代與VW標準電芯
VW沒有第一時間選擇寧德時代作為它標準電芯開發(fā)的首個合作伙伴，有點出乎我的意料，在我看來，VW+CATL是主導國內第三次電芯和集成技術變革的核心力量?，F在兩家在獨立開發(fā)相關的電芯方案，包括防爆閥在底部、在（水平）側立面等。
在2021年，寧德時代披露的專利中，有兩個技術系列專利是由其總裁曾總作為第一人公開的，這兩個系列專利是：（1）鈉離子電池技術與應用；（2）底部防護閥電池技術與應用。這個就像王傳福所主導的刀片電池系列專利一樣。

曾總作為第一人的核心專利可參考：
  • CN213782158U
  • CN213583979U
  • CN213026310U
  • CN213026308U
  • CN213026307U
小結：
這種電芯設計把熱失控防護的壓力進一步分擔到電芯上，提高電芯的技術門檻，基于此種方案的整包集成設計，在熱失控防護上能做得更充分，對于高鎳電芯來說是更好的選擇。與此同時，電芯的改變也必將帶來整包層面設計的調整，進而影響到上游產業(yè)格局。
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