CTP(Cell to Pack)和刀片电池是什么意思,它们有什么优点?
从2019下半年开始,宁德时代CTP(Cell to Pack)与比亚迪的刀片电池技术进入大众视野,备受各方面的关注。
简单来说,宁德CTP与刀片电池(GCTP)的技术思路上是一致的:在原有的基础上,通过单体设计和集成形式的优化,将原有的单体—模组—电池包的三层结构,改进为由大单体—电池包两层结构。
传统电池包的成组效率是电池系统能量密度提升的一个瓶颈。
这是一个典型的电池包「三层结构」示意图,左边是电池单体(Cell)组成的电池模组(Module),其中除了电池单体外,还包括金属盖板端板、线束、粘合剂、导热胶、模组控制单元等等零部件,组合在一起,形成了一个电池模组。图右,是由若干模组构成的电池包(Pack),电池包层面的零部件包括热管理系统、线束、控制器、外壳等等。
这样的三层结构是典型的动力电池包都具有的,一方面是保护、支撑、集成了电芯,另一方面各个模组独立管理了部分电芯,有助于温度控制、防止热失控传播、同时便于维修。但模组的存在,使得整个电池包的空间利用率有所下降,导致了成组效率的低水平——模组越多,零部件越多,成组效率也就越低。在单体能量密度突破300Wh/kg的同时,受限于传统电池包的成组方式,电池系统层面的能量密度仍处于160Wh/kg左右。
因此,将模组做大做少,乃至于无模组,是近年来电池系统工艺设计层面的主要关注点,特斯拉Model 3的大模组也反映了这一趋势。但与此同时,「无模组」就有着更高的技术难度,意味着对电池单体的质量和一致性的要求更高。
成组效率的提升,使得CTP具备了多方面的优点:
1. 长里程:电池包能量密度的提升,直接让整车续驶里程得到改善。在相同的条件下,CTP电池包的系统能量密度有着10-15%的提升;而比亚迪刀片电池则将磷酸铁锂电池(LFP)包的体积能量密度提升50%至160Wh/kg,与三元电池(NCM)相比也极具竞争力。
2. 高安全:伴随着能量密度的不断升级,电池的安全性上所面临的风险随之上升。而CTP在电池包层面对能量密度的提升,意味着在电池单体层面使用安全性成熟的普通三元、甚至磷酸铁锂电池就可以实现充裕的续驶里程。在同样的里程效果下,整车的安全性无疑得到改善。
3. 低成本:从成本来看,由于省去了模组环节的线束、盖板等零部件,整个电池包零件数量减少了40%,生产效率提升了50%,物料成本与制造成本将得到降低。而如果使用成本更低的磷酸铁锂电池,相较于传统的三元电池包,整个电池包的成本还将进一步下降。
虽然在技术层面可能存在着电池包强度、维修等挑战,但上述优势也会随着CTP技术的广泛探索和使用,而更加显著。