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“无模组”电池专利排排看:谁更牛一点?

左图:宁德时代CTP配套的北汽EU5,右图:比亚迪“刀片电池”配套的比亚迪汉

去年起,“无模组”电池包突然大火。国内两大电池巨头引领潮流,宁德时代推出“CTP(Cell To Pack)”电池包;比亚迪祭出刀片电池,以无模组方式直接成组为电池包;电池新秀企业——蜂巢能源,也对外公开了CTP电池包。此外,还有一些企业也在研发类似技术。

“无模组”电池包,顾名思义,就是将电芯直接集成到电池包。

根据企业提供的数据来看,“无模组”电池包能够提升体积利用率,并降低电池包的成本。

以宁德时代为例,其CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%电池包能量密度提升了10%-15%,可达到200Wh/kg以上

比亚迪推出的则是采用磷酸铁锂的“刀片电池”,系统体积比能量提升达50%。在业内人士看来,这也是典型的“无模组”电池包。

蜂巢能源对外宣传的数据是,与传统590模组相比,蜂巢CTP第一代减少24%的零部件,第二代成组效率提升5-10%,空间利用率提升5%,零部件数量再减少22%。

从数据上看,取消模组的好处显而易见,但是否会带来新的问题?“无模组”电池包是否没有模组结构?各家技术路线有何异同?对业界可能带来什么影响?

1.“无模组”到底有没有模组?

家家都说“无模组”,是真的都没有模组吗?

例如,根据宁德时代专利 CN 209658278 U来看,其CTP电池包就是有模组的。根据摘要所述,宁德时代电池包包含两个以上的电池模组

资料来源:宁德时代专利 CN 209658278 U

比亚迪的“刀片电池”组成电池包,兼容有模组和无模组两种形式。无模组模式下,电芯本身承担一部分模组功能,做大了容量,但又提升了空间利用率,减少了材料和内耗;有模组的情况下,模组结构不包含端板和侧板等结构,也比传统模组有所提升。

从比亚迪“刀片电池”多个专利来看,首先,电芯长度远比一般要长,形如刀片。在比亚迪专利CN 110518174 A中,长度为400~2500mm。

资料来源:比亚迪专利CN 110518174 A  注:100为电芯,即“刀片电池”

其次,“刀片电池”内部多个极芯串联。和电芯组成模组相比,同样是提升电压和容量,但减少了外壳以及外部安装结构,提高了空间利用率,保证了动力电池包的整体容量;同时,还减少了外部动力连接件的使用,降低内耗。

资料来源:比亚迪专利CN 110518174 A

第三,基于“刀片电池”,既可以做无模组电池包,也可以做有模组电池包。我们分析,无模组主要应用于乘用车,有模组电池包主要应用于商用车。

资料来源:比亚迪专利 CN110518156 A

第四,即便是有模组的电池包,基于“刀片电池”,该模组也能比常规模组节约一些结构件,同样达到提升体积能量密度的功能。

资料来源:比亚迪专利CN 209389112 U

蜂巢能源的CTP电池包专利CN 109728219 A,其本身描述的就是一个电池模组。蜂巢能源主要是通过加强梁和端板的集成在一起,使电池包的结构更加紧凑,为电池包提升强度、降重。

资料来源:蜂巢能源专利 CN 109728219 A

他们的模组和传统模组有何不同?

一般来讲,电池模组基本组成包括:模组控制、电池单体、导电连接件、塑料框架、冷板、冷却管道、两端的压板,以及一套将这些构件组合到一起的紧固件。其中两端的压板除了起到聚拢单体电芯,提供一定压力的作用以外,有时还会将模组与电池包的固定结构设计在上面。

上述企业的电池包只是在某种程度上,减少了电池模组的部件,例如端板、侧板,并且将电池模组做得比较大。

在某电池系统生产企业总经理张先生看来,这些“无模组”的电池包,多数而言,更准确的说法应该是简易模组或者大模组,最终目标是减少电池包空间上的浪费,并减少一些多余的重量,从而达到提升电池系统的能量密度的目的。


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