动力电池技术解析：冬至长刀、短刀电池与叠片工艺的未来趋势

冬至长刀短刀电池

方形、软包、圆柱是目前动力电池的三种主要形态；三种不同形态的锂电池中，圆柱电池仅采用卷绕工艺，软包工艺仅采用叠片工艺。方形电池既可以采用卷绕工艺，也可以采用叠片工艺。目前，全球领先电池企业的未来产品规划正在逐步转向叠层电池。

2021年全球动力电池装机量排名前十的电池企业中，六家（LGES、比亚迪、SKon、中国新航空、远景动力、孚能科技）已布局叠片路线。

而刀片又是其中最好的，似刀非刀，长刀短刀，两个C-PK在动力电池的顶部；

选择智冷的理由及未来

比亚迪的dmi和E3.0平台()采用制冷剂直冷。以下是目前使用制冷剂直冷的整车厂和车型汇总：

1.1 BMW插电式混合动力车型，包括X1、X3、3系、5系；

1.2 Jeep 和Grand 插电式混合动力车；

1.3 宝马迷你及插电式混合动力；

1.4比亚迪全系列dmi车型，包括秦dmi、宋dmi等；

1.5海豚，比亚迪E3.0平台首款车型；

1.6 宝马 i3。

二、应用工质直冷技术的初衷和出发点

由于电池如果需要高倍率充放电，就需要对其进行高效冷却，或者考虑到漏液等因素带来的风险，小编总结了直冷技术的好处如下：

-->制冷速度快，制冷剂蒸发温度低，液冷转换少；

-->制冷效率高、能耗低，减少制冷剂与制冷剂之间的相互作用；

-->安全性高，不会像液冷那样造成短路；

-->可以减轻整车重量，节省部分零部件和制冷剂的重量；

-->降低成本，节省一些零件。

3、制冷剂直冷应用的难点

制冷剂是两相流体，直冷的发展比液冷的难度更大，主要体现在冷板设计和策略控制上。加之缺乏模拟手段、测试手段、密封手段；

4. 应用制冷剂直冷技术可节省成本

通过对比直冷和液冷的热管理架构可以发现，直冷系统可以去掉电池侧水泵（200元）、电池侧水壶（40元）、电池（300元，包括EXV）和 PT 传感器）和一些水管。考虑到铝管比塑料管贵，粗略地说，买一辆自行车可以省500多元。

不仅价格降低了，车辆的临界重量也降低了（至少制冷剂比制冷剂重很多）。重量减轻7Kg应该不成问题。

DM-i 软刀电池

比亚迪DM-i采用“软刀”电池，即在方形铝壳内串联多个裸电池，这样更容易提升整个封装的电压。 DM-i的软刀电池采用8串方案。整个电芯额定电压为25.6V，充电容量约为1.22kWh。

目前的刀片系列电池主要分为长刀、短刀、软刀和方刀。只有软刀电池采用了这种裸电芯分组的思路。本质上，公众号动力电池BMS是一把软刀。电芯相当于一个小模块。因此，我们看到软刀电池有自己独立的高低压接口。

软刀有一个严重的问题，就是漏水。由于它是由多个裸电池串联而成，连接点较多，这使得其出现电解液泄漏问题的频率较高。比亚迪去年电解液泄漏问题较多。车辆安全事故很大一部分源于此。

2、基本参数及总体布局

这里分析的是V67产品的DM-i电池组，额定容量为47.7Ah，额定电压为384V。

DM-i的外表面设有一层隔热措施。该隔热层和冷板形成上盖组件。

PS：粗略的直觉，这只是一个样本，一个热管理供应商寄来的废旧电池组的样本。隔热棉的外观其实和比亚迪的外观有很大不同；但整个绝缘的想法是正确的。

下框分为两个区域。一是电芯分组区，沿电池组轴向排列共有15颗软刀电芯。另一个区域是高低压控制区域，即配电箱和BMS。 。电芯与冷板之间设有导热胶和发热膜。

整个电池系统的平面布局和Z向结构如下：

3、直冷自热

比亚迪在DM-i系列车型中大规模引入直冷技术。关于直冷冷板的设计，我在量产车型上看到过两种解决方案。如下图所示，流道不同。这意味着冷却效率存在差异。据比亚迪方面介绍，直冷比液冷少一级热交换，使系统热交换效率提升20%。

在加热方面，比亚迪没有使用直接加热相同的冷却通道，也没有使用热泵或发动机的废热。而是首次采用了电芯脉冲自加热技术。

根据比亚迪的描述，这种脉冲自加热的原理是通过BMS电池管理系统控制电池的高频自放电，让单片电池内部发热。这样，电池组加热时，电池组的平均温度会更好，加热效率比传统液态加热高10%。

得益于软叶片的结构优势，DM-i可以实现整个系统65%的空间利用率，这使其能够更好地利用现有空间；然而，如上所述，软刀片本身内部分组存在比较大的故障问题。基于软刀的解决方案未来会如何发展，目前还不清楚。

比亚迪刀片相关专利

比亚迪的刀片电池是一种长电芯解决方案（主要指方形铝壳），通过增加电芯长度（最大长度相当于电池包宽度），使电池组进一步完善。电池单元扁平且拉长。整合效率的技术。它不是特定尺寸的电芯，而是根据不同需求将不同尺寸的电芯串联而成。具体形状如下：

正负极在两端，两端（或一端）有防爆阀。感觉就像是两端有拉环的软包装+方形铝壳。与现有的方形铝壳电芯方案相比，该电芯最明显的优势就是良好的散热效果。难点在于整个电芯的结构稳定性、内阻、注液等，尤其是结构强度方面。在后续的CTP计划中，电芯需要依靠自身来实现支撑。

对此，比亚迪主要通过成型技术、结构设计等方面的改进，提高壳体的支撑强度，同时将壳体的长宽比控制在预定范围内。此外，可以通过优化集流路径来降低单电池内阻，还可以辅以注液工艺的改进，解决单电池尺寸过长带来的注液时间长的问题。细胞。

接下来我们从专利的角度重点关注一下比亚迪的CTP解决方案。

（1）从结构上来说，下图是一个CTP解决方案的分解图。

可以看到，单排电池直接铺设在底板上。电池两端均固定在端板上。两端的框架为电池提供支撑。为了增加支撑力，可在底板上加支撑台阶。 ;电池组框架与电芯大面之间有缓冲板（侧板），为电芯提供夹紧力。该平面图中没有垂直和水平梁。还可以添加纵横梁或阻燃绝缘垫，形成多个子模块，如下：

比亚迪似乎打算利用电芯本身的强度来实现自支撑，同时依靠集成电芯的强度来增加整个电池组的结构强度，即电芯和电池组的结构强度。盒子紧密地集成为一体。这需要产品检验才能定型，对电池外壳的强度要求非常高。

(2)热管理

比亚迪为CTP提供了两种冷却解决方案。上图为液冷设计。该方案是将水冷板放置在整个电池组的顶部，与模组顶板直接接触，对电芯窄边进行冷却；为了提高导热效率，模组顶板与电芯侧之间有导热板（可能导热胶或者导热垫更合理），整个封装的温差控制在1以内°C。水冷采用U型水道设计或并联设计。

同时，电芯另一面与模组底部之间有隔热层，隔离电芯与外界的热交换，起到隔热作用。可以使用隔热棉。

这张图也展示了比亚迪CTP热失控的基本思路。进气口设计在防爆阀正对面，将热失控后的气体和火焰引导至排气通道，然后通过排气通道排放到周围环境。另外，如果有多个模块，模块之间会形成物理隔离；整个电池组外部应有平衡防爆阀；这个想法与Model S的设计是一致的。难点在于IP67和热失控通道的水侵入。腐蚀问题。

(3)CTP方案配置

从专利来看，比亚迪CTP有8种以上的解决方案，对应不同尺寸的电芯、不同的排列方式，同时还兼顾了双层电池方案；对于箱体一体化，CTP会有传统的汽车底盘和箱体分离的传统解决方案，也有两者合而为一的一体化底盘解决方案。

整个设计中，缺少另一个核心电气连接和高压配电解决方案。电气连接应该采用FPC技术，比亚迪也比较早开创了这一技术。高压配电可能会用到下图红圈的空间，有点类似于奥迪e-tron的思路比亚迪电池车，以及前端空中的一个空间，见上一节。 4张图片，与Model S类似。

比亚迪的CTP技术包含了很多信息。我们简单总结一下要点（电芯内部除外）：

（1）大型电芯、大型模组、电池壳材料/工艺是需要新技术的领域；

(2)对于CTP结构，电芯如何固定比较困难；

(3)在CTP热管理方面，首次提出了电池组顶部冷却的设计。导热胶、隔热棉等是需要改进的地方；

（4）关于CTP热失控，该方案的可靠性不是很好（该方案已经有失效案例），可能需要更多的PACK防爆阀；

（5）连接技术方面比亚迪电池车，高强结构胶可能是未来的增长领域；

(6)多功能复合材料箱产业化。

匕首中的刀

PS，我一直有疑问。比亚迪的刀片和蜂巢的刀片有什么区别？比亚迪刀片和蜂巢刀片的区别是技术水平还是市场耐用度的问题？ ！

蜂巢最新的L600电芯长度约为574mm，比亚迪的刀片约为1米。这就是所谓的长短之差吗？是不是太幼稚了？

以后还需要区分胖子和瘦子吗？

你看，蜂窝龙鳞装甲电池：