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新能源汽车电池包轻量化概述

电动汽车的电池包

电池系统是新能源汽车核心动力来源,为整车提供驱动电能,由电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和电池管理系统BMS组成。电芯按照一定的规律串并联组成模组,模组有序排列在电池箱体内,由BMS、热管理系统进行监控,以确保电池包系统的安全及持续输出。

图5 电池包组成

根据我们之前研究主机厂的汽车轻量化方法,汽车轻量化从材料、结构、制造工艺等几个方面进行。电池包作为纯电动汽车的重要组成部件,它的轻量化也应该这几个方面来着手。

图6 电池系统轻量化路径

信息来源:宇通客车

结构优化

此处主要以电池芯体的结构优化为例说明。

目前汽车的电池单体有圆柱形、方形、软包电池,如下图所示,2018年的数据是方形最多,圆柱紧随软包。

图7 汽车电池单体外形及应用情况

信息来源:起点研究

特斯拉Model 3将原来的18650改成了21700,电池的能量密度约提升20%(250→300Wh/kg),增大了单体的尺寸,进而使整包轻量化。

图8 特斯拉Model 3电池单体升级

信息来源:汽车大漫谈

方形电池外壳一般为铝质,可通过减薄外壳的厚度来实现减重,当然也可以通过放大尺寸来实现。例如,将铝壳的材料壁厚由0.8mm调整到0.5-0.6mm,进而单个铝壳可减重20%以上。

图9 方形电池单体

信息来源:深圳瑞德丰

软包电芯单体也有做大的趋势,而且软包是追求高能量密度的必由之路,铁电池能量密度较低,方形电池又很难标准化。2018年的电池能量密度要求做到140 Wh/kg,而2019年据说要做到180 Wh/kg,下图为宁德时代的产品规划。

图10 宁德时代产品路线图

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