孚能“超级软包方案”面世-电动汽车观察家

孚能“超级软包方案”面世

一向低调的孚能科技放出了大招——

采用软包电池,做出了不输于方形电池集成能力的电池包,最终支持1000公里续航车型或者5C超快充的车型。

孚能科技将它称为“超级软包方案”(Super Pouch Solution,SPS)。9月9日,孚能科技在北京举行“2022孚能科技战略及新品发布会”,正式推出这一整套从电芯到系统,从制造到回收的创新解决方案。

其亮眼的地方在于,SPS系统集成度、充电倍率、安全性和标准化都很高,且成本还有竞争力。

这一基于软包电池方案,让电池封装技术路线竞争增加了变数。在宁德时代麒麟电池代表的方形路线,以及特斯拉4680圆柱电池路线之外,软包电池也在进化。

除了基于三元材料的超级软包方案之外,孚能科技董事长王瑀在发布会上还首次系统性展示了在电芯层面其他材料体系的研发路线。

孚能计划:

2023年,推出钠离子电池、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂的第一代产品;

2030年,将钠离子电池能量密度从160Wh/kg提升到220Wh/kg,磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的能量密度形成从200Wh/kg到240Wh/kg的产品覆盖;

2024年,推出250Wh/kg的低镍富锰体系产品;

2030年,低镍富锰电池密度进一步提高至290Wh/kg;

2030年,推出400-500Wh/kg的固态电池。

在产能方面,孚能科技目前规划2025年海内外产能扩充至150GWh左右。

此外,孚能在回收方面也有布局。

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标准电芯适配全系乘用车型

整个发布会围绕的着孚能科技新研发的SPS超级软包系统方案展开。

作为一款系统性设计的产品,孚能科技的SPS系统能够同款底盘、一款电芯就可适配全系乘用车型。

具体做法就是,孚能科技将软包电芯横叠,通过调节卧式布置的大软包电芯高度,灵活调节电池系统的底盘高度,使得系统高度能够在85mm到145mm之间灵活调节,只需要对液冷板高度进行调整,就可以搭载80kWh到150kWh的电量,满足从性能轿跑到城市皮卡的电动化需求。

对整车企业客户的好处是,能够缩短新车型的研发周期,在电芯、底盘等关键部件上通用性强,降低采购成本,有利于保障稳定供应。

软包电芯厚度仅有14-20mm,卧式电芯的摆放方式,给了底盘高度很大的空间,电池容量也更灵活。

此外,孚能科技采用的是无极耳设计的电芯,电池的倍率性能会更高,电芯的损耗会更低,更适合于高倍率的充电。

当然除了无极耳设计,还有各种极耳的选择方向上下出极耳,也可以侧面出极耳,甚至四面出极耳,可满足纯电动车、插电、混合动力等所有的车型。

与方形电芯或者圆柱电池方案对比可见,虽然它们也可以作为标准电芯使用,但是底盘的高度灵活性不足。

和宁德时代麒麟电池类似的是,超级软包系统也可以包容不同材料体系的电芯,在电池热管理方面都有独到之处。

02

双面液冷,三面传热

对于高能量密度的电池包,液冷已经是必选方案。

孚能科技的液冷方案,采用了立式液冷板设计,下图中蓝色部分应该就是超级软包电池包的液冷板。

电芯两面液冷,同时每片电芯下面垫着一块铝制金属板,折起的部分高度应该与电芯厚度相当,也就是说底部和两个侧面铝板起到了传热的作用,和两侧液冷板相连,带走热量。

电芯两侧的液冷板也可作为结构件起到结构支撑作用,类似于电池包的纵梁结构。

对此有业内人士认为,电池表面的热到冷却管,还要通过一个导热介质传导,冷却效率可能没有冷却管直接贴合电池表面的方案那么好。

王瑀认为,对电池来说传热很重要,积热更重要,温度高一点没问题,重要的是电芯温度均匀,才有利于延长电池的寿命。

王瑀表示,精准全面的控温让电池系统循环寿命超过3000次。

由于热管理的提升,快充性能也能提升。王瑀给出的数据显示,SPS电池系统与其以前生产的大模组模式相比,热管理效率提升了4倍,具备从2.4C到5C甚至更高的充放电倍率。

此外,在低温性能上,大软包电芯的全极耳和叠片工艺,给电芯带来更低内阻和更好的低温放电表现;液冷板和纳米保温材料的加入,均衡电池系统的内部温度;为了满足极寒条件下的正常充电,SPS应用了全新的低温快速自加热设计。

实验数据显示,在零下20摄氏度的环境中,SPS系统容量始终保持在90%以上,且充电时间缩短一半。

“这意味着600公里(续航车辆)充满之后,冬天能跑出500多公里,使未来冬天里程焦虑变成历史。”王瑀说道。

SPS电池还有一大亮点,在于热失控的管理。

王瑀表示,SPS电池对电池上下、左右、侧面都进行了防护,做到六面防护,能够做到真正的NO TP(热失控不扩散)。同时液冷板又有专门的排气通道,一个电池在热失控的情况下,高热高压气体会自动排出,对周边上下左右电池都不产生影响。

03

体积利用率创新高,达75%

SPS大软包电池系统也是一个无模组的CTP系统。

SPS系统采用高效液冷板与底盘的一体化设计,半固态大软包电芯直接集成于系统底盘,液冷板和横纵梁集成,使系统零部件减少50%,材料成本降低33%,体积利用率增加30%至75%。

这一体积利用率,比宁德时代麒麟电池说的72%,还高一点。

当然,这得益于叠片软包电芯的特性,其体积利用率本来就高于方形电池。不过,由于SPS系统每层电芯间都放置了铝片,电池包整体的重量能量密度表现或许不会很出色。

SPS系统的体积利用率当然也比4680表现更为出色,相比4680系统,SPS系统体积利用率提升了12%。

对此,王瑀举了一个例子,现在所有给客户提供的电池包,只要采用其最新的SPS设计,容量直升30%。也就是说假如搭载的是三元电池的800公里车型,新系统可以做到1000公里;搭载磷酸铁锂的500公里车型,可以做到600~700公里。

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5C甚至更高充放电倍率

根据王瑀的介绍,孚能科技的SPS系统,具备从2.4C到5C甚至更高的充放电倍率。

王瑀表示,他们的设计思路是10分钟400公里。“我们觉得10分钟400公里就能帮助客户真正解决续航和充电的焦虑问题。那么一般的人基本上开400公里下来,总得下来休息一下,喝杯咖啡对吧?那么10分钟如果满足这样的充电,基本就满足了要求,这样的话也是一个比较合理的需求。”

针对不同续驶里程车辆,孚能科技设计的快充倍率并不相同。例如600公里的车,他们提供4C电池,10分钟充到70%,达到400公里;800公里的车型,采用用3C的电池,10分钟充满50%,即400公里;对于1000公里的车,可提供2.4C的方案,10分钟充满40%来满足400公里的需求。

这是根据中国大功率充电桩布局规划来的。“我国快速充电桩的大部分布局都是在300~350kW,那么如果要满足4C 150度电车辆的充电要求,需要600千瓦的充电桩才行。(这样的设计是)为了满足客户的需求,同时又能适配大部分的充电桩,又能够与我们的电池设计达到最优解。”

05

制造成本大幅下降

性能够好,成本也要够低。

在制造端,孚能大软包电芯的投产,将大幅降低产能投资成本和制造流程费用,设备投资减少50%,厂房面积减少60%,制造能耗和费用分别降低35%和30%,极大改善了大软包电芯的投资产出比。

具体来看,设备投资直降50%,也就是说过去1亿~2亿元/GWh的投资,现在1亿元就够了,厂房面积过去2万平方米,现在1万平方米就够了。

此外,孚能科技的电池回收技术也对减碳降本有帮助。王瑀介绍说,孚能科技历时10余年开发和验证了锂电池的直接回收技术,可保留正极材料的晶体结构并再次利用,进一步降低成本和能耗,并将材料利用率提升至99%以上。

根据美国第三方实验室数据,掺入25%直接回收的正极材料制成的电芯与全新正极材料制成的电芯,在性能表现上无明显差异。

最后,在孚能科技的产能规划方面,王瑀表示,计划在中国布置130GWh的产能,已确定的地方分别是江西赣州、江苏镇江和安徽芜湖。其中,江西赣州计划46GWh产能,已有4GWh的产能,和吉利合作的12GWh的产能即将建成,另外,自身规划的30GWh的新增产能的建设工作也已经启动。

江苏镇江有24GWh产能,已经全部建成投产。安徽芜湖规划建设24GWh的产能。另外,孚能还计划在西南地区建设36GWh的产能以辐射西部大市场。

海外建厂方面,目前孚能科技已确定在欧洲的德国和土耳其建厂,合计有16GWh产能规划,其中,土耳其工厂已经开始建设。

当然,实际的产能建设情况,会根据具体条件的变化而有所调整,最终以孚能科技官方公告为准。

不得不说,这是一场内容非常丰富的发布会。孚能科技的电池系统设计也比较合理,做到了安全、性能,并兼顾了成本。

如果孚能科技的半固态电池能够如期落地,此次祭出的SPS电池系统极可能成为接下来车企争相采用的产品,一举帮助孚能科技扭转客户数量少且集中的不利局面。

也期待更多电池企业奉献出更好的产品设计。

本文由 电动汽车观察家 作者:王 凌方 发表,其版权均为 电动汽车观察家 所有,文章内容系作者个人观点,不代表 电动汽车观察家 对观点赞同或支持。如需转载,请注明文章来源。
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