孚能科技：重新定义软包电池系统
王 凌方
一直以来，在中国软包电芯都是相对边缘的存在。
电芯体积小、成组效率低、制造难度大，成为中国车企选择最少的电芯品种。
在宁德时代、比亚迪方形电池的大规模生产拉动下，方形电池一时风头无两，软包电池的市占率不断降低，走向边缘。
那么软包电池的短板能否解决？
孚能科技给出了解决方案，其发布的SPS电池技术，新SPS软包动力电池采用半固态+直接集成+冷却板承载模式。
这一模式不仅将软包电芯做大，而且以75%体积利用率更是超过了宁德时代的麒麟电池，并通过无模组技术和大电芯，将制造成本大幅降低，而且在热管理和电池包厚度方面表现都颇为出众。
01
体积利用率比方形、圆柱更高
在此之前，成组效率低，是车企和系统集成商常提到的软包短板之一。
近几年，在材料技术进展缓慢的情况下，车企和电池企业开始在电池包结构上做文章，通过简化结构来提升电芯的占比，以提升电池能量密度。
在他们看来，无模组已经成为发展的主流趋势，而软包结构强度不足，因此模组就不能取消。虽然软包电芯的能量密度不低，但是复杂的模组结构稀释了这一优势。
孚能科技解决了软包成组难题，做成了无模组的软包电池结构，实现了电芯与集成到PACK甚至汽车底盘集成的方式。
具体来看，孚能科技通过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，起到电芯的支撑和隔热的作用。
软包电池也通过无模组的方式，使得电芯在电池包中的占比大幅提升，成组效率大幅提高。
孚能科技电池包体积利用率提升至75%，打破了宁德时代72%的纪录。
体积利用率当然也比4680表现更为出色。相比4680系统，SPS系统体积利用率高了12%。更重要的是SPS的循环寿命是4680系统的3倍。
对此，孚能科技董事长王瑀还举了一个例子，孚能科技已有客户，只要采用其最新的SPS的设计，电量直升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。
至此，孚能科技的SPS电池系统已经明显超过了方形电池和4680电池系统的能量密度。
02
成本低、灵活性高
SPS电池包的另两个优势是成本低和灵活性高。
（1）成本低
一直以来软包电池因为采用铝塑膜的封装模式，可选供应商有限，造成单位成本较高。
目前中国铝塑膜市场主要由日本DNP、日本昭和、日本T&T、韩国栗村等海外企业主导，占据约70%的市场份额。国产铝塑膜则在近两年才逐渐开始批量应用。
不过，国产铝塑膜企业正在崛起，随着市场规模的不断提升和供应商技术也在不断提高，铝塑膜的短板正在逐渐补强。
除了材料成本本身下降的趋势，孚能科技通过设计和制造来进一步降低成本。具体来看，就是通过无模组技术、柔性生产等方式等方式降本。
首先，没有模组并将电芯做大，零部件数量减少很多，孚能科技的生产成本也会大幅下降；
其次，电池包结构的简化也会节省一大笔材料成本；
第三，柔性化的产线带来了一次性设备投资的减少；
第四，厂房面积减少，这是由于柔性化的产线，以及减少的零件数生产带来的好处。
王瑀曾经在发布会上表示，使用SPS方案的话，电池技术的迭代将非常轻松，通过整车底盘共平台设计，设计大幅简化、投资明显降低。
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。
（2）灵活性强
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，孚能科技可以通过调节卧式布置的大软包电芯厚度，灵活调节PACK厚度，从而达到调节电池系统的底盘高度的作用。
同款底盘，大软包系统的高度可以在85mm到145mm灵活调节，只需要对液冷板高度进行调整，通过搭载不同能量密度的大软包电芯，让电池系统拥有从80kWh到150kWh的不同容量，满足从性能轿跑到城市皮卡的电动化需求。
SPS的多种兼容包括同款电芯高度可调，同款底盘高度可变，为车企在多种车型的同平台/架构开发带来便利性。
此外，孚能科技采用的是全极耳设计的电芯，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。
当然除了全极耳设计，还可以选择各种出极耳的方向，例如上下出极耳，也可以侧面出极耳，甚至四面出极耳。
这里与麒麟电池做个对比会发现两者的相似点，都是可以包容不同材料体系的电芯，这得益于两者都在电池的热管理方面表现优秀。
不过，麒麟电池采用的是方形电芯，虽然也可以作为标准电芯使用，但是底盘的高度灵活性稍显不足。
孚能科技SPS的灵活性还体现在材料体系上，可以涵盖磷酸铁锂、三元甚至钠离子等多种材料。孚能科技可以根据客户需求轻松更换材料体系。
03
NO-TP不输麒麟电池，快充效果更佳
随着无模组技术的普及，没有模组的阻隔，电芯之间密度更高，热失控的危害就更加明显。也因此，电池企业将NO-TP（热失控不扩散）作为了终极目标。
其实早在2020年，孚能科技在广汽Aion V项目运用的523体系已实现“永不起火”。此次在SPS系统上进一步升级了这一技术。
在SPS系统中，孚能科技对电芯上下、左右、侧面都进行了防护，做到六面防护。同时液冷板又有专门的排气通道，一个电池在实现热失控的情况下，那么它自动排出，对周边上下左右电池都不受到影响。
孚能科技采用立式液冷板，下图中蓝色部分应该就是SPS电池包的液冷系统，这样可以做到电芯两面液冷，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。
电芯两侧的液冷板也可作为结构件起到结构支撑作用。按照王瑀的说法，电芯周边都是铝箔、铜箔，如果需要，电芯可以做到四面冷却。这样SPS电池系统与其以前大模组模式相比，热效率提升了4倍。
这个冷却思路和宁德时代的麒麟电池有异曲同工之妙，都采用了立式液冷结构，加大了冷却面积。
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。
这就为SPS系统的快充打下了基础。根据孚能科技的数据，SPS系统具备从2.4C到5C甚至更高的充放电倍率。
热管理离不开BMS的参与。SPS上使用了孚能科技研发的第三代BMS。第三代BMS拥有更好的芯片和人工智能，处于行业领先水平。
回顾孚能科技三代BMS的发展，其算法和智能化程度都在迭代优化。
第一代BMS通过硬件及常规算法进行电池保护；第二代BMS的软件实现了SOX等算法的自学习特性，能自动制定电池策略，提升安全性和续航里程，并可通过FOTA实现升级；第三代BMS的核心是云地结合大数据，可以依据实时大数据模型实现安全保护、个性化驾驶等性能提升，并实现无缝更新模型。
根据不完全统计，目前孚能科技BMS所监控车辆的总行驶里程接近50亿公里，可绕地球赤道超过125,000圈。
除了防护，孚能科技从电池本征特点着手，向固态电池发展，因为有机电解液被认为是电池热失控的“罪魁祸首”。孚能科技目前研发的半固态电池，减少了电解液的比例，有效提升了安全性，单个的半固态电芯可以做到热失控时不冒烟，且温度可控制在45摄氏度，甚至可以拿在手里。
04
电池回收更便捷
有责任感的企业，必然会考虑电池的回收问题。
尤其在原材料上涨的大背景下，电池材料回收已经具备经济性和环境效益。
孚能科技可为电池全生命周期提供闭环的电池回收技术。
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。
如果孚能科技能够有效回收电池，那么整体材料成本有望继续下降，同时也为降碳减排做出贡献。
05
方形电芯靠向软包
虽然软包电池在国内的比例一直不高，但其实方形电池在设计形态上都在不断接近软包，向长薄化发展。典型代表就是比亚迪的刀片电池和蜂巢能源的短刀片。
例如，比亚迪刀片电池的电芯较传统电芯，长度明显提升，同时厚度也变为传统电芯的五分之一左右。
尤其在比亚迪DMI车型上，刀片电芯内部采用了铝塑膜，已经是典型的软包电芯了，只是外面再加上铝制壳体。
可以说，方形电池从形态上越来越接近软包电池。
从工艺方面来说，软包电池的叠片工艺应用更普遍，且工艺成熟度更高；方形电池企业是在近几年才开始应用，在工艺成熟度上或许还不如软包电池企业。
由此可以看到，虽然软包电池实际份额并不高，但是其技术的应用规模远高于市场占比，而随着半固态电池进入应用阶段，以及固态电池方向的发展，软包工艺优势将更加明显。毕竟固态电池用软包可以有效提升能量密度和降低成本，而且循环更好。
孚能科技SPS技术让业内看到了软包电池的更多可能性。此次技术进步或许能够将软包电池，从动力电池的边缘技术拉回主流。孚能科技的SPS系统将成为宁德时代麒麟电池的有力竞争者。
