比亚迪-弗迪电池混动技术应用
发布时间:2021-6-24 10:15阅读:524
一、弗迪电池总体情况
1、公司概况

弗迪从1995年开始做电池业务,至今已经有26年,从电池延伸到材料、Pack,是比亚迪旗下一个非常全面的子公司。公司旗下有4个事业部,已经有14个基地(三个中心10个工厂),超过4万名员工,销售额超过250亿元。

弗迪电池持续投入研发,每年拿出年销售的7%投入研发。截止2020年12月,弗迪电池共有4382名研发人员,其中博士150名,硕士750名。截止2021年3月,已经累积5293项专利,拥有3900台研发设备,以及13968条测试通道,并且与国内主流测试机构长期、持续合作,来支持电池的研发。
(说明:从原材料、半成品、成品、模组、Pack等各个环节都需要测试,所以才会有如此多的测试通道)

比亚迪在动力电池全产业链布局,拥有动力电池完整的研发及生产体系。从矿山资源的投资合作,到核心原材料的开发制造,比如隔膜、磷酸铁锂核心材料(不仅仅是自己生产也从供应商采购),有自己的装配制造工厂提供工艺研发的支持(也与供应商合作,比如大型的卷绕机等设备厂商合作进行工艺研发),也有电芯、模组、BMS、Pack等设计制造,以及最重的动力电池梯次利用,可以说属于从矿石到梯次利用的动力电池全生命周期的开发能力。

弗迪电池内部共有5个模块涉足动力电池的全面研发:电池开发中心、材料与机理研究(隶属于电池开发中心)、原材料开发中心、中央研究院与仿真中心。其中,中央研究院主要是做基础评测与研究,仿真中心主要做热力、场、磁等各种类型的仿真。

目前比亚迪形成了稳健的产能供应,已经建成的有西安、重庆、惠州、深圳、青海、蚌埠、长沙等工厂(其中,长沙工厂已经形成产能),目前在建的有贵阳工厂;还有两个成型的开发中心,深圳开发中心和上海开发中心,目前重庆的开发中心是规划有3000多名研发工程的研发基地,目前已经开始在筹备过程中。
(说明:昨天的那张动力电池产能的规划图,就是来自于此。但关于比亚迪具体的产能规划图为年初版本的资料,并未进一步作出更新,同时具体的产能规划由于涉及经营,演讲人并未具体提及。2025年120GWh的产能规划仅仅作为图示,不作为正式的、官方的表达)

比亚迪电动车的单车最长行驶里程已经突破100万公里。
个人注释:图表显示的弗迪电池2020年动力电池装机量为11.9GWh,比亚迪公布的2020年新能源汽车动力电池及储能电池装机总量 、为12.598GWh,相差的0.698GWh应该就是2020年比亚迪储能电池的装机量了。可以说,储能在比亚迪的电池体系里,占比太小了。
2、开发安全理念

弗迪认为的安全理念是:从单体、模组、电池包、与系统,4个层级构建全方位的动力电池体系,从电安全、机械安全、热安全、环境可靠性、气体可燃性,5大方面进行安全评价验证,并且针对内部短路、外部短路、过充、碰撞、高压、连接(电连接、密封)、危险气体,7重维度保障开发安全,更重要的是比亚迪的测试体系覆盖面远高于现行国标的要求。
弗迪用精益求精的过程保障,以及严苛的测试体系来保障动力电池的安全性。
3、弗迪混动产品

弗迪按照使用场景的不同,提供12v电池、48V轻混电池(MHEV)、 HEV(混动)电池、 PHEV(插混)电池。不同的产品对应的循环充电次数以及能量密度都各有不同。
个人注释:目前从演讲表达与市场数据相互映证,弗迪电池的电池外供主要是HEV、48V和12V产品为主,EV电池的外供目前集中于红旗的产品,未来主要放量大概率在与丰田的合资。
二、弗迪PHEV开发

PHEV是弗迪早起的产品之一,从2003年开始做三元锂电池的技术研发,到2005年磷酸铁锂动力电池的搭载上市;2008年搭载DM1.0的F3DM上市;2013年DM2.0产品量产,主要搭载于秦、唐DM产品;2016年DM3.0产品量产,应用于王朝全系车型;2021年DM4.0产品量产,分为DM-i与DM-p两种技术路线。目前DM-i能够实现比燃油车低20%的能耗水平,相关电池产品正在加急生产以满足市场需求。
1、刀片电池混动的7S安全理念

刀片电池又分为功率型刀片与能量型刀片,纯电车型应用能量型刀片,主要是单电芯的模式;混动车型用功率型刀片,主要是高电压的模式;功率型刀片是几节电池串联的状态,相当于电芯软包串联成为刀片类似于一个小“模组”的概念,不再需要做模组的堆叠、连接等,能够极大提高成组效率。
功率型刀片电池有7开发个理念:成本、安全、强度、功率、低温、寿命、续航。

超级成本
在材料层级,选取磷酸铁锂电池,减少对于钴、镍等金属的需求。同时,磷酸铁锂电池成本也远低于三元锂电池。
包体层级:实现了从电芯到模组的CTP成组模式,是的零件种类减少40%,零件数量减少70%,体积利用率提升50%,总体成本降低30%。
超级安全

本征安全:
LFP与NCM相比的优点核心在以下三点:第一,NCM的触发点在180-250度左右,而 LFP的触发点在500度左右。NCM分解时会产生氧气,非常容易引发连锁式的反应。而LFP触发需要500度的温度,而且不是连续性的反应;第二,NCM放热速率远远大于LFP,发生分解的速度快;第三,NCM总放热量大于LFP,同样1克的材料,NCM的放热量时LFP的几十倍。
产品安全:
通过针刺实验,来进一步验证电池的安全性能。产热少、不会发生着火爆炸等热失控现象。

包体安全:
通过针刺实验,包体未发生起火、燃烧、爆炸现象,只是出现冒烟现象,针刺15分钟后电池烟雾消失,未发生热扩散;试验后拆包,包内没有烟渍和灰尘。
超级强度

通过模拟仿真,100千牛的挤压测试,发现与传统电池结构相比,刀片电池的结构安全性都能够得到保证的。
超级功率

功率型刀片电池,在插混的实际运用场景中,电池功率需求在100KW左右,充电倍率方面在10-20C就能够满足实用需求。
对于功率型刀片电池而言在具体的实用体验上,可以转化为三个方面。一个方面是,保证电池在不同SOC状态下的功率输出;第二个方面是,保证在不同温度下的功率输出;第三个方面是,保证30分钟快充的充满的体验。
超级低温

基于电池包整体来评测低温性能。虽然磷酸铁锂从材料层面,在低温状态下活性相对有限,但通过电解液的改善磷酸铁锂的低温性能,同时开发电池包自加热技术,通过快速的电池充放电,利用电池自身阻抗加热电池包,能够保证在短期内迅速提升电池包温度。
这相当于在外部环境零下10摄氏度的状态下,电池包保持在零上5摄氏度的性能表现。这大大提升了消费者在纯电使用过程中的整体体验。
超级寿命

从循环次数方面,LFP远远优于NCM的。主要原因在于随着循环次数的增加,会产生析锂现象,并导致NCM的活性降低。而LFP则随着循环次数的增加,变得越来越稳定。
超级续航

对于DM-i车型纯电的续航里程,比亚迪设定了不同的应用标准。不仅能够满足政策的导向性需求,也能够满足更多的使用场景。
个人注释:曝光了两个关键信息。
第一,预计下一代DM-i将对打造更大容量的电池,续航将会全面提升,起步续航从50提升到100公里,高版本续航将会从120公里提升到200公里。
第二,预计下一代DM-i将会推出540V高电压充电平台。(如果DMI都是用高压充电平台了,纯电的高压平台还远么?)
三、xHEV开发进展
1、 xHEV的发展历程

xHEV可以分为三个类型,12V低压启动或者备用电池,48V低压辅助动力电池以及作为HEV的高压动力电池。
目前来看12V低压启动或者备用电池主要是替换现有的铅酸电池。对于整车无铅化来说,具备明显的市场空间,特别是欧洲市场对于12V和48V电池的需求非常旺盛。弗迪也拿到了很多海外客户订单。
弗迪12V电池是服务于比亚迪整车无铅化的战,并作为DM的产品配套而开发的。所以12V电池产品会落后DM-i一代。目前比亚迪的全部混动车型及部分纯电车型采用了弗迪开发的12V电池,
弗迪的HEV&48V电池,目前已经开发出4代产品。目前第四代产品,已经与国际知名厂商合作,已经走入量产阶段(个人判断有可能是丰田)。目前HEV系统已经与日系、美系车企合作以及部分国内客户已经进入批量生产阶段(长城是其中之一),48V产品与欧系品牌合作为主。

目前正在开发第五代产品,NCM与LFP体系并行开发,目标是实现高功率,更优秀的低温性能。
2、xHEV典型客户需求

主要分为五类核心需求:超高功率、超级低温、超长寿命、超级可靠性、超级安全。
超高功率:加速动力、回馈功能需要满足50C的充电倍率和60C的放电倍率(25摄氏度时);以及工况状态时达到30C的脉冲电流。
超级低温:工作范围需要满足极端寒冷于炎热,在零下30度的低温下能够保证不低于10C的倍率性能(短期)。
超长寿命:30%-80%SOC范围内,能够保证3万次的循环使用寿命,个别企业甚至要求达到4万次的循环使用寿命,保证在整车生命周期内,不更换电池。
3、弗迪HEV Pack 产品

NCM和LFP两条路线(以及风冷与液冷)同步在做。目前NCM的产品已经量产,正在稳定的供货。LFP产品目前还在开发过程中,已经有很多意向客户与弗迪一起共同参与开发。
4、48V Pack 产品

弗迪主攻P0与P2两个方向(电机位置不同),目前来看国内主要是P0方向,国外主要是P2方向。P0主要采用NCM被动冷却的方式,P2产品已经与客户进行到D样的生产阶段,预计很快就能全面量产。
5、12V 产品

目前已经有三代产品,2017年50Ah产品,满足多种功能的需求(-18度冷启动、带动2.0T发动机、平衡低压用电器等一系列功能),既需要兼顾应用环境的高温需求,也需要满足使用环境的低温需求,导致产品成本控制难度极高。

第二代产品,降低部分使用需求(加入BSG),保留关键性能。从50Ah降低到25Ah,再到13Ah。甚至部分合作的主机厂希望做出10Ah以下的产品。
6、xHEV产品的特性
超级功率 :2S做到120C倍率
超级低温:零下40度,5C的放电能力
超级寿命:3-4万次区间循环(30-80%)
超级安全:材料安全、化学安全、极端安全,全生命周期无枝晶风险。
写在最后的感受:
1、弗迪电池立足比亚迪的需求,在整体动力电池产能扩张方面,远较宁德(TOP1)、甚至蜂巢(二线龙头)保守。以宁德为例,到2023年的规划产能已经突破180GWh,蜂巢的产能规划在2023年也达到了148GWh。目前测算的比亚迪到2023年的产能规划在120GWh(2020年上市公司公告产能为66GWh)。
2、对于下一代DM-i产品,比亚迪已经进行了足够的储备(等待市场时机以及政策补贴的要求)。首先,将拥有更大容量的电池,续航将会全面提升,起步续航从50提升到100公里,高版本续航将会从120公里提升到200公里;其次,将会推出超过540V高电压充电平台。(如果DMI都是用高压充电平台了,纯电的高压平台还远么?)
3、2020年,比亚迪的储能电池装机量在0.698GWh,在总体12.598GWh装机量的5.5%。比亚迪目前的动力电池外供主要以HEV、48V、12V三类产品为主(单体容量相对较小),EV电池外供量产主要是红旗品牌,预计2022年将会产生更大批量的电池供应。
4、比亚迪在电池安全方面所下的功夫以及研究的深度、以及技术的储备,所依托的研发池,专利池,已经搭建起具有足够高,足够强的护城河。
温馨提示:投资有风险,选择需谨慎。
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