新能源白皮书：电池篇

CONTENTS E三录 2021年新能源市场迎头猛进,焕发新生机 新能源电池技术发展现况 2021年新能源市场迎头猛进，焕发新生机 这是2020年到2021年全年的新能源乘用车销量对比，可以看到2021年每个月的新能源乘用车对比去年都有长足提高，同比增长都破百。尤其是每年春节前后的销售淡季，也有极高的销售数额，同比更是达到了680%，这充分体现了2021年新能源汽车整个大环境都有非常好的一个发展趋势。在2020年疫情的冲击下，国内新能源市场在短暂的惨淡后迎来了新的机遇 从2013年开始，中国国内的新能源汽车销量在经历最开始的急速上升后，基本维持稳步增长。由于燃油车还活跃在舞台，2019年中国新能源汽车市场达到初步饱和，2020年由于疫情增车的销量有望达到600万辆，而其中乘用车可以达到550万辆。 新能源电池技术发展现况 新能源汽车动力电池的开发现阶段主要是三个方面： 1、LFP和NCM电池将共同发展 根据使用材质的差异，主流动力电池的正极大致可以分为LFP和NCM两种。LFP正极技术更加成熟，成本较低，也更加稳定，但克容量较低，导致电池能量密度不甚理想；而NCM虽然有着明显较高的克容量，但价格较贵，循环寿命显著低于LFP，安全性也存在隐患。这两种不同材质在第一次路线之争时，由于特斯拉的出色技术引领以及中国的补贴政策，是NCM胜出。但是2021年无论是电池产量还是出货增速，LFP电池都已经全面超越NCM电池，成为出货量最大的动力电池品类。因为各有优势，所以这两种电池现阶段还是会共同发展。 软包电池 圆柱电池 方形电池 虽在汽车市场上应用正在变得越来越多，但其实更为人所熟知，因为手机中的锂电池，其封装形式多为软包电池。软包电池的外壳采用的是铝塑膜材质，跟采用铝壳的方形和圆柱电池相比来说重量更轻，所以软包电池追求的是更加纤薄的体积，在同容量密度下重量也是最轻的。在缺点方面，软包电池目前需要解决标准化与成本高、高端铝塑膜严重依赖进口、致性较差等问题。 就是生活中常见的圆柱型电池。最大的优势就是“入壳比”高，因为必须在各个方向预留一定的空间让它受热膨胀，而圆柱电池因为受力更加均匀分散，入壳比能达到98%以上，这让它可以实现更高的能量密度。所以这也是为什么，几乎差不多的电池容量，特斯拉的续航往往能做到高一些不过，圆柱电池的缺点也很明显就是阻抗大，因此工作时发热更大，能量损失更多。所以对BMS的技术难度比较 是目前锂电领域应用面最广的电池国内目前主流的比亚迪、吉利、蔚来等一系列新能源车企均采用方形硬壳电池。方形电池应用面广的最重要原因之一是其供应商更多且技术难度相对较低，它的可定制化程度也更高，空间利用率更大。方形电池的劣势在于可定制自由度高，导致制造工艺不统一，每块电池的差异就会凸显‘出来。 2、LFP适用于中距离 由于能量密度高，NCM适用于远距离，因为之前讲到NCM能量密度高，所以NCM电池是远距离长续航电动车的优选项，而LFP因为安全性能更高，对于中距离电动车来讲是更好地选择。 3、固态电池和高压系统(>800V)是主要的发展趋势 固态电池就是把液态电解液变成固态的电解液，确切地说应该叫“固态电解体”。从工作原理上，固态电池和液态电池没有区别，但是从结构上来看，固态电解体既充当电解液的作用，也充当隔膜的作用。所以，电池的安全性更好，而且能量密度更高，根本就不存在正负极接触的情况。正因如此，固态电池的工作电压范围也更大，可以实现更为快速的充电，十来分钟完成充电成为可能。而高压快充架构，即增加电压把400V系统切换成800V也是未来实现电池快速充电的一种选择。而且在充电功率相同的情况下，高压架构下电池系统散热更少，热管理难度低，线束直径更小，成本也更低。 CTP,CTC技术是否未来趋势 电池“电芯-模组-整包”的三级Pack结构技术还是现在的主流。宁德时代在第十届全球新能源汽车大会上透露将于2025年前后正式推出高度集成化的CTC（CelltoChassis)电池技术。无独有偶，不少车企也提出CTC技术路线，一是去年9月马斯克在特斯拉电池日上发布的结构性电池(structuralbattery）；二是今年7月初，在沃尔沃和大众集团举办的战略发展大会上，两家传统车企巨头都不约而同地提及CTC，和特斯拉一样要把CTC作为未来技术路线的重点方向。 了解CTC之前先来看下CTP(Cell toPack)无模组技术，即是电芯直接集成到电池包内。这种电池由于省去了电池模组，电池包集成到车身地板上作为整车结构件的一部分。国内称之为CTP。相比于传统电池包，可以使体积利用率提升15%-20%，零件数量减少40%，生产效率提升50%并降低动力电池的制造成本。 目前采用CTP技术的主要有比亚迪、宁德时代等。 尽管CTP技术有很多优势，但仍然有些问题需要不断改善。首先是电池的碰撞安全。利用CTP技术在电池组中使用，去除电池组的侧梁，电池将直接承受碰撞的影响。因此，CTP电池组需要具备足够的扛碰撞能力。其次，电池热管理对电池安全问题至关重要。然后是售后维护成本、难度。电池产生问题时可以通过更换电池模组解决；一旦无模组电池包出现问题，要考虑替换问题。 比亚迪刀片电池的制作就依赖于CTP技术。刀片电池基于磷酸铁锂技术的创新，具有启动放热温度高、温升慢、产热少、不释氧等优点。此外，刀片电池变长变薄，表面积也增加，整体散热更好。电池的短路电路相对较长，产生的热量较少,所以刀片电池的安全性能是非常出色的。 CTC电池集成方案是直接将电芯集成在地板框架内部，将地板上下板作为电池壳体。它是CTP方案的进一步集成，完全使用地板的上下板代替电池壳体和盖板，与车身地板和底盘一体化设计，从根本上改变了电池的安装形式。CTC电池在CTP的基础上电量可以再增加5%-10%。CTC技术的目的是高度集成化和模块化，简化的一体化设计，在这种思想的指导下维修便利性确实是一个挑战。对于电池包与车身的安装来说，如果需要维修或更换电池包，需要拆除座椅横梁，去掉密封胶，维修相对复杂，对于维修的便利性问题还需要进一步研究。 宁德时代CTP技术是将一个大的模块通过若干个塑料散热片分割成小空间去掉电池模块，其实就是小模组改成大模组的方式，将电池直接集成到电池组中，可以提高电池组的空间利用率，减轻电池组的质量，提高能量密度，降低成本。 与传统的电池相比，CTP电池组的容量利用率增加15%～20%，零部件的数量减少了40%，生产效率提升了50%，电池的能量密度提高10%～15%，这将大大降低动力电池的制造成本。 新能源电池的装配要求 附录B(资料性附录)蓄电池包和蓄电池系统的测试项目锂离子动力蓄电池或系统需要进行的测试项目如表B1所示表B1动力蓄电池包或系统需要进行的测试项目 质量安全 国内新能源电池的生产测试可以依据GB/T38031-2020标准 Pack中螺栓的连接起着电气连接，部件密封，组件固定等关键作用，在汽车行业中基本定义为A-B级连接。 防错/追溯 由于Pack中螺栓的连接特性直接影响了整车的安全以及性能，根据汽车通用要求，对于工艺顺序管控，数据的存储追溯等有严格的定义要求。 Pack的产品生命周期并不长，如果是非OEM，还需要考虑生产线兼容不同OEMPack的需求，因此生产线工具的灵活性是需要着重考虑的因素。 新能源电池的装配要求 在电池包的生产装配过程中为了保证以上的要求，我们需要对一些典型的装配挑战和难点给出相应的解决方案 三、过流要求 01、挑战与难点 02、解决方案 在安装锁紧接线端子时，接线端子参数会有扭力项，可以参阅接线端子的参数或者国标计算。 接线端子未锁紧，会造成端子连接处的接触不好，有较大的接触电阻，相当于在回路中串接了一个电阻，由于这个电阻的存在，在流过电流时，此处将发热，流过大电流时，接线端子上会有较大压降，此处会过热，有可能烧毁接线端子。 电池包拧紧汇总及典型工位分析 02、所以电池包上的螺栓根据VDI2862准则几乎都属于A级和B级螺栓，对拧紧质量要求很高，需要的装配工具也都是高精度的传感器工具： 03、现在具体分析一下其中的这些典型工位的装配要求： 用于装配箱体内模组部分，模组螺栓排布规则，一般为4个，螺杆长度视电池包类型有长有短。 用于装配箱体内上盖部分，螺栓数量较多，排布规则，易于遗漏螺栓。一般垂直向下紧。拧紧时一般会有拧紧顺序要求，防止应力集中。一般会有密封圈，扭矩容易衰减。可以考虑自动化送钉工位，但是有的电池包箱体法兰边较高，易干涉。 动力电池上盖装配装配特点： 电池模组装配装配特点： 一般使用长螺栓穿过模组固定到箱体底部螺母上，也有电池包采用双层模组形式或者是CTP技术。 一般垂直向下拧紧。 可以考虑自动化送钉工位，但如果是模组长螺栓送料需定制。 电池包拧紧汇总及典型工位分析 用于装配箱体内各种继电器、PCBA等元器件装配，紧元器件多样化。 常用拧紧方向垂直向下，水平方向都有，拧紧位置易干涉。 部分工位为过流工位。 拧紧过程有顺序要求，防止应力过大，电路板断裂。 多为垂直装配，弯头或者直式传感器式工具，保证扭矩精度。 工位有干涉情况，可以使用无线传输式数显扳手搭配开口头使用，保证数据追溯。 过流点，考虑装配质量防止烧坏。 用于装配在箱体或者盒体四周的各种连接件，拧紧方向水平。 需要单手持装配零件(连接器)。 密封性要求高，一般有拧紧顺序要求。 由于电池包的大小或不同组件之间的距离，需要覆盖的区域较大未来电池包技术还会不断发展，对于装配方面的要求也会不断提高。 Desoutter的智能拧紧设备可以更好地帮助客户提高生产质量 CONNECT生态圈致力于无线工具平台，可以连接多达20把工具，并兼容Desoutter所有无线工具，传感器式无线工具，高精度数显扳手，无线脉冲工具，无线离合器式工具。帮助客户一体化管理产线上的无线工具，更好地连接工具和MES系统。并且CONNECT平台推出了新一代的多轴拧紧系统MULTI，丰富CONNECT生态圈的同时，可以适应于更多不同的应用场景。 不同品牌不同类型新能源汽车百花齐放 随着世界各国对环保要求的提高，发展新能源汽车已是公认的大势所趋。近年来，我国也将发展节能与新能源汽车作为一项重要国策对待，通过多年的大力推广应用与普及，如今中国正以世界新能源汽车发展第一大国的角色，引领全球电动化浪潮。而新能源汽车的种类也越来越多，主要是在动力总成方面来区分。 Change 01动力系统 在所有类别中，纯电动汽车是现在主要流行的趋势，而一辆纯电动汽车的结构布局对比传统燃油车也有很大区别。其中最主要的结构包括：动力电池，电机，逆变器，车载充电器，多合一动力总成，热循环系统等。而这些结构的改变在汽车生产装配方面会带来不小的影响。 发动机变速箱分动器总成水泵/油泵/附件 动力电池电驱动系统BMS系统水泵/油泵/附件 首先是在零部件装配数量方面的改变。 虽然除了主要的动力系统很多汽车部件的名称没有太大的变化，但是最主要的区别在于新能源汽车中用水和用电的地方会更多，用水的方面比如水加热系统，水循环系统，电子水泵等，用电方面比如三电系统。新能源汽车更多的依靠电力系统，内部的系统和回路会更加复杂。同样的部件，新能源车需要的组件会更多，精密度也越高，对螺栓的可靠性，产品的防水防尘等级会有更严格的要求，这时生产装配过程中的要求也会相应提高。 02热管理系统 空调/座舱总成压缩机前端模块总成 新能源各个组件的热管理使得整车系统更复杂部件更多 热泵系统电动压缩机电子水泵/电子阀前端模块座舱总成 03电气系统 OBC48V系统DCDC系统充电桩系统 电动化-电力回路的要求使得部件更多 With higher productivity and flexbility to meet the arrivalof this new era,accelerate your transfo