¿Por qué es probable que la tecnología de baterías CTP cambie el panorama de la industria?
La tecnología CTP, si bien mejora la densidad energética de los sistemas de paquetes de baterías y la autonomía de los vehículos, también puede tener un impacto más profundo en las baterías eléctricas y los vehículos de nueva energía.
A partir de la segunda mitad de 2019, la tecnología CTP (Cell to Pack) de CATL y la tecnología de batería blade de BYD han salido a la luz pública y han atraído la atención de la industria. ?
Primero, ?CTP, innovación de procesos de sistemas basada en baterías de alta calidad
En pocas palabras, las ideas técnicas de Ningde CTP y Blade Battery (GCTP) son consistentes: en el original Basado en algunos sistemas químicos de baterías, mediante la optimización del diseño de las celdas de la batería y la forma de integración del paquete de baterías, la estructura original de tres capas de celda-módulo-paquete de batería se mejora a una compuesta por celdas grandes/módulos dos de una sola batería. -estructura de capas.
¿Paquete de baterías CATL CTP y batería BYD blade?
La eficiencia de agrupación de los paquetes de baterías tradicionales es un cuello de botella a la hora de mejorar la densidad de energía de los sistemas de baterías. Como el diagrama esquemático de una "estructura de tres capas" típica de un paquete de baterías:
El lado izquierdo de la imagen es un módulo de batería (Módulo) compuesto por celdas de batería (Célula). celdas, también incluye placas finales de cubierta metálica, mazos de cables, adhesivos, pegamento conductor térmico, unidades de control de módulo y otros componentes que se combinan para formar un módulo de batería. En el lado derecho de la imagen hay un paquete de baterías (Pack) compuesto por varios módulos. Los componentes a nivel del paquete de baterías incluyen sistemas de gestión térmica, mazos de cables, controladores, carcasas, etc. Estructura típica del paquete de baterías, fuente: Estructura del paquete de baterías del Audi A3
Esta estructura de tres capas es común a los paquetes de baterías de energía típicos. La razón por la que existe un "módulo" es para proteger, soportar e integrar la batería. celdas, y por otro lado, cada módulo gestiona de forma independiente algunas de las celdas de la batería, lo que ayuda al control de la temperatura, evita la propagación de fugas térmicas y facilita el mantenimiento. Sin embargo, la existencia de módulos reduce la utilización del espacio de todo el paquete de baterías, lo que da como resultado un bajo nivel de eficiencia del grupo: cuantos más módulos, más componentes y menor será la eficiencia del grupo. Si bien la densidad de energía única ha superado los 300 Wh/kg, debido al método tradicional de agrupación de paquetes de baterías, la densidad de energía a nivel del sistema de baterías sigue siendo de alrededor de 160 Wh/kg. Al mismo tiempo, debido a los riesgos de seguridad de las baterías con alto contenido de níquel, algunos fabricantes han sugerido limitar el rango de uso del SOC de baterías con alto contenido de níquel, lo que en realidad reduce la energía de las baterías con alto contenido de níquel.
Por lo tanto, hacer módulos más grandes o más pequeños, o incluso no tener módulos, ha sido el enfoque principal del diseño del proceso de sistema de batería en los últimos años. El módulo grande del Tesla Model 3 también refleja esta tendencia. Pero al mismo tiempo, precisamente porque el módulo tiene la función de proteger la batería, reducir los riesgos y facilitar el mantenimiento, "sin módulo" tiene mayores dificultades técnicas, lo que significa mayores requisitos de calidad y consistencia de las celdas de la batería. Por lo tanto, la tecnología sin módulos de CATL y BYD no solo es una innovación sobresaliente a nivel de proceso del sistema de batería, sino que también refleja el nivel técnico del diseño y fabricación de celdas de batería. Para los fabricantes de baterías de segundo nivel con tecnología relativamente atrasada, CTP sin duda aporta un umbral técnico más alto y una presión competitiva.
El paquete de baterías de gran módulo del Tesla Model 3 también refleja la tendencia tecnológica de desmodularización
La mejora de la eficiencia del grupo proporciona al CTP muchas ventajas:
1 Largo kilometraje: el aumento de la densidad energética del paquete de baterías mejora directamente la autonomía del vehículo. En las mismas condiciones del sistema químico de la batería, la densidad de energía del sistema de los paquetes de baterías Ningde CTP se ha incrementado entre un 10% y un 15%, mientras que BYD Blade Battery ha aumentado la densidad de energía volumétrica de los paquetes de baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) en un 50% a 160Wh; /kg, también es muy competitivo en comparación con las células ternarias (NCM).
2. Alta seguridad: la densidad de energía ha sido el rendimiento de la batería en el que los fabricantes se han centrado más en los últimos años. Antes de CTP, la mejora en la densidad de energía se lograba principalmente mediante la mejora de la batería ternaria. sistema químico, y con la mejora continua de los sistemas con alto contenido de níquel, los riesgos para la seguridad de las baterías están aumentando. La mejora en la densidad de energía de CTP a nivel del paquete de baterías significa que se puede lograr una autonomía de conducción suficiente utilizando baterías ternarias ordinarias o incluso baterías de fosfato de hierro y litio con seguridad madura a nivel de celda de batería. Con el mismo efecto kilometraje, sin duda mejora la seguridad de todo el vehículo. Por supuesto, para CTP con sistemas con alto contenido de níquel, todavía existen riesgos de seguridad. ?
3. Bajo costo: Desde una perspectiva de costos, debido a la eliminación de mazos de cables, cubiertas y otros componentes en el módulo, la cantidad de piezas en todo el paquete de baterías se ha reducido en un 40%. y la eficiencia de producción ha aumentado en un 50%, se mejorará el costo de material y el costo de fabricación del paquete de baterías CTP. Y si se utilizan baterías de fosfato de hierro y litio de menor costo, el costo de todo el paquete de baterías se reducirá aún más en comparación con los paquetes de baterías ternarias tradicionales.
Aunque puede haber desafíos técnicos como la resistencia y el mantenimiento de la batería2, las ventajas anteriores serán más significativas con la exploración y el uso extensivo de la tecnología CTP. Hasta donde sabemos, los modelos producidos en masa que han sido equipados o estarán equipados con CTP incluyen BAIC EU5, Volkswagen Latin American Commercial Vehicle e-Delivery, paquete de baterías NIO de 100kWh y BYD Han.
Modelos producidos en masa equipados con tecnología CTP
2. El impacto del CTP en la estructura de la industria y las nuevas tecnologías
Aunque las ventajas son obvias, para los OEM. , La tecnología CTP puede no ser 100% una buena noticia.
En el desarrollo de vehículos de nueva energía, la "línea divisoria técnica" entre el OEM y la fábrica de baterías se encuentra generalmente en el nivel del paquete de baterías. Los OEM de automóviles de pasajeros y los fabricantes de vehículos comerciales con capacidades técnicas más débiles generalmente utilizarán directamente paquetes de baterías entregados por las fábricas de baterías, mientras que los OEM con capacidades técnicas más sólidas optarán por liderar el desarrollo de paquetes de baterías basados en los módulos de batería entregados por las fábricas de baterías; Tomemos a SAIC como ejemplo. Las dos empresas conjuntas "Times SAIC" y "SAIC Times" formadas por SAIC y CATL son fábricas de baterías y fábricas de paquetes de baterías dirigidas por CATL y SAIC respectivamente. La necesidad de que las empresas de automóviles desarrollen sus propios paquetes de baterías es obvia: por un lado, pueden adaptarse mejor al diseño del vehículo y, por otro lado, también dominan la tecnología de los paquetes de baterías y conservan la tecnología y el valor relacionados con el vehículo dentro del sistema. A medida que la tecnología de baterías se vuelve cada vez más importante, los principales fabricantes de equipos originales de automóviles de pasajeros se inclinan cada vez más a fortalecer su voz en la tecnología de baterías.
Sin embargo, la tecnología CTP significa que, a nivel de paquetes de baterías, los fabricantes de baterías recuperarán la ventaja y su valor en la cadena industrial aumentará aún más. A juzgar por la información pública actual, es difícil para los automóviles de pasajeros utilizar paquetes de baterías estandarizados para vehículos comerciales. La tecnología CTP de Ningde debe personalizarse profundamente para el modelo de vehículo, o al menos debe desarrollarse conjuntamente con la fábrica de baterías. Úselo directamente para desarrollar el paquete de baterías. El paquete de baterías se entrega completamente a la fábrica de baterías. Este factor puede afectar las perspectivas de popularización de la tecnología CTP en la carga de vehículos, pero un escenario más probable es que los OEM puedan diferenciarse en tres tipos de opciones:
1. entregado a la fábrica de baterías para desarrollar CTP, y ya no liderará el desarrollo de paquetes de baterías;
2. Algunos fabricantes de equipos originales seguirán manteniendo el sistema técnico existente y mantendrán la estructura del paquete de baterías de tres capas. Los productos utilizan baterías con alto contenido de níquel y no utilizan soluciones de tecnología CTP;
3.? Algunos fabricantes de equipos originales han fortalecido aún más sus capacidades de tecnología de baterías, se han integrado aún más y pueden lanzar sus propias soluciones CTP en el futuro.
La ocurrencia de este escenario favorecerá la diferenciación de los productos vehiculares en el mercado de vehículos eléctricos. No se ampliará aquí por el momento.
Por otro lado, CTP también puede tener un impacto en la próxima generación de tecnología de baterías.
Mirando hacia atrás hace tres años a partir de hoy, el camino de desarrollo de la tecnología de baterías de 2017 a 2020 está muy claro en el plan: al aumentar gradualmente la proporción de níquel del sistema químico catódico, de 523 a 622 a 811, aumentando la densidad de energía de la celda de la batería a 300Wh/kg. La realización de este camino de desarrollo depende de la rápida mejora de la tecnología de producción y, de hecho, se realiza más rápido de lo esperado. Pero las expectativas técnicas en el futuro: desde ánodo de carbono con alto contenido de níquel + silicio, hasta batería de estado sólido, batería de estado sólido + ánodo de litio e incluso batería de litio-aire... El desarrollo técnico de esta serie de celdas de batería en En el nivel único, tanto teórico como Los productos están llegando más lentamente de lo esperado. Antes de 2018, las predicciones de la industria para la comercialización de baterías de estado sólido eran generalmente entre 2020 y 2025, pero para 2020, las expectativas de comercialización de baterías de estado sólido se pospusieron hasta después de 2025;
Alrededor de 2015, el rendimiento de las muestras de baterías de próxima generación fabricadas por Toyota y el tiempo esperado de producción en masa de la tecnología de celdas de batería de próxima generación. Hasta ahora, todavía se necesita tiempo para que la tecnología de baterías de próxima generación llegue a la producción en masa. (Fuente: ATZ?elektronik?worldwide)
La comercialización de la tecnología de baterías de próxima generación depende, por un lado, de la madurez de la tecnología de laboratorio y, por otro, también se enfrenta a la competencia con las tecnologías existentes; Si las baterías de estado sólido solo mejoran la seguridad de las baterías existentes, pero tienen desventajas en densidad de energía, capacidad, carga y descarga y costo, será difícil competir con la tecnología de baterías que ya se produce en masa a gran escala. En otras palabras, la tecnología de próxima generación debe ser mejor que la tecnología existente en muchos aspectos para tener posibilidades de éxito comercial. Cuanto más maduras se vuelven las tecnologías existentes, mayores son los desafíos que enfrentan las nuevas tecnologías. La promoción de la tecnología CTP mejorará aún más el potencial de las tecnologías maduras existentes y elevará el umbral competitivo que enfrentarán las baterías de estado sólido. También significa que la fecha de producción en masa de las baterías de estado sólido puede retrasarse aún más.
3. Resumen
Aunque el CTP y las baterías blade aún enfrentan desafíos técnicos y comerciales, sin duda vale la pena esperar el CTP y estará destinado a convertirse en lo más destacado de la era del cambio. capítulo. Ya sean mejores productos de vehículos eléctricos puros o fabricantes de equipos originales más competitivos, eventualmente se destacarán en la marea. Trabajemos juntos.
Este artículo está escrito por un autor especial de EV Vision:
Acerca del autor: Yao Changsheng, tiene una licenciatura y un doctorado en el Departamento de Ingeniería Automotriz. Universidad de Tsinghua y se dedica a la investigación sobre sistemas de energía para vehículos de nueva energía.
Este artículo proviene del autor de Autohome Chejiahao y no representa los puntos de vista ni las posiciones de Autohome.