三星SDI在法兰克福发布的这套多功能电池组有何奥秘

作为汽车行业风向标,这一届法兰克福车展唱响了电动化的主旋律。接下来的几年里,主机厂都将为自己电气化的目标冲刺,而另一边最忙碌的可能就是各大电池供应商们了,解决了用户的“里程焦虑”,电动汽车或许才能抛开“环保”的头衔,理直气壮地和燃油车叫板。

文丨AutoR智驾 吴鹏飞

早前“Note 7电池爆炸”丑闻缠身的Samsung SDI公司在这次法兰克福车展上也亮了相,他们希望通过一系列重大创新走出外界的质疑。

三星展示了一些产品和技术,包括:

电池技术创新和高科技产品

基于新技术标准21700的圆柱形低高度电池,多功能电池组

提升车辆内部空间利用率,更好的里程,定制的电池和各种尺寸的电池

简而言之,就是三星全新21700电池电芯和一整套全新的“多功能电池组”解决方案。

据Samsung SDI的官方介绍,这种电池组的用户可以按照自己的需要来改变电池组中的模块数,这就像从一个书架上拿走书本一样简单。例如,如果一辆豪华电动车安装了由20个模块组成的电池组,那么它的续航里程就可以达到600-700公里。而如果一辆普通电动轿车安装了10-12个模块,则其续航里程就会在300公里以内。这种电池组将会吸引汽车制造商的关注。因为凭借这种电池解决方案,汽车制造商可以设计一款电动车——其续航里程的大小取决于自身所安装电池组中模块的多少。

遗憾的是,Samsung SDI并没有发布这款电池组更多的技术参数。据称,BMW的电动汽车将采用该电池组,但消息一直没有得到确认。

若如Samsung SDI所言,这种模块化设计比当前续航最长的电动汽车特斯拉Model S 416公里还要高出了近50%。

日产Leaf(续航241-257公里)、雪佛兰Bolt(续航383公里)都在使用大尺寸棱柱形电芯来构成自己的电动车电池组。特斯拉使用数千个小型圆柱锂离子电池电芯来构成一个电动车电池组。特斯拉最新推出的Model 3(续航354公里-498公里),其使用的就是松下公司刚刚推出的21700电池电芯。这些新电池电芯都是松下公司在特斯拉Gigafactory工厂内制造完成的。

今年年初特斯拉在投资者见面会宣称Model3的这套21700电芯是目前可量产的圆柱电芯中能量密度最高且成本最低的产品。事实上,为了抗衡特斯拉和松下,2015年8月,三星SDI参加在德国举办的“EUROBIKE 2015”展会三星SDI就已经展出了这款21700电池电芯,只不过这套“多功能电池组”解决方案直到今天的法兰克福车展才正式亮相。

这就意味着,特斯拉和松下电芯能量密度最高、成本最低的说法有望被打破。

有了三星SDI给出“多功能电池组”解决方案,电动车制造商们可根据所安装电池组中模块的多少来随意设计一款续航里程“随意”的电动车,这对于主机厂们无疑是充满诱惑的。

说了这么多,究竟什么是21700电池?

简单来说,21700电池就是在原本18650电池的基础上将尺寸拉伸。

我国曾明确提出,要在2020年动力电池单体能量密度突破300Wh/kg,动力电池系统能量密度达到260Wh/kg;2025年动力电池系统能量密度要达到350Wh/kg。动力锂电池持续提升的能量密度要求势必持续助推动力锂电池型号的变革。

但由于电池原材料所限,现行的办法是通过增加电池的体积来实现。

以特斯拉为例,据公布的数据来看,在现有条件下,特斯拉和松下生产的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右,比其原来18650电池系统的250Wh/kg约提高20%。电池单体电池容量的提升意味着同等能量下所需电芯的数量减少约1/3,如此以来降低了系统管理难度、简化金属结构件等配件数量,虽然单个电芯的重量和成本提升了,但是电池系统PACK的重量和成本却得到了降低。

不过,事情往往是两面的。圆柱电池的物理尺寸增加同时也会降低循环寿命、倍率和安全性。

有研究人员称,圆柱电池的物理尺寸增加不止提升能量密度,同时会降低循环寿命和倍率等性能。据测算,容量每提升10%,电池循环寿命大约会降低20%;充放电倍率降低30~40%;同时电池会有20%左右的温升。如持续增大尺寸大话,就将面对牺牲安全性所带来的风险,这就是为什么26500、32650圆柱电池等未能规模化占据动力电池主流市场的原因。

目前,我国国内已经有很多电池企业加入到了21700阵营。

6月28日,亿纬锂能宣布其21700电池成品在湖北金泉下线,2019年正式投放市场;

7月3日,智慧能源正式公布其21700电池生产计划,智慧能源将新建6条21700产品生产线;

7月20日,苏州力神年产4GWh 21700动力电池项目正式宣布投产。

特斯拉和松下带头换芯这一举措让业内各家企业纷纷跟进,能量密度更高的21700电池一下子成了行业追捧的对象,但加大尺寸带来的负面影响说明这未必是套完美的解决方案。不过至少在目前,原材料领域尚未获得巨大突破的前提下,这是业内公认最好的方案。

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