刀片電池
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-23
刀片電池的視頻教程
刀片電池的實例教程
7月份寫了這篇文章《刀片電池系統的拆解1 電子電氣設計》，今天接著梳理一下電池管理系統。我盡量客觀地分享，歡迎大家在留言區暢所欲言。
一、刀片電池系統的采樣線路
（1）從整體的基本線路連接來看，刀片電池系統設計的出發點，是在電芯層面提高集成效率，也正是這樣，比亞迪似乎把CMU這個部件當導線來用，如下圖所示。
圖1 EV的刀片系統在采樣系統環節省略了采樣線
這個電池系統由于長度很長，用了大量的PCB來實現連接的功能（每塊CMU有22個采樣點，可實現11節電池的采樣），由于刀片電池是多節串聯，所以使用的CMU是根據總電量和串數進行調節的。
圖2 CMU的情況
（2）CMU的設計
下面有一張圖，CMU通過激光焊接的方式固定在了電芯的輸出極上面，也達到了把CMU支撐起來的效果。整塊板主要包含AFE和菊花鏈的芯片。在這里最重要的是，比亞迪把均衡電路給干掉了，沒有放電電阻、沒有控制放電電阻的三極管。只保留輸入的濾波電路和通信電路。這個CMU的設計，有幾點特殊的地方：
均衡電路的設計
似乎也沒有電芯溫度的采樣，只靠AFE的板載溫度傳感器來替代
備注：這個可以大家一起來討論下，從長期的演進來看，BMS不帶均衡可以么？比亞迪在三元版本的產品中還是帶著均衡電路的，到了刀片電池的版本
圖3 刀片電池系統的CMU
二、主控電路
我目前找到的資料顯示，刀片電池系統主要分兩個版本，分別為3連接器和4連接器。兩個版本相同的部分是：CMU通信電路接口、對外通信控制接口、兩個繼電器控制和電流Shunt的接口三部分。
展開 首先，從優質的角度而言，通過針刺實驗的刀片電池將安全性提到了新的高度，從低價的角度來看，磷酸鐵鋰的本質也決定了刀片電池的成本并不高。
目前行業預估的刀片電池成本為0.42元/Wh，而這一計算依據是去年刀片電池發布之時，王傳福曾表示刀片電池的成本可下降30%，而行業平均磷酸鐵鋰電池成本0.65元/Wh，寧德時代CTP磷酸鐵鋰電池包的成本為0.57元/Wh。
單從這樣簡單的計算來看，刀片電池確實是寧德時代的最佳替代方案，但實際而言，卻存在著諸多疑問，刀片電池是比亞迪獨有的技術，先不說比亞迪改建電池工廠的成本會添加到刀片電池的報價之內，就諸多專利以及無人企及的超寬輥壓、疊片技術，也能極大的增強比亞迪的話語權，一句話賣多少錢比亞迪說的算。
其次，由于體型過于狹長刀片電池的布局的靈活性遠遠不及身材狹小的電芯。以特斯拉為例，不管是Model 3還是Model Y，其電池包大小都是固定的，要想同這樣固定大小的電池包進行匹配，從制造電芯開始，比亞迪便需要為特斯拉定制，并不是說比亞迪做不到這一點，而是相應的成本也會上升，再加上考慮到特斯拉是一個并不穩定的合作伙伴，如何在短時間內收回“定制成本”也是比亞迪需要考慮的關鍵。
再次，從市場端來看，比亞迪與特斯拉一直存在競爭關系，而這樣的競爭也有越發激烈的趨勢。今年上半年比亞迪新能源車的累計銷量為152,594輛，占據了整個新能源市場13.96%的份額，而特斯拉上半年累計銷量為172,795輛，占據新能源市場15.80%的份額，國產特斯拉已經實現了對比亞迪的超越。
展開 需要注意的是，刀片電池并沒有提升磷酸鐵鋰電池單體能量密度。以比亞迪漢EV為例，工信部申報信息中，77kWh的電池包，能量密度卻只有140Wh/kg，依舊比不上三元鋰電池。
可是，它安全！
上面這張三元鋰電池、普通磷酸鐵鋰電池和刀片電池分別做針刺實驗的圖片，充分說明了刀片電池在安全性方面的優勢。同樣的針刺試驗后，刀片電池不僅無煙、無名火，而且表面升溫幅度小（僅30℃-60℃），說是吊打友商一點都不夸張。
歐陽明高院士解釋說，這是因為刀片電池散熱面積大，而且由于電池短路的回路很長，產熱速率比較小，所以升溫慢。比亞迪自己則總結，磷酸鐵鋰電池有4個優點：
1、放熱啟動溫度高
2、放熱慢
3、產熱少
4、不釋氧
此前，比亞迪也曾向媒體透露，刀片電池不僅電極材料使用更加穩定的磷酸鐵鋰材質，而且還使用了高溫陶瓷涂層，來降低電芯內短路概率。
刀片電池會成為電池安全的救星嗎？
先說結論：恐怕很難。因為想讓如此多的車企和電池供應商，徹底放棄現有三元電池體系，無異于癡人說夢。況且你有張良計，我有過墻梯，寧德時代的CTP技術也并非等閑之輩。
展開 在網上整理和瀏覽資料的時候，發現一個刀片電池系統的拆解，是對一些比較有趣的部分
做的
整理。當然，我個人最感興趣的部分是電子電氣部分，今天先分享這部分的內容，后續會就結構和冷卻部分再逐一分解，隨后有機會整理一些專業機構對刀片電池的測試分析，做一些摘錄。
下圖左邊是比亞迪做的50kwh+低電量的電池系統，右邊是70+kwh的上下疊層雙排電池系統。有一個共同的特征，就是比亞迪的電池需要一根比較長的母排接回來。
圖1 比亞迪的梯度一個是改變長度，一個是疊兩層
在結構化的設計中，從電氣角度中間需要連接整塊電池的兩端，所以我們能看到兩根很寬的正極和負極的母排連接一體化電池的帶電兩端到BDU配電盒，如下圖所示。
圖2 刀片電池系統的配電盒
備注：據參考的拆解信息說，這根母排的材質為鋁。
而這個BDU配電盒，是有點像我們通常見到的PHEV的接口設計，盡可能復用中間排氣管道的凸出的設計。刀片電池在整車上是兼容BEV、PHEV兩種不同的設計，所以目前看下來都是這樣統一地堆在電池系統上方的設計。
圖3 刀片電池的配電盒輸出
如下圖所示，母排通過螺栓和刀片電池的模組輸出極進行連接。
圖4 高壓母排和模組的連接是用兩個螺栓
為了固定這個BDU，在水冷板上設置了四個固定點，然后為了進行電隔離，工程師采用了一塊四四方方的絕緣墊，來進一步加強絕緣。
圖5 BDU配電盒下面的絕緣墊和水冷板上的四個支撐點
電池管理系統是集成在這個配電盒里面，需要注意的是，這里BMU取消了獨立的外殼，BMU嵌入在BDU里面，然后擰上了一塊蓋板。
展開 生產刀片電池最大的難點和亮點，主要集中在“八大工藝”。下面簡單了解一下這八大工藝：
刀片電池的最新內容
? 生態：刀片電池直插電驅同殼體，減少高壓線束 3 米，整車降重 4.5 kg。
2）. 匯川聯合動力
? 規模：蘇州、常州雙工廠合計產能 120 萬套，2024 汽車業務營收突破 120 億元。
? 技術：工業伺服基因移植——23 位旋變+ 自適應標定，縮短匹配周期 至 2 周。
? 生態：與理想成立聯合項目組， 電機、減速器、 電控同平臺開發，共 享BOM數據庫。
3）.
最高轉速15500轉/分，搭載刀片電池，NEDC續航里程550公里。其后置電機采用SIC電控，提升高溫工況下的可靠性。
小鵬P7四驅版：前后軸各布置一個永磁同步電機，前電機最大功率196kW，后電機最大功率120kW。綜合功率316kW，扭矩655N·m，0-100km/h加速時間4.3秒。雙電機四驅系統可全域無級動力分配，提升車輛穩定性和操控性能。
但有個很有意思的，磷酸鐵鋰能量密度這么低，也用在電動汽車上，比如比亞迪的刀片電池，雖然通過結構優化，在有限空間布置更多電池的辦法，盡量彌補了磷酸鐵鋰電池能量密度低的缺點。但續航方面它和三元鋰電池電動車一般還略有差距，犧牲一點續航，換來的就是它更安全。
那么鈷酸鋰電池用在哪兒呢？手機等電子產品上。因為能量密度高，做成的電池小不占地方。
特點是整合了刀片電池和底盤。目的是改善空間利用率，彌補刀片電池能量密度低的特點。最終，空間利用率比上一代“e平臺2.0”增加了約50％。
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中國版海豹有后輪驅動和四輪驅動（4WD）兩種驅動方式。此次項目組購買的是最高端的四驅版。
可在常或高溫下固化，粘接界面可為金屬或塑料，該膠水常應用于新能源汽車中模組的粘接方案，如刀片電池的粘接、CTP方案、CTC方案等，1:1室溫下使用，無溶劑揮發，產品具有良好的絕緣耐壓特性和熱穩定性，使用安全、可靠。
5月24日，比亞迪推出首款集成刀片電池的儲能系統“比亞迪魔方”。
據悉，比亞迪魔方無模組、無PACK、直接集成到系統，可降低約36%的零部件數量，提升約98%的空間利用率，加大約30%的結構強度。同時，可通過靈活組合，適用于工商業儲能、電站級儲能等應用場景。
例如比亞迪的“刀片電池”電池包設計方案，如圖所示，通過設計出一種扁平化大尺寸電芯，采用陣列排布方式布置于電池包箱體內部，單體電池就像“刀片”一樣插入到電池包中。
目前有以比亞迪刀片電池為代表的徹底取消模組的方案和以寧德時代CTP技術為代表的小模組組合成大模組等兩種不同的技術路線方案。CTP中電芯熱失控管理難度加大，對內部結構導熱膠對模組散熱的要求，以及外部隔熱膠隔熱和阻燃的要求更高。
寧德時代CTP3.0技術。
目前有以比亞迪刀片電池為代表的徹底取消模組的方案和以寧德時代CTP技術為代表的小模組組合成大模組等兩種不同的技術路線方案。CTP中電芯熱失控管理難度加大，對內部結構導熱膠對模組散熱的要求，以及外部隔熱膠隔熱和阻燃的要求更高。
寧德時代CTP3.0技術。
1、標配刀片電池
基于e平臺3.0打造的新車，將會全部配備刀片電池（磷酸鐵鋰電池），這其實算不上是什么亮點，因為在今年的4月份，比亞迪旗下電動車就已經全面換裝了刀片電池。至于刀片電池的安全性，相信電池包針刺實驗大家都看過，在鋼針刺穿電池包的情況下，刀片電池的確有著更好的安全性。
