刀片電池的案例
刀片電池系統的拆解2 電池管理系統設計
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 比亞迪為特斯拉供刀片電池？這事得看錢
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 成就萬億比亞迪的兩大利器：刀片電池與CTB！
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 刀片電池系統拆解 1-電子電氣設計
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 
【6/12更新】兩大頂流合作，比亞迪將為特斯拉供應電池，附刀片電池八大工藝
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：
如何看待DM i的刀片電池設計？
今天看到朋友在分享DM-I 120公里的電池版本的信息（之前官方的說法，是覆蓋電池電量8.3~46kWh的電量梯度），是一圖流。
結合我了解的信息來梳理一下這個厚刀片電池的設計想法、構思和發展。從原理來看，本質上厚刀片是一種基于軟包磷酸鐵鋰的創新，從長期來看也未必不是一條路。
圖1 DM-I 厚刀片磷酸鐵鋰電池系統的設計
Part 1 DM-i刀片電池的熱管理
在圖1里面，我們看到了和之前不一樣的東西——里面內嵌了加熱膜。也就是說，在展示的結構里面，還多了加熱膜，并且使用導熱凝膠盡可能在加熱膜上面降低熱阻。
圖2 展示的DM-i電池結構
在之前比亞迪宣傳的材料中，主要采取兩種模式：
1）電池散熱：采用冷媒直冷技術，直接將冷媒通入電池包進行冷卻，相比液冷減少了一級能量交換，換熱效率比液冷提升了20%。
圖3 DM-i的冷媒直冷技術
2）電池加熱：脈沖自加熱技術，通過電池高頻充放電，不僅能給電池加熱，還能加熱得均勻，脈沖自加熱效率比液加熱提升10%。
圖4 自加熱技術
但實際的情況來看，脈沖自加熱帶來的速率不確定，還不如在厚刀片電池表面貼上加熱膜來得更直接。如前面所述，其實不容易做的，特別是要把這么多顆串聯的磷酸鐵鋰電池均勻地加熱起來，光靠自加熱高頻振蕩效果不是那么理想。
Part 2 DM-i的設計理念
我的理解，這個厚刀片的設計，是有點盯著豐田打的意思。
這根特別長的厚刀片電芯，其實和豐田把多個小的標準鎳氫電池裝在狹長的大鎳氫電池里面有著異曲同工之妙。
展開 豐田將與比亞迪合作生產電動汽車 將使用刀片電池
然而，豐田在日本設立了一個部門，專注于開發零排放汽車，這個名為ZEV Factory的部門正在開發更安全、成本更低的電池技術，包括固態電池，這種技術將大大延長電動汽車的續航里程。
一直以來，豐田都主張在開發電動汽車的時候，不應該以犧牲舒適性為代價，然而該公司卻一直沒能生產出這樣的汽車。他們面臨的問題之一，就是電池過于笨重，在被安放在車底之后，車內空間就會受到影響，而解決這一問題的方式，就是抬高車頂高度。正是因為這個原因，許多小型電動汽車都是SUV。
刀片電池（圖片來源：比亞迪）
2018年，豐田短暫地探討了與比亞迪合資建立電池企業的想法。那次和隨后的互動使豐田的工程師接觸到了比亞迪的LFP刀片電池。他們將這種電池稱為“改變游戲規則的技術”，因為它不但成本較低，而且還釋放了車內空間。2020年，比亞迪正式對外發布了刀片電池。
LFP電池的能量密度比大多數其他類型的鋰離子電池低，但是其價格更便宜，耐久性也更強，不容易出現過熱，而且LFP電池無需使用鈷和鎳。在中國市場上，特斯拉也開始在入門版的Model 3和Model Y上使用了LFP電池。
一位消息人士稱，刀片電池組的厚度大約為10厘米，比三元鋰電池組薄了大約5至10厘米。比亞迪發言人稱，這個厚度是可能的，具體取決于汽車制造商如何在車輛中安放刀片電池組。
雖然豐田尚未完全破解比亞迪保持低成本的方式，但是兩位消息人士認為，一個重要的因素就是比亞迪簡單而靈活的設計和品控流程。而在一些豐田工程師看來，這樣做是在“偷工減料”。
消息人士稱，豐田的產品規劃流程更加嚴格和徹底，一旦該公司在一輛汽車三至四年的開發過程中確定了技術、部件和系統，他們就很少會改變設計。
展開 寧德時代 CTP 技術、 比亞迪刀片電池技術、蜂巢能源疊片技術解析
電池企業工藝改進有方，電池價格仍有下降空間
2010
年到
2019
年，從電池組整體來
看，鋰離子電池的價格已經從
1100
美元
/
千瓦時降低到了
156
美元
/
千瓦時，降幅
高達
87%
。預計到
2023
年，每千瓦時的單價有望降低至
100
美元。
電池廠商在電池降本上主要從原材料、設備和人力成本三個方面發力。原材
料方面主要依靠技術路線升級、供應鏈整合等方式降本，設備方面主要為國產化
后折舊費用降低，人力方面主要為人工效率提升、管理效率提升等。
國內電池廠商在工藝的改良方面做出了諸多努力。工藝及裝備的改進、電池
良品率的提升、更精簡的電池設計能夠有效降低成本，如寧德時代的
CTP
技術、
比亞迪的刀片技術、蜂巢能源的疊片技術。
1. 寧德時代 CTP 技術
在德國法蘭克福國際車展上，寧德時代推出了全新的
CTP
高集成動力電池開
發平臺（
Cell To Pack
），即電芯直接集成到電池包。
圖 寧德時代 CTP 技術
由于省去了電池模組組裝環節，較傳統電池包，CTP 電池包體積利用率提高了 15%-20%，電池包零部件數量減少 40%，生產效率提升了 50%，電池包能量密度提升了 10%-15%，可達到 200Wh/kg 以上，將大幅降低動力電池的制造成本。
2. 比亞迪刀片電池技術
比亞迪的刀片電池即長電芯方案（主要指方形鋁殼），是一種通過增大電芯的長度（最大長度與電池包寬度相當），將電芯扁長化設計，來進一步改進電池包集成效率的技術。該技術可以基于不同需求可形成不同尺寸的一系列電芯。
比亞迪的“刀片電池”技術有望將磷酸鐵鋰的應用空間再次大幅提升。
展開 刀片電池系統的拆解3——CMU信息更正&補充
重要的是從長期性來看，比亞迪在導入自己的MCU系列，包括BF7006AMXX，AFE也開始逐步使用自己的BF8915-1（16通道的采集芯片），這個也是留言里面提到，短期內漢EV還是采用國外芯片，長期來看刀片電池系統逐步會導入這個設計。我覺得我們應該關注目前B家在汽車電子芯片的嘗試，C家對BMS和CMU的芯片進行飽和式的投資，未來可能在電池管理系統方面會率先實現國產化，跟蹤這個的意義比較大。
小結：我以后盡量把值得商榷的部分拿出來討論，避免可能是我的失誤（錯誤認知）導致一些錯誤的結論。如果錯了也能給大家提供一個越辯越明的探討環境。供各位參考。
刀片電池的BMU信息更新
之前寫過刀片電池系統的拆解系列。
最近頗費了一番周折，拜托朋友拿到刀片電池的板子。能實際看到這些板子還是比較有趣的，跟大家分享一下。目前更新的信息如下：
CMU一共有11個，分了兩種類型，AFE芯片采用的是美信的MAX17853，14通道采集，隔離器件選用的是C:P0612
均衡電阻選取的是20歐姆的寬邊電阻，這個20歐姆的大標簽其實是指的是寬邊電阻一共14個
Shunt的接口和3個繼電器控制是整合在一起的
BMU的控制芯片采用了AURIX? TC23xL 系列的SAK - TC234L
圖1 電池管理系統概覽
我把主要芯片在圖上標識出來了，供大家參考。
圖2 BMU的主要器件
下圖是現在這代BMU的主要部件的框圖。相比上一代的設計，主要的變化是從DCDC+LDO轉變為SBC芯片，把一路CAN整合了。單片機從MC9S12XET256MAL轉換為SAK-TC234L。我估計針對鐵鋰的算法對計算能力的要求還是有差異的，而且從EEROM改為了8MB的Flash，可能有一些標定的數據在。
圖3 當前一代的BMU設計
備注：上一代的電源芯片主要包括TPS54260、LT3471和TPS39801
兩者之間的差異，還有低邊開關的電路設計（74HC595D），這次采用了HSD+LSD的方式，把大量的模擬量輸入和狀態檢測去掉了。把Shunt的接口和AFE的UART通信接口集成起來了。
備注：上一代有一個Daisy Chain轉換到CAN的通信轉換模塊
圖4 上一代BMU的設計
展開 蜂巢能源L600短刀片電池量產了？電芯薄片是今后行業趨勢
這兩天，看到蜂巢量產L600磷酸鐵鋰短刀片電池的消息，引發行業的關注和討論，我也來講講我的理解，大家有什么想法也可以在彈幕上討論下。
提到刀片，可能大家會首先想到比亞迪，但仔細看蜂巢能源的短刀片電池，會發現其實這個產品有很多獨特的創新點，有著比較巧妙的應用場景考慮。我們一起來看下。
1.首先，短刀片更便于布置。
電芯是造出來用的，不是比誰更長。沒人規定這種長薄型的電芯，一定要1m以上。根據我看到的數據，L600的實際長度是574mm，比600小一點點。蜂巢能源這個短刀片電芯早在2019年的上海車展上就公開展示過。為什么是這個數字呢？
這比常用的590模組，小一點點。就可以兼容既有590模組的電池包方案。可以在不用外包絡大改的情況下，適配非常多的現有電動車。蜂巢是長城集團旗下的供應商，但更是面向整個產業鏈的供應商。把刀片，做長或許會有很多好處，但對蜂巢來說，兼容性是最重要。就像大航海時代，找到了出海口。有了足夠的市場容量，才能有效降低成本，獲得更好的競爭力。對電動車行業眼下競爭的時代，非常重要的。
再看蜂巢給出的整包，橫向布置了兩片電芯。當然，這樣做有缺點，電池整包在抗彎、抗扭方面，不能完全把電芯當成結構件來用，需要額外結構件的輔助。但這也是完全可以接受的，畢竟現在99%的電池包不靠電芯當結構件，技術足夠成熟。BYD主力的刀片，長度是1120mm，橫向只能擺一列導致整個電池包狹長，車輛的寬度沒有得到充分利用。后續續駛里程要增長，估計寬度還要增加。蜂巢這樣兩片電芯1.2m，長度正好。
2.然后是保溫性能。
L600短刀片極耳的位置在側面，這樣可以兼容在上下擺兩層水冷。
展開 
極氪引眾怒；外賣撞勞斯萊斯；零跑3年超特斯拉；美團打車上線；全系裝刀片電池
08
比亞迪：全系純電汽車都已換裝刀片電池
??
比亞迪近日披露的一份記錄顯示，目前公司全系純電汽車都已換裝刀片電池。比亞迪還表示，目前正積極擴張產能，以應對后續車型銷量提升及外部客戶的供應。
-End-
如何看待比亞迪漢EV在碰撞后48小時起火
圖3 比亞迪刀片電池系統的結構
也就是說，這個電池電芯本身出現了損傷，表面出現了縫隙，然后電解液就會滲透出來，再經過48小時以后，破壞了周邊電池的絕緣。
圖4 比亞迪的電池
之前也說了，由于單顆損壞帶來區域局部短路的情況，這個效應累積到一定溫度就會引發電芯的熱失控，如下圖所示。這個狀態，像是不斷對絕緣狀態破壞的過程，最后達到一定的導通電阻，從很大阻抗的短路逐步引發的。
圖5 比亞迪漢的整包的結構示意圖
（2）冷卻液泄露導致起火
另外一種可能性，就是碰撞過程中導致整個用來做結構加強的水冷板發生泄露，冷卻液順著防護蓋導入到了側邊的采樣板里面，引發微短路，累積到一定的溫度引發電池的燃燒。這是之前Volt碰撞以后車翻轉過來引起的失效模式，在刀片電池這個案例里，也有一點概率是這種情況。但是由于這個CMU是側邊立著放置，而且配置了一個塑料蓋，冷卻液想要導入進去不那么容易。
圖6 刀片電池的情況
二、面對這種情況，我們能做什么？
首先可以看到，電池材料不是用上磷酸鐵鋰就萬事大吉了，更何況現在設計的高壓實密度、高能量密度的磷酸鐵鋰電池和以往的鐵鋰電池已經不一樣了。隨著CTP和刀片電池的導入，比亞迪所說的通過結構創新，在成組時可以跳過“模組”，大幅提高了體積利用率，最終達成在同樣的空間內裝入更多電芯的設計目標，但與此同時，整包結構上面的防護是下降的。
相較傳統的有模組電池包，“刀片電池”的體積利用率提升了50%以上，續航里程已經達到了高能量三元鋰電池的同等水平。原本基于模組的設計理念，即使在劇烈碰撞的條件下，電池本體也是不能碰的，更別說受力了。
展開 自燃真的是電動汽車躲不過的夢魘？
永不自燃的宣傳
兩年前，比亞迪發布刀片電池時，船夫哥心情澎湃，帶著一雪前恥的熱望，佩刀上陣。
船夫哥先是痛心疾首地指出了動力電池行業的不正之風：“許多企業陷入對續航里程的攀比之中，這種攀比的壓力讓行業對電池能量密度產生非理性的追求。正是這種對電池能量密度不切實際的追求，徹底帶偏了動力電池行業的發展路線，讓新能源汽車的安全口碑付出了慘重的代價。”
接著，回顧了三元和磷酸鐵鋰的路線之爭：“幾年前，在乘用車動力電池領域，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的路線之爭，曾以磷酸鐵鋰電池暫時偃旗息鼓而告一段落。比亞迪一直堅持的磷酸鐵鋰電池雖然天生安全性高，但能量密度相對較低，從而被能量密度更高，但天生熱穩定性差的三元鋰電池甩在了身后。”
然后，帶著將動力電池的發展引回正道的使命，船夫哥一副舍我其誰的氣概，刀片出鞘安天下：“刀片電池體現了比亞迪徹底終結新能源汽車安全痛點的決心，它將重新定義新能源汽車的安全標準。刀片電池將倒逼整個新能源汽車行業作出改變，讓汽車行業進入良性發展的快車道。”
最后，帶著滿腔的豪邁，船夫哥宛如大嘴哥附體，說出了之后被頻頻打臉的豪言：“刀片電池引領全球動力電池重回正道，將‘自燃’從新能源汽車的字典里徹底抹掉”。
以偏概全的針刺試驗
比亞迪宣傳永不自燃的底氣，來自于他們做的針刺試驗。
為了突出刀片電池的安全，并凸顯競爭對手的三元鋰電池熱穩定性差的‘原罪’，比亞迪特意挑選了三元鋰電池、磷酸鐵鋰塊狀電池、刀片電池，進行了針刺對照測試，結果，得出了滿意的測試結論。
在這項多次進行的針刺試驗里面，刀片電池不僅不起火，不爆炸，甚至連一點點煙也沒有冒出來。一時間，“刀片電池最大的特點就是安全，安全就是電動汽車最大的豪華”鋪天蓋地地宣傳，讓比亞迪橫空出世的刀片電池，成了它最大的金字招牌。
展開 比亞迪漢碰撞起火疑云：何不讓子 彈飛一會兒？
關于比亞迪非常在乎的刀片電池的安全性，個人覺得48小時之后自燃也并非一個問題，況且目前還沒有結論斷定到底是不是刀片電池受損而導致的燃燒。其實我們也可以看到，當下刀片電池的裝機量不低，以2020年為例，比亞迪全年電池裝機量達到了9GWh，而其刀片電池的裝機量約1.77GWh。在這樣的裝機量下，刀片電池報道出來的事故率和自燃率卻相對較少，至少是少于三元鋰的，甚至通過了嚴苛的針刺實驗，并在實驗過程中不起火不爆炸不冒煙，這些都足以證明其具有較高的安全性。
同時，就算最壞的結果是因為碰撞導致刀片電池熱失控引發的自燃，比亞迪漢EV起火發生也在48小時之后，這符合電動車電池熱失控5分鐘內不起火不爆炸的國家安全標準，造成的損失起碼比短時間里就發生爆燃的情況要小得多。因此，比亞迪的刀片電池對于電池行業、汽車行業的發展來說，整體上是一個向上的推動作用。
從目前的情況來看，懂車帝、比亞迪和吃瓜群眾的各方意見混雜，比亞迪覺得自己被陷害了，可能是媒體是出于商業合作的考慮，在當下的媒體環境下這符合車企的思考方向；而懂車帝卻表示他們不存在商業合作，也不針對誰，測試上有權威機構提供技術支持；吃瓜群眾則臆想出各種陰謀論，看廠家和媒體的互掐，在鍵盤上的隨意評價中自得其樂。
其實在最終有關部門的權威認定結果出來之前，我們都不知道到底是誰的問題，但我們可以知道的是，在制造電動汽車方面，比亞迪已經擁有一定深度的經驗積累，安全性的考慮肯定是在線的。
但同時既然出現了極端碰撞之后的安全事故，那么企業（不光是比亞迪）是不是應該更加重視汽車的安全呢？
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