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【CBIS2020】宁德时代林永寿:电动车动力电池系统高度集成关键技术

2020年10月16日-17日,“第五届动力电池应用国际峰会(CBIS2020)暨首届中国新能源新材料(宁德)峰会”盛大开幕,在主题论坛4上,宁德时代新能源科技股份有限公司乘用车解决方案部 总裁林永寿发表了关于“电动车动力电池系统高度集成关键技术”的精彩演讲。

宁德时代,电池

以下为演讲实录:

各位领导,各位专家,各位来宾,早上好!我是宁德时代新能源的林永寿,首先,感谢大会组委会给我这么一个机会让我今天有幸站在这里跟大家介绍一下我们的一些规划。我今天报告的标题是“电动汽车电池系统高度集成关键技术”。

拿一个东西让大家看一下,年轻一代可能没有见过,这个是摩托罗拉1973年量产,1987年进入中国市场,当时叫做大哥大,因为当时只有黑帮老大能买得起,当时售价人民币2万元。我记得1987年拿到工资一个月57元,说明这个时候拿到这个是一种身份的象征。我们再看看现在拿的是智能手机,一个人一个以上,两个、三个,这个就是因为高度集成技术。所以我今天要说得是高度集成技术是电池系统发展的必然趋势,不但体积变小、功能变多,关键价格也变低了,每个人都能买得起。所以这是我今天要讲的主题,怎么采用高度集成技术引领新能源汽车行业发展。

首先跟大家共同探讨一下,怎么把电池系统做好?我们提出电池系统三要素,要把一个电池系统做好,第一要素电芯要好,没有电芯这个系统就不行。第二要素是系统架构要好,没有好的系统架构,这个也是空话。除了这个以外,还有第三个更重要的叫做制造,怎么把电池系统制造好。我们把这三个要素通俗称为“一个中心、两个基本点”,便于大家的记忆,我今天的报告围绕这个来展开。

一个中心,首先是电芯,电芯是至关重要。怎么把电芯做好,我们把电芯比做一盘菜,我们就是厨师。厨师要把这盘菜做好,首先原材料要选好。在座的很多是材料厂,你们也是电池系统,电芯原材料的核心部件。所以我们首先从材料特性、可靠性、安全性、电池性能等等采用高通量的计算模拟得出了一个初步结论,然后再进行验证,最后把它组装变成我们的电芯。我们通过高通量的计算,右边这个图可以看到,最近我们刚刚公布了下一代的新型无金属材料,除了锂金属以外,阴离子部分是没有金属,是非金属,做出来的电芯可以达到500瓦时每公斤(而现在的三元材料,含镍、钴、锰金属)。希望无金属电池以后可以比拟固态电池,甚至更好一点。前面说了通过模拟计算可以做出不同的电芯,不同的组合,终端客户到底喜欢什么东西,喜欢什么样的菜,刚才杨院士谈到了快充的重要性。我是负责乘用车解决方案部,专门跟客户推广我们的产品,也就是技术销售。所以我见到了大量的客户,他们很认同这个观点,欧洲几个客户跟我说未来最好是里程短一点,充电速度快一点,又便宜、又方便。所以快充我们把它看成是非常重要的一个技术。我们这里面提出来4C的快充,要达到这样一个电池根本还是把材料做好。所以我们把石墨材料进行改性。前不久我们发布了一个技术,16年200万公里,电动车保值问题是人人担心的,怎么把电动车做得保值率高,也就是寿命很长。我们开发的这个产品就可以达到这个目标。实际上我们这个产品开发初衷并不是为这个,我们知道储能一般的要求是25年的寿命,所以我们前几年开发的这个产品是为了储能使用,这个产品已经在福建一个储能项目落地。要达到这个技术,做成1500次循环无衰减,我们同样也是从材料出发,解决锂的消耗。我们知道电池的衰减,特别磷酸铁锂的衰减,主要是锂离子在阳极的衰减。所以我们解决了阳极材料,低锂消耗的阳极材料,同时结合电解液的优化,还有磷酸铁锂的优化,达到了这个目标。所以,所有的电池的性能离不开原材料的开发。这是刚才说得一个中心的重要性。

我们再说第一个基本点,就是系统架构。这个就是一个系统架构的路线图。刚才杨院士也提到了我们企业要做好技术规划,我们应了国家的号召要把这个规划做好,未来五年,甚至十年的规划。刚才前面说了高度集成的重要性,整个思路就是沿着高度集成的思路开发。我们早期做的电池包很小,模组PACK续航150公里,体积效率35%。后来开发了355的模组,再后面390、590,模组逐渐变大。后来发现可以做结构创新,去掉模组,所以我们提出来CTP技术。2017年,磷酸铁锂100%使用CTP技术,主要商用车使用。CTP技术提升了体积能量密度和重量能量密度,价格逐渐降低。昨天我们董事长已经展示了一个视频,就是无热扩散技术。我们明年推出无热扩散的CTP技术。未来,我们会进一步研发更高集成技术,所以我们提出来CTC技术,可以达到1000公里。

下面对CTP技术做一些简单介绍。左边这个图是传统的PACK,右边这个图就是CTP。CTP好处在于零部件减少、空间利用率提高、能量密度提高、同时价格跟着降低。通过CTP可以做到不同特性的CTP技术。首先可以做到安全,刚才前面说得无热扩散在CTP直接应用。第二个热效率提升。第三个我们知道电池的膨胀是一个问题,所以我们通过CTP,结合电芯的低膨胀技术,解决膨胀问题。最后一个是可维护性,CTP因为零部件减少,并且我们研究出了一个新的关于CTP的维护技术,所以使维护更加便利。

下一个是CTC技术,进一步高度集成。左边这个图是传统的PACK设计,右边这个图是未来的电芯底盘一体化CTC设计,通过这个技术整车减重8%以上,动力系统成本降低20%以上,续航提升40%以上,行驶里程可达1000公里,百公里电耗降低12度以下。

我们CTC开发分三步走,第一步是集成底盘,低压、高压多合一。第二步叫做智能底盘,采用悬挂、制动、独轮驱动技术,AI自适应控制系统。第三步叫自动底盘,自动驾驶是发展的必然,未来必须适应发展趋势,提出了自动底盘的概念。

第二个基本点,制造的重要性,所以我们也在智能制造上面做了大量的工作。电池制造是一个复杂的工程,具有海量的数据,所以必须要有一个智能大脑进行决策算法、预测算法和图像的算法,达到了透明、智能、全程追溯等等目标。这些智能制造非常重要,我们正在逐步导入。通过智能制造,体系架构成效显著,产品研发周期降低,运营成本降低,GWh人力投入降低,产能提升,综合利用率提升,生产效率提升。所以,智能制造的重要性显而易见。

一个中心,两个基本点,把产品做出来了,还是不够,我们还要看到怎么应用。所以我们提出来了光储充一体集成技术,就是集成应用。我们做出了电池储能柜,如果到CATL参观的时候,在大操场前面就有一个光储充检智能充电站,可以实现大功率快充,满足快充需求,帮助优化充电网络。同时还可以做电池在线检测及维护,实现电池安全管理,助力二手车交易与回收利用。此外,充电站还可外接光伏,利用可再生能源充电,实现光伏、电动汽车、储能系统与电网互动。

最后,提出来了多级梯次利用。前面说了电池寿命非常长,怎么使用好,需要和在座的企业家、专家一起探讨,应用模式非常重要,怎么落地还需要和各位专家一起探讨,有兴趣的朋友可以继续线下沟通。

朋友们,通过我们的材料创新、结构创新、智能制造创新和商业模式创新,我们相信电动化进程肯定会上一个台阶,我们相信竞争过燃油车指日可待。谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

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