關(guān)鍵詞：BYD刀鋒電池，技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)全球，國貨精品

引言：比亞迪2020年3月發(fā)布的電池產(chǎn)品：刀片電池（The blade battery）是比亞迪于2020年3月29日發(fā)布的電池產(chǎn)品。該電池采用磷酸鐵鋰技術(shù)，將首先搭載于“漢”車型。2020年3月29日，比亞迪正式發(fā)布刀片電池，該電池采用磷酸鐵鋰技術(shù)，將首先搭載于“漢”車型。2022年11月，比亞迪刀片電池巴士在新加坡第四屆LTA-UITP新加坡國際交通大會暨展覽會亮相。

“刀片電池”通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)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(nèi)裝入更多電芯的設(shè)計目標(biāo)。相較傳統(tǒng)電池包，“刀片電池”的體積利用率提升了50%以上，也就是說續(xù)航里程可提升50%以上，達到了高能量密度三元鋰電池的同等水平。

比亞迪將展示的刀片電池，通過了電池安全測試領(lǐng)域的“珠穆朗瑪峰”針刺測試，成功挑戰(zhàn)了極端強度測試─46噸重卡碾壓測試，具備超級安全、超級強度、超級續(xù)航、超級壽命的特點。超級安全：針對電池使用七重安全維度測試，涵蓋內(nèi)部短路、外部短路、過充、碰撞、高壓、連接以及危險氣體；超級強度：電池包具備擠壓不起火、不爆炸特性，并通過了模擬碰撞，抗壓強度等測試；超級續(xù)航：續(xù)航里程輕松突破600km，超級壽命：滿足充放電3000次以上，滿足車輛行駛?cè)芷谛枨蟆?/span>

BYD刀片電池的測試及特點

一

針刺測試

針刺試驗?zāi)M的是電池受到外力破壞時的情況，例如電池組被碰撞、擠壓、穿刺。針刺試驗主要模擬的還是鋰電池內(nèi)部隔膜破裂時的內(nèi)部短路情況。鋰電池在充電時，鋰離子從正極脫嵌并100%嵌入負(fù)極；但是在非理想情況下（如過充、低溫、大電流等），從正極脫嵌的鋰離子會在負(fù)極出現(xiàn)嵌入異常的情況，鋰離子就只能析出在負(fù)極表面，這種現(xiàn)象被稱為“析鋰”。

“析鋰”發(fā)生時，鋰離子在負(fù)極表面可能會還原成不同形態(tài)的金屬鋰，其中樹枝形狀的金屬鋰被稱為“鋰枝晶”，它會隨著析鋰現(xiàn)象而不斷“生長”，這一過程基本不可逆，最終有可能會穿破正負(fù)極間的隔膜，從而導(dǎo)致電芯的內(nèi)部短路，并最終引發(fā)熱失控。需要通過針刺試驗來模擬電芯內(nèi)部隔膜被穿破的情況，以驗證電芯本身的安全性。?

二

安全性能

刀片電池所采用的材料本身就更安全。NCM三元材料在溫度不足200℃時就會開始分解并放出大量熱；而磷酸鐵鋰材料要在溫度接近500℃時才會開始分解，且在分解過程中不釋放氧氣，放熱速率也遠(yuǎn)低于NCM三元材料，不易發(fā)生熱失控更不容易起火燃燒。

刀片電池的結(jié)構(gòu)也更安全。

相比方方正正的方殼電池，又長又薄的刀片電池?fù)碛懈蟮谋砻娣e，在發(fā)生內(nèi)部短路時，熱量會被快速散發(fā)掉，讓聚集的熱量達不到磷酸鐵鋰材料的分解啟動溫度，從而保證了電芯不會輕易發(fā)生熱失控。

鋰電池的生產(chǎn)主要分為極片制造、裝配、注液等幾個步驟。根據(jù)比亞迪的介紹，刀片電池的生產(chǎn)難點主要在于極片制造。

“長”是刀片電池各種核心優(yōu)勢的根本，而長達960mm的刀片電池，其內(nèi)部的極片自然也要達到這個級別。市面上主流的電池產(chǎn)品極片大多處于500mm以下的級別。

好針對刀片電池的需求，開發(fā)出了超寬幅的極片生產(chǎn)設(shè)備，弗迪電池工廠的涂布設(shè)備，可以實現(xiàn)1300mm寬度的極片雙面涂布，單位面積的涂敷重量小于1%，寬度尺寸偏差小于0.5mm，速度為每分鐘70米。

在輥壓工序，弗迪工廠的輥壓設(shè)備可以實現(xiàn)1200mm寬度的極片輥壓，可以將極片厚度差控制在2微米以內(nèi)，速度為每分鐘120米。

生產(chǎn)長度960mm的刀片電池，關(guān)鍵就在于其寬幅極片生產(chǎn)工藝。極片并不是生產(chǎn)刀片電池的唯一難點。刀片電池采用了疊片工藝，相較卷繞工藝實現(xiàn)了更高的能量密度，但如此長的極片，要保證分切地一致、堆疊時對齊，才能保證生產(chǎn)出的電池?fù)碛辛己玫囊恢滦?。通過完全獨立自主開發(fā)的設(shè)備和裁切方案，弗迪電池工廠的疊片在960mm寬度的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了每分鐘200片的疊片速度和小于0.3mm的對齊公差控制。按照官方說法，這一速度達到了世界領(lǐng)先的水平。

三

刀片電池CTP技術(shù)

刀片電池實際上也是一種CTP（Cell To Pack，無模組）方案，屬于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新而非材料創(chuàng)新。CTP技術(shù)大幅減少了電池組中的電池模組，將十?dāng)?shù)個小的模組變成了兩個或四個大的模組，從而省去了大量的零部件、連接線和殼體，在相同體積的電池組中容納了更多電芯，提高了電池組整體的能量密度。

比亞迪的刀片電池組由于其電芯本身足夠長，通過特殊的設(shè)計和組裝工藝，實現(xiàn)更徹底的無模組化。

其他廠商的CTP技術(shù)，依然是基于現(xiàn)有的電芯對布局重新設(shè)計，這導(dǎo)致電池組的尺寸控制依然會被電芯的規(guī)格所限制。而比亞迪的刀片電池由于形狀規(guī)整、排列簡單，電池組的尺寸可以直接實現(xiàn)電芯級的調(diào)整。

刀片電池也是一種磷酸鐵鋰電池，比亞迪針對刀片電池組進行了多項專門設(shè)計，以保證其低溫性能。

刀片電池組中全部采用了液冷式熱管理系統(tǒng)，在電芯的上下部分采用了大面積的保溫材料，以保證熱管理系統(tǒng)可以良好運作。在極片材料上，采用了納米化的磷酸鐵鋰通過減小材料粒徑縮短鋰離子的遷移路徑，改善了電池組的低溫功率性能。

刀片電池組在零下20度的環(huán)境下，依然可以保持常溫90%的放電能力。

刀片電池組實際上也是一種CTP方案，它的電池組內(nèi)部直接就是一個個的電芯，并非直接放置在電池組中的，而是被各種連接件安裝、并通過特殊膠水固定的。

這種用來固定電芯的膠水可以牢牢地將電芯固定在電池組中，同時起到一定的導(dǎo)熱、阻燃和緩沖效果，但相應(yīng)地，電芯被黏在一起之后就很難再拆開。如果電池組中的單個電芯出現(xiàn)故障，就要直接更換整個電池組。而傳統(tǒng)的模組化電池組，就可以通過更換單個模組來維修，這無疑大大增加了采用刀片電池車型的電池故障維修成本。

刀片電池并沒有大家想象中的那么神秘，它本質(zhì)上依舊是磷酸鐵鋰電池。但在結(jié)構(gòu)上進行了大量的創(chuàng)新，從而實現(xiàn)了優(yōu)秀的安全性。刀片電池，關(guān)鍵就在于比亞迪的先進工藝，包括寬幅極片的制造、高速高精度的疊片工藝等等，這些是比亞迪的核心技術(shù)，磷酸鐵鋰材料不能滿足人們的續(xù)航需求時，刀片電池生產(chǎn)工藝或許也會被用來生產(chǎn)三元鋰電也說不定。

BYD刀片電池拆解

在網(wǎng)上整理和瀏覽資料的時候，發(fā)現(xiàn)一個刀片電池系統(tǒng)的拆解，是對一些比較有趣的部分整理。當(dāng)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(nèi)容，后續(xù)會就結(jié)構(gòu)和冷卻部分再逐一分解，隨后有機會整理一些專業(yè)機構(gòu)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(tǒng)，右邊是70+kwh的上下疊層雙排電池系統(tǒng)。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(jié)構(gòu)化的設(shè)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(fù)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(tǒng)的配電盒

備注：據(jù)參考的拆解信息說，這根母排的材質(zhì)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(shè)計，盡可能復(fù)用中間排氣管道的凸出的設(shè)計。刀片電池在整車上是兼容BEV、PHEV兩種不同的設(shè)計，所以目前看下來都是這樣統(tǒng)一地堆在電池系統(tǒng)上方的設(shè)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(shè)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(tǒng)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。

圖6 接下來是這個重點的BDU

不知道為啥，現(xiàn)在比亞迪的電路板特別喜歡局部做這種。

圖7 比亞迪的電池管理系統(tǒng)

在電池管理系統(tǒng)里面，配了兩個主接觸器，回路里面有一個比亞迪自制的Shunt電流傳感器，還有一根400A的熔絲。

圖8 BDU的下層