比亚迪－弗迪电池混动技术应用

作者： 痛快舒畅

发布于:2021-06-23 18:07 修改于:2021-06-23 18:47

雪球

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以下内容，来自弗迪电池的最新演讲。

以下内容，拒绝任何形式的转载。

一、弗迪电池总体情况

1、公司概况

      弗迪从1995年开始做电池业务，至今已经有26年，从电池延伸到材料、Pack，是比亚迪旗下一个非常全面的子公司。公司旗下有4个事业部，已经有14个基地（三个中心10个工厂），超过4万名员工，销售额超过250亿元。

      弗迪电池持续投入研发，每年拿出年销售的7%投入研发。截止2020年12月，弗迪电池共有4382名研发人员，其中博士150名，硕士750名。截止2021年3月，已经累积5293项专利，拥有3900台研发设备，以及13968条测试通道，并且与国内主流测试机构长期、持续合作，来支持电池的研发。

（说明：从原材料、半成品、成品、模组、Pack等各个环节都需要测试，所以才会有如此多的测试通道）

       比亚迪在动力电池全产业链布局，拥有动力电池完整的研发及生产体系。从矿山资源的投资合作，到核心原材料的开发制造，比如隔膜、磷酸铁锂核心材料（不仅仅是自己生产也从供应商采购），有自己的装配制造工厂提供工艺研发的支持（也与供应商合作，比如大型的卷绕机等设备厂商合作进行工艺研发），也有电芯、模组、BMS、Pack等设计制造，以及最重的动力电池梯次利用，可以说属于从矿石到梯次利用的动力电池全生命周期的开发能力。

       弗迪电池内部共有5个模块涉足动力电池的全面研发：电池开发中心、材料与机理研究（隶属于电池开发中心）、原材料开发中心、中央研究院与仿真中心。其中，中央研究院主要是做基础评测与研究，仿真中心主要做热力、场、磁等各种类型的仿真。

       目前 比亚迪形成了稳健的产能供应，已经建成的有西安、重庆、惠州、深圳、青海、蚌埠、长沙等工厂（其中，长沙工厂已经形成产能），目前在建的有贵阳工厂；还有两个成型的开发中心，深圳开发中心和上海开发中心，目前重庆的开发中心是规划有3000多名研发工程的研发基地，目前已经开始在筹备过程中。

（说明：昨天的那张动力电池产能的规划图，就是来自于此。但关于 比亚迪具体的产能规划图为年初版本的资料，并未进一步作出更新，同时具体的产能规划由于涉及经营，演讲人并未具体提及。2025年120GWh的产能规划仅仅作为图示，不作为正式的、官方的表达）

       比亚迪电动车的单车最长行驶里程已经突破100万公里。

       个人注释：图表显示的弗迪电池2020年动力电池装机量为11.9GWh， 比亚迪公布的2020年新能源汽车动力电池及储能电池装机总量 、为12.598GWh，相差的0.698GWh应该就是2020年比亚迪储能电池的装机量了。可以说，储能在比亚迪的电池体系里，占比太小了。

2、开发安全理念

      弗迪认为的安全理念是：从单体、模组、电池包、与系统，4个层级构建全方位的动力电池体系，从电安全、机械安全、热安全、环境可靠性、气体可燃性，5大方面进行安全评价验证，并且针对内部短路、外部短路、过充、碰撞、高压、连接（电连接、密封）、危险气体，7重维度保障开发安全，更重要的是 比亚迪的测试体系覆盖面远高于现行国标的要求。

       弗迪用精益求精的过程保障，以及严苛的测试体系来保障动力电池的安全性。

3、弗迪混动产品

 

    弗迪按照使用场景的不同，提供12v电池、48V轻混电池（MHEV）、 HEV（混动）电池、 PHEV（插混）电池。不同的产品对应的循环充电次数以及能量密度都各有不同。

       个人注释：目前从演讲表达与市场数据相互映证，弗迪电池的电池外供主要是HEV、48V和12V产品为主，EV电池的外供目前集中于红旗的产品，未来主要放量大概率在与丰田的合资。

二、弗迪PHEV开发

        PHEV是弗迪早起的产品之一，从2003年开始做三元锂电池的技术研发，到2005年磷酸铁锂动力电池的搭载上市；2008年搭载DM1.0的F3DM上市；2013年DM2.0产品量产，主要搭载于秦、唐DM产品；2016年DM3.0产品量产，应用于王朝全系车型；2021年DM4.0产品量产，分为DM-i与DM-p两种技术路线。目前DM-i能够实现比燃油车低20%的能耗水平，相关电池产品正在加急生产以满足市场需求。

1、刀片电池混动的7S安全理念

 

       刀片电池又分为功率型刀片与能量型刀片，纯电车型应用能量型刀片，主要是单电芯的模式；混动车型用功率型刀片，主要是高电压的模式；功率型刀片是几节电池串联的状态，相当于电芯软包串联成为刀片类似于一个小“模组”的概念，不再需要做模组的堆叠、连接等，能够极大提高成组效率。

   功率型刀片电池有7开发个理念：成本、安全、强度、功率、低温、寿命、续航。

超级成本

       在材料层级，选取磷酸铁锂电池，减少对于钴、镍等金属的需求。同时，磷酸铁锂电池成本也远低于三元锂电池。

       包体层级：实现了从电芯到模组的CTP成组模式，是的零件种类减少40%，零件数量减少70%，体积利用率提升50%，总体成本降低30%。

超级安全

本征安全：

       LFP与NCM相比的优点核心在以下三点：第一，NCM的触发点在180-250度左右，而 LFP的触发点在500度左右。NCM分解时会产生氧气，非常容易引发连锁式的反应。而LFP触发需要500度的温度，而且不是连续性的反应；第二，NCM放热速率远远大于LFP，发生分解的速度快；第三，NCM总放热量大于LFP，同样1克的材料，NCM的放热量时LFP的几十倍。

产品安全：

       通过针刺实验，来进一步验证电池的安全性能。产热少、不会发生着火爆炸等热失控现象。

包体安全：

       通过针刺实验，包体未发生起火、燃烧、爆炸现象，只是出现冒烟现象，针刺15分钟后电池烟雾消失，未发生热扩散；试验后拆包，包内没有烟渍和灰尘。

超级强度

  

     通过模拟仿真，100千牛的挤压测试，发现与传统电池结构相比，刀片电池的结构安全性都能够得到保证的。

超级功率

  

     功率型刀片电池，在插混的实际运用场景中，电池功率需求在100KW左右，充电倍率方面在10-20C就能够满足实用需求。

       对于功率型刀片电池而言在具体的实用体验上，可以转化为三个方面。一个方面是，保证电池在不同SOC状态下的功率输出；第二个方面是，保证在不同温度下的功率输出；第三个方面是，保证30分钟快充的充满的体验。

超级低温

  

   基于电池包整体来评测低温性能。虽然磷酸铁锂从材料层面，在低温状态下活性相对有限，但通过电解液的改善磷酸铁锂的低温性能，同时开发电池包自加热技术，通过快速的电池充放电，利用电池自身阻抗加热电池包，能够保证在短期内迅速提升电池包温度。

       这相当于在外部环境零下10摄氏度的状态下，电池包保持在零上5摄氏度的性能表现。这大大提升了消费者在纯电使用过程中的整体体验。

超级寿命

     从循环次数方面，LFP远远优于NCM的。主要原因在于随着循环次数的增加，会产生析锂现象，并导致NCM的活性降低。而LFP则随着循环次数的增加，变得越来越稳定。

超级续航

 

      对于DM-i车型纯电的续航里程， 比亚迪设定了不同的应用标准。不仅能够满足政策的导向性需求，也能够满足更多的使用场景。

个人注释：曝光了两个关键信息。

第一，预计下一代DM-i将对打造更大容量的电池，续航将会全面提升，起步续航从50提升到100公里，高版本续航将会从120公里提升到200公里。

第二，预计下一代DM-i将会推出540V高电压充电平台。（如果DMI都是用高压充电平台了，纯电的高压平台还远么？）

三、xHEV开发进展

1、 xHEV的发展历程

    xHEV可以分为三个类型，12V低压启动或者备用电池，48V低压辅助动力电池以及作为HEV的高压动力电池。

       目前来看12V低压启动或者备用电池主要是替换现有的铅酸电池。对于整车无铅化来说，具备明显的市场空间，特别是欧洲市场对于12V和48V电池的需求非常旺盛。弗迪也拿到了很多海外客户订单。

       弗迪12V电池是服务于 比亚迪整车无铅化的战，并作为DM的产品配套而开发的。所以12V电池产品会落后DM-i一代。目前比亚迪的全部混动车型及部分纯电车型采用了弗迪开发的12V电池，

       弗迪的HEV&48V电池，目前已经开发出4代产品。目前第四代产品，已经与国际知名厂商合作，已经走入量产阶段（个人判断有可能是丰田）。目前HEV系统已经与日系、美系车企合作以及部分国内客户已经进入批量生产阶段（长城是其中之一），48V产品与欧系品牌合作为主。

 

      目前正在开发第五代产品，NCM与LFP体系并行开发，目标是实现高功率，更优秀的低温性能。

2、xHEV典型客户需求

  主要分为五类核心需求：超高功率、超级低温、超长寿命、超级可靠性、超级安全。

       超高功率：加速动力、回馈功能需要满足50C的充电倍率和60C的放电倍率（25摄氏度时）；以及工况状态时达到30C的脉冲电流。

       超级低温：工作范围需要满足极端寒冷于炎热，在零下30度的低温下能够保证不低于10C的倍率性能（短期）。

       超长寿命：30%－80%SOC范围内，能够保证3万次的循环使用寿命，个别企业甚至要求达到4万次的循环使用寿命，保证在整车生命周期内，不更换电池。

3、弗迪HEV Pack 产品

       NCM和LFP两条路线（以及风冷与液冷）同步在做。目前NCM的产品已经量产，正在稳定的供货。LFP产品目前还在开发过程中，已经有很多意向客户与弗迪一起共同参与开发。

4、48V Pack 产品

      弗迪主攻P0与P2两个方向（电机位置不同），目前来看国内主要是P0方向，国外主要是P2方向。P0主要采用NCM被动冷却的方式，P2产品已经与客户进行到D样的生产阶段，预计很快就能全面量产。

5、12V 产品

     目前已经有三代产品，2017年50Ah产品，满足多种功能的需求（－18度冷启动、带动2.0T发动机、平衡低压用电器等一系列功能），既需要兼顾应用环境的高温需求，也需要满足使用环境的低温需求，导致产品成本控制难度极高。

  

     第二代产品，降低部分使用需求（加入BSG），保留关键性能。从50Ah降低到25Ah，再到13Ah。甚至部分合作的主机厂希望做出10Ah以下的产品。

6、xHEV产品的特性

    超级功率 ：2S做到120C倍率

    超级低温：零下40度，5C的放电能力

     超级寿命：3-4万次区间循环（30－80%）

     超级安全：材料安全、化学安全、极端安全，全生命周期无枝晶风险。

写在最后的感受：

1、弗迪电池立足 比亚迪的需求，在整体动力电池产能扩张方面，远较宁德（TOP1）、甚至蜂巢（二线龙头）保守。以宁德为例，到2023年的规划产能已经突破180GWh，蜂巢的产能规划在2023年也达到了148GWh。目前测算的比亚迪到2023年的产能规划在120GWh（2020年上市公司公告产能为66GWh）。

2、对于下一代DM-i产品， 比亚迪已经进行了足够的储备（等待市场时机以及政策补贴的要求）。首先，将拥有更大容量的电池，续航将会全面提升，起步续航从50提升到100公里，高版本续航将会从120公里提升到200公里；其次，将会推出超过540V高电压充电平台。（如果DMI都是用高压充电平台了，纯电的高压平台还远么？）

3、2020年， 比亚迪的储能电池装机量在0.698GWh，在总体12.598GWh装机量的5.5%。比亚迪目前的动力电池外供主要以HEV、48V、12V三类产品为主（单体容量相对较小），EV电池外供量产主要是红旗品牌，预计2022年将会产生更大批量的电池供应。

4、 比亚迪在电池安全方面所下的功夫以及研究的深度、以及技术的储备，所依托的研发池，专利池，已经搭建起具有足够高，足够强的护城河。

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