无模组”电池专利：谁更牛一点？

　　去年起，“无模组”电池包突然大火。国内两大电池巨头引领潮流，宁德时代推出“CTP(Cell To Pack)”电池包;比亚迪祭出刀片电池，以无模组方式直接成组为电池包;电池新秀企业——蜂巢能源，也对外公开了CTP电池包。此外，还有一些企业也在研发类似技术。

　　“无模组”电池包，顾名思义，就是将电芯直接集成到电池包。

　　根据企业提供的数据来看，“无模组”电池包能够提升体积利用率，并降低电池包的成本。

　　以宁德时代为例，其CTP电池包体积利用率提高了15%-20%，电池包零部件数量减少40%，生产效率提升了50%，电池包能量密度提升了10%-15%，可达到200Wh/kg以上。

　　比亚迪推出的则是采用磷酸铁锂的“刀片电池”，系统体积比能量提升达50%。在业内人士看来，这也是典型的“无模组”电池包。

　　蜂巢能源对外宣传的数据是，与传统590模组相比，蜂巢CTP第一代减少24%的零部件，第二代成组效率提升5-10%，空间利用率提升5%，零部件数量再减少22%。

　　从数据上看，取消模组的好处显而易见，但是否会带来新的问题?“无模组”电池包是否没有模组结构?各家技术路线有何异同?对业界可能带来什么影响?

　　“无模组”到底有没有模组?

　　家家都说“无模组”，是真的都没有模组吗?

　　例如，根据宁德时代专利 CN 209658278 U来看，其CTP电池包就是有模组的。根据摘要所述，宁德时代电池包包含两个以上的电池模组。

　　资料来源：宁德时代专利 CN 209658278 U

　　比亚迪的“刀片电池”组成电池包，兼容有模组和无模组两种形式。无模组模式下，电芯本身承担一部分模组功能，做大了容量，但又提升了空间利用率，减少了材料和内耗;有模组的情况下，模组结构不包含端板和侧板等结构，也比传统模组有所提升。

　　从比亚迪“刀片电池”多个专利来看，首先，电芯长度远比一般要长，形如刀片。在比亚迪专利CN 110518174 A中，长度为400~2500mm。

　　资料来源：比亚迪专利CN 110518174 A 注：100为电芯，即“刀片电池”

　　其次，“刀片电池”内部多个极芯串联。和电芯组成模组相比，同样是提升电压和容量，但减少了外壳以及外部安装结构，提高了空间利用率，保证了动力电池包的整体容量;同时，还减少了外部动力连接件的使用，降低内耗。

　　资料来源：比亚迪专利CN 110518174 A

　　第三，基于“刀片电池”，既可以做无模组电池包，也可以做有模组电池包。我们分析，无模组主要应用于乘用车，有模组电池包主要应用于商用车。

　　资料来源：比亚迪专利 CN110518156 A

　　第四，即便是有模组的电池包，基于“刀片电池”，该模组也能比常规模组节约一些结构件，同样达到提升体积能量密度的功能。

　　资料来源：比亚迪专利CN 209389112 U

　　蜂巢能源的CTP电池包专利CN 109728219 A，其本身描述的就是一个电池模组。蜂巢能源主要是通过加强梁和端板的集成在一起，使电池包的结构更加紧凑，为电池包提升强度、降重。

　　资料来源：蜂巢能源专利 CN 109728219 A

　　他们的模组和传统模组有何不同?

　　一般来讲，电池模组基本组成包括：模组控制、电池单体、导电连接件、塑料框架、冷板、冷却管道、两端的压板，以及一套将这些构件组合到一起的紧固件。其中两端的压板除了起到聚拢单体电芯，提供一定压力的作用以外，有时还会将模组与电池包的固定结构设计在上面。

　　上述企业的电池包只是在某种程度上，减少了电池模组的部件，例如端板、侧板，并且将电池模组做得比较大。

　　在某电池系统生产企业总经理张先生看来，这些“无模组”的电池包，多数而言，更准确的说法应该是简易模组或者大模组，最终目标是减少电池包空间上的浪费，并减少一些多余的重量，从而达到提升电池系统的能量密度的目的。

　　“无模组”已成趋势

　　国内只有上述三家企业在做“无模组”电池包吗?

　　使用专利搜索引擎SooPat搜索发现，专利名称中包含“无模组”三个字的动力电池企业并不少。

　　资料来源：SooPat

　　这还包括名称中不含有“无模组”三个字的专利。例如，宁德时代、比亚迪和蜂巢能源三个典型“无模组”专利中就不包含这三个字。

　　当然，如果将“无模组”概念改为“大模组”或者“简易模组”电池包，那么在做的企业数量就更多。据了解，捷威动力、欣旺达、桑顿新能源科等企业都在做。

　　一家中国去年年度装机量进入TOP10的企业电池技术总工程师李先生表示，他家也已经有大模组的产品，但目前还没有上市，未来方形和软包电芯都会有。

　　在李先生看来，大模组已经是业内发展趋势，因为标准模组不可能在各种车型上都得到最优化的系统设计。

　　“随着市场扩大，单一车型或一个系列车型的电池量能够支撑独立的模组设计的时候，电池包就变成了定制化。”

　　李先生的观点与电池系统商张先生的观点很类似，在张先生看来，这个技术既不新鲜也不困难，是新能源汽车产业发展到一定阶段的产物。

　　但定制化路线经济么?

　　李先生表示，目前大车企已经有定制化底盘的思想，多车型共用同一个电池包，量大了，定制化的经济型就能体现出来。

　　“如果特斯拉不走定制化路线，就不可能有今天的成功。”李先生说。

　　论创新：“刀片电池”最强

　　那么多企业在做“大模组”或者“简易模组”电池包，都有何异同?

　  大部分企业是将电池模组做大，电芯尺寸是基本没有变化的。但是，“比亚迪从电芯层面就发生了较大变化。”

　　具体来看，“刀片电池”减少了电池包中横梁或纵梁的使用，甚至可以不使用横梁或纵梁，从而提高了电池包的空间利用率，进而提高整个电池包的容量、电压以及续航能力;此外，通过电芯本身也可以提高电池包整体的刚度。

　　这种大电芯的方式，到底能为比亚迪带来怎样的效果呢?

　　通过比亚迪在专利中给出的数据可以看出，在电池包总体积不变的情况下，电池包的电量和能量密度都有较为明显的提升。乘用车体积较小，因此，能容纳电池的空间也相对较小，电池包体积能量密度便成为一个非常重要的数据。

　　具体来看，实施例3相比对比例1，体积能量密度提升大约11.6%;实施例5和对比例2相比，体积能量密度提升12.2%;实施例6和对比例3相比,体积能量密度提升了18.1%。再对比车身尺寸，可以看出，尺寸越大，刀片电池体积能量密度提升幅度越高。

　　比亚迪对比例和实施例数据

　　资料来源：比亚迪专利CN 209389112 U

　　刀片电池将会首个搭载在其新车型比亚迪“汉”上。

　　根据工信部最新一批新能源汽车推广目录信息来看，比亚迪汉EV的NEDC续航里程为550km(双电机车型)、605km(单电机车型)，配备电池系统能量密度为140Wh/kg。虽然质量能量密度表现一般，但从续驶里程来看，“刀片电池”体积能量密度优势应该得以发挥。

　　比亚迪“汉”

　　宁德时代和比亚迪“无模组”电池包差异很大。

　　根据宁德时代的专利描述，其电池包包括两个以上的电池模组，两个以上的电池模组均包括框架和容置于框架内的多个电池单体。

　　“无模组”电池专利排排看：谁更牛一点?

　　宁德时代专利 CN 209658278 U对模组的阐述

　　也就是说，宁德时代的CTP电池包中电池模组已经取消相应的顶板、侧板等零部件。在满足电池包轻量化的同时，提高了电池包在整车的连接强度。

　　在张先生看来，宁德时代的CTP相当于将电池模组做大。“如果将书本比作电芯，装书的箱子比作电池包，将捆书的打包带比作电池组。5本书打成一捆，与20本书打成一捆，打包带在箱子中占的体积是不同的，明显后者打包带占的体积要小很多。”

　　资料来源：捷威动力 CN 108666494 A

　　桑顿的软包无模组专利则更为简单。

　　根据桑顿专利CN 209232839 U的描述，其电芯组是通过螺栓固定在箱体上，电芯间通过结构胶加以固定。

　　资料来源：桑顿新能源专利 CN 209232839 U