2020年02月18日 | “无模组”电池专利排排看：谁更牛一点？

左图：宁德时代CTP配套的北汽EU5，右图：比亚迪“刀片电池”配套的比亚迪汉

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？

1.“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。

2.“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？

《电动汽车观察家》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。

3.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？

《电动汽车观察家》在与多位业内人士的沟通中发现，大家公认比亚迪的“刀片电池”创新性最强。

上述电池系统生产商张先生对《电动汽车观察家》表示，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。

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。”

谈到蜂巢能源的CTP结构特点时，某汽车三电技术负责人向《电动汽车观察家》解释说，蜂巢能源简化了模组结构，“以房子来比喻的话，就是将房梁和墙都做得很薄。”整体来看，并没有太大创新性。

软包方面，捷威动力和桑顿也在模组方面进行了探索。

例如，捷威动力的柔性电池大模组成组结构专利。

张先生表示，捷威动力专利的主要特点也是简化了模组结构，并将模组做大，并没有太大创新。整体思路与宁德时代差不多。

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

对此，《电动汽车观察家》咨询了桑顿新能源pack事业部负责人熊志江。熊志江告诉记者，这个专利技术目前还有待提升，尚未在乘用车领域应用，目前主要用做储能。

不过熊志江表示，他们的产品也在向大模组电池包的方向发展，这个趋势是可以肯定的。

“无模组”电池包的应用，会带来怎样的影响呢？

某业内人士对《电动汽车观察家》表示，影响主要有两点：

首先，车企和电池企业的关系方面，车企对电池企业的依赖度必然增强，电池企业的话语权增强、议价能力增强。

其次，在产品方面，大模组电池包对电芯一致性、可靠性的要求很高，因为没有模组后，剔除损坏电芯的难度增加，以至于后期的梯次利用都会很麻烦。

无论如何，“无模组”电池包在中国已经成为新的发展方向。现阶段应用“无模组”电池包的乘用车企并不算多。虽然成本下降明显，但大部分车企对产品的可靠性和售后维修仍存有疑虑。随着“无模组”电池包量产的乘用车的出现，产品经过时间验证后，相信会有越来越多的车企采用这一技术。