比亚迪的电池专利 – 来自中国的有边角的“圆形电芯”

德国《车评》，2023年2月17日

作者：Luca Leicht

编译者：刘晓毅博士，观昱机电技术（上海）有限公司CEO

在特斯拉一直采用圆形电芯同时，尤其德国的厂家依然用方形电芯或者软包电芯。 中国的电池和汽车制造商比亚迪开辟了一条新的道路，开发出六边形的“圆电芯”。

图1比亚迪汉的电池专利（源自《车评》）

如常常发生的， 工程师们在开发电池时，从大自然激发出创意， 因此产生了圆形电芯， 只有这样， 才能充分利用空间、 并提高电池的可靠性， 如果不是这样的话， 生产电芯比起圆形电芯来说，是不可比拟的复杂， 当然， 这是从单个电芯来看的话。当把圆形电芯组装成电池包时， 形成其中空隙， 这些空隙导致冷却效率下降、 空间利用率减小因此功率（能量）密度降低。

图2六边形电芯（源自《车评》， 应是比亚迪专利文件的图片（译者注））

比亚迪申请了一个专利，因此解决了上述问题，也是受到大自然的启发。创意是：六边形的电芯，然后如同蜂巢一样排列，由此而组成所谓“刀片电池”，准确地说，这是指六边形的方形电芯。

图3六边形电芯与圆形电芯的对比（源自《车评》）

尤其是从电芯顶部看去，这种蜂巢式排列的优点显而易见。对比圆形电芯，其中空隙不见了（这些空隙完全被利用起来），因此可以注入更多的电解液来提高电芯寿命，此外， 六边形电芯使得电池包更加稳固、拥有更好的防撞性能。

比亚迪专利指出电芯的高度介于60至150毫米，直径15至60毫米。具体地说，高度90毫米，直径为40毫米，按照通常的命名逻辑，比亚迪的六边形电芯称为4090电芯。

比亚迪的磷酸铁锂4090电芯，在尺寸上有别于特斯拉的4680电芯，美国人的是更厚（直径）、更小（高度），比亚迪的六边形电芯和特斯拉的4680电芯都比市场上通常的电芯要大些。比亚迪的六边形电芯采用磷酸铁锂材料、特斯拉的圆形电芯采用三元材料（镍、錳、钴），以此得到的能量密度：特斯拉约为244Wh/kg, 而比亚迪的为290Wh/kg（比亚迪的专利未公开这个数据、依据理论推算出）。

图4六边形电芯电极布置（源自《车评》， 应是比亚迪专利文件的图片（译者注））

另外一个六边形电芯的特征是它的电极。不同于通常的电芯，电极布置在上、下端，六边形电芯的阴极、阳极均布置在电芯上方，阴极（22）位于中间，阳极（21）分为三部分布置在边上， 这样设计的方式， 可以使电芯更简单、 更防止短路。

再说电池包，比亚迪的专利里采用基于蜂巢形的铝外壳，这种结构也用于比亚迪的“刀片电池”。这样，比亚迪的电池包拥有80%至90%的电芯含量，别的电池包电芯含量仅为约60%。这样的刀片电池尺寸96厘米长、9厘米高、1.35厘米厚，按照4090电芯尺寸，电池包至少有约9厘米的空间用于外壳和冷却。总体来说，这样的电池包依然很“苗条”，对比梅赛德斯的EQ车型，大多数多出20厘米。

进一步的优点：蜂巢结构拥有非常好的稳定性，并更便于Cell-to-Pack(CTP)或者Cell-to-Chassis(CTC)的电池包设计，这意味着，不需要先把电芯组成模组，然后才由模组组成电池包，而是直接由电芯组成电池包（编译者注：目的是降低成本、减轻重量）。特斯拉的4680电芯就是这样组成电池包的、宝马计划2025年新一代电池包设计采用Cell-to-Open-Body方案。

比亚迪的六边形电芯解决了许多问题、使电池包有更好的稳定性、更长的寿命、更好的效率。拥有蜂巢结构（六边形电芯）的电池包是否能够大规模工业化生产，令人拭目以待，这也是传统圆形电芯的至今无法超越的优点。

编译者 刘晓毅博士（观昱机电技术（www.costkey-solutions.com）创始人、CEO），德国戴姆勒集团（奔驰汽车）20多年新生产工艺、整车企划（含新能源汽车）和成本工程；德国物理学家奖获得者；工信部“长风计划”新能源与智能网联汽车产业智库专家；长城汽车技术中心高层技术管理；中国工信出版集团“国之重器出版工程”重点图书《制造企业的成本工程体系》作者；上海交通大学电子信息与电气工程学院研究生企业导师；同济大学汽车学院客座教授; 工信部人才交流中心/中国汽车产业培训基地/高顿财税学院成本工程特聘讲师；盖世汽车《刘晓毅专栏》作者；CostKey是观昱机电技术自主开发的国内首个云端企业级成本工程SaaS软件系统， 获得上海市科委创新基金奖。