宁德时代CTP3.0麒麟电池专利解析及短评

价值投机小学生 / 2022-06-25 09:46 发布

来源: 新能源汽车动力电池

宁德时代表示，CTP3.0 麒麟电池系统集成度创全球新高，体积利用率突破 72%，能量密度可达 255Wh/kg，轻松实现整车 1000 公里续航。

IT之家了解到，麒麟电池将于 2023 年量产上市。据介绍，宁德时代通过全球首创的电芯大面冷却技术，麒麟电池可支持 5 分钟快速热启动及 10 分钟快充。

在相同的化学体系、同等电池包尺寸下，麒麟电池包的电量，相比 4680 系统提升 13%，宁德时代称麒麟电池实现了续航、快充、安全、寿命、效率、以及低温性能的全面提升。

宁德时代指出，CTP3.0 麒麟电池开创性地取消了横纵梁、水冷板与隔热垫原本各自独立的设计，集成为多功能弹性夹层，提高系统集成效率。

此外，CTP3.0 麒麟电池针对全生命周期电化学反应、水冷系统实车需求等进行全面模拟仿真，在多功能弹性夹层内搭建微米桥连接装置灵活配合电芯呼吸进行自由伸缩，提升电芯全生命周期可靠性。

同时，由电芯与多功能弹性夹层组成一体化能量单元，在垂直于行车方向上构建更稳固的受力结构，提高电池包结构强度与抗冲击能力。

宁德时代CTP3．0技术的麒麟电池消息，最早是由宁德时代首席科学家吴凯在今年3月份的电动汽车百人会上释放出来的。

相同化学体系同等电池包尺寸下，麒麟电池电量比4680系统能提升13％。近期，在宜宾举行的世界动力电池大会上，吴凯再次释放出了麒麟电池的相关信息：

1）麒麟电池目前还在B样阶段；

2）麒麟电池在两块电芯的中间加水冷板，使相邻两块电芯的热传导降低，不会出现热失控；

▲宁德时代CTP3．0麒麟电池

作为好事者，搜索了宁德时代一些电池包的相关专利，发现有篇专利所述类内容与宁德时代所释放的关于麒麟电池的信息高度吻合（专利中所述的信息，与上述效果图片相比，个人认为更接近宁德时代CTP3．0麒麟电池）。

专利信息如下：

专利名称：箱体结构，电池及用电装置；

授权公告号：CN 216648494U

专利中的主要附图如下：

▲CTP3．0麒麟电池专利附图1

看到这个附图的第一反应：同样作为CTP成组技术，电芯在箱体内的排布方式与近期比较火的上汽魔方电池比较相近，如果说魔方电池Pack内的电芯安装姿态是躺平（电芯大面与箱体接触），而宁德时代的麒麟电池电芯安装姿态是侧卧（电芯高度方向的窄面与箱体接触）。

通过消化专利中的信息，将宁德时代CTP3．0的麒麟电池设计上的亮点或者创新点，提炼如下：

1）将普通的方壳电芯侧卧安装在箱体内（极柱朝箱体两侧），这样在同样的箱体空间内，可以比传统的电芯极柱朝上安装放置更多的单体电芯。且两排电芯背靠背成组，紧贴着，进一步提高体积利用率。

2）如宁德时代首席科学家吴凯所述：两块电芯之间夹着一块水冷板（通俗点讲：两排电芯共享一个冷却通道）。而不是一排电芯使用一个水冷板，这样可以减少冷却板数量，除了降低BOM成本，还能有轻量化的效果；

3）冷却板并不是传统电池Pack里的单板，而是一个集成式的分总成零件。这个分总成冷却板不仅能起到散除电芯热量的功能，还有很重要一点：就是能起到传统电池包横梁和纵梁吸收外界破坏能量的作用。从而不需要为下箱体额外设计横梁和纵梁，甚至也不需要传统冷却板的防护底板，因此这种集成式一体化排布的冷却板融合了电芯散热和结构强度保证的双重功能。这样的设计进一步降低了BOM成本，也能起到轻量化的效果，最终提高了电池系统能量密度。专利中描述这个集成式且插入两排电芯中间的冷却板为加强体。是因为这个冷却板不仅能起到保护电芯的功能，通过专利中的描述，这个冷却板还可以连接上盖和下箱体，进一步保证整个箱体的强度。

4）另外还有一些细节：下箱体上有限位块，用于集成式冷却板的自动化安装和限位，集成式冷却板两侧也能起到一排电芯成组后两个大面的限位功能。下箱体上有限位槽，用于电芯成组时高度方向上的限位，也应该能起到极柱平面度保证的功能，便于电芯入箱自动化堆叠。

根据专利中的实施案例所述：电芯与冷却板之间，还是需要导热结构胶，起到保证强度和优化散热效果的功能。

以上是对极有可能是麒麟电池专利信息的解读。尤其是上述第三点，我认为是作为宁德时代CTP3．0技术中最大的亮点。当然，对于麒麟电池的详细细节，在宁德时代接下来要正式发布的信息中，会得到进一步的确认和验证。宁德时代的CTP3．0麒麟电池，目前看下来又是电池Pack系统设计领域又一个重大的结构创新。

▲CTP3．0麒麟电池专利附图2

电池化学体系领域的创新和变革速度是比较缓慢且渐进式的，因为除了产品验证周期较长之外，另外还需要等形成成熟的上游材料产业链之后，下游新的化学体系电池才能放量。

而正是因为上述原因，因为国内在机械结构等方面成熟的产业资源，可以在结构设计方面做到短平快，快速地进行迭代，从而造就了当前电池结构创新领域百花齐放的市场状态。

从企业经营维度层面讲，结构创新和化学体系创新两个方向都是必不可或缺的。化学体系创新谋求的是长期发展竞争壁垒，而短平快的结构创新可以为渐进式的化学体系创新争取更多的竞争时间窗口，在一定时期内，可以让企业持续获得外界关注，且能保持自己的市场领先地位。

1. 麒麟电池简介

东吴证券首席科学家吴凯：麒麟电池不将水冷板放在底部，而是插入电芯间，水冷效果极大加强，好处为：

1）大幅提高安全性，水冷板附加隔热作用，可实现无热扩散；

2）提升快充性能，电芯双面水冷，4C充电产品23年亮相；

3）提升循环寿命，电芯加紧后寿命会短一半，也就是放松一点的话，循环寿命能长一倍，水冷板附加缓冲作用；

4）提高比能量：水冷、隔热、缓冲功能三合一，空间得到大幅节省，磷酸铁锂可达160Wh/kg、290Wh/L，三元高镍可达到250Wh/kg，450Wh/L，比4680多装13%的电量。

图表：麒麟电池官方展示图

来源：宁德时代官网

2. 麒麟电池创新点

水冷板代替电池包横纵梁，叠加双层冷却通道设计，同时具备支撑、水冷、隔热、缓冲四大功能。此外电芯采取双排背对背方式侧立排布，因此可放入更多电芯，更有利于快充技术，同时安全性、体积利用率大幅提升。

3. 麒麟电池技术详解

3.1.麒麟电池包

根据宁德时代专利“箱体结构，电池及用电装置”，授权公开号：CN216648494U，我们可发现麒麟电池包的结构细节，其主要创新如下：

1.方壳电芯采取背对背侧立方式排布于箱体内，而非原本直立方式，可放入更多单体电芯，更有利于快充，提高体积利用率；

2.冷却板替代横纵梁，使支撑、冷却、隔热、缓冲功能四合一，有效提升空间利用率。新冷却板以加强体的方式插入电池排间，同时连接上盖和下箱体，起到传统横纵梁支撑保护作用；两排电芯共享一个冷却通道，相比一排电芯使用一个水冷板，减少冷却板数量，降低BOM成本，有轻量化的效果，更有利于快充时散热；立式冷却板打造横向相对隔离空间，纵向电芯间有膨胀补偿片+绝热气凝胶，有效隔热实现“零热失控”；冷却板采用内外两层冷却通道，可吸收电池充放电及老化时产生的膨胀，减少电池单体挤压，提升电池循环寿命；此外新水冷板转移至箱体内部，可避免因碰撞易出现破损而导致漏液风险。

3.下箱体有定位/限位槽，用于冷却板的安装及电芯组的固定，该设计可提高电芯组安装稳定性，避免相互碰撞损坏，但仍需导热结构胶保证强度及优化散热。

图表：麒麟电池专利图

来源：宁德时代专利注：127/128分别为冷却板进水口/出水口

3.2.麒麟冷却板

根据宁德时代专利“水冷板组件、水冷系统、电池及其箱体以及用电装置”，申请公布号：CN114497826A，我们可发现麒麟冷却板结构细节，其主要创新如下：

水冷板具有内外两层冷却通道，采用口琴管方式，其中外层和内层冷却通道中的一者为液冷通道，另一者为非液冷通道（如外层液冷，内层风冷），非液冷通道由于不填充冷却液，通道壁可以适当朝内变形，吸收电池单体膨胀，避免电池单体挤压损坏。

图表：麒麟冷却板专利图

来源：宁德时代专利

4. 宁德CTP技术迭代

第一代CTP到最新的第三代麒麟电池，电池包体积利用率从55%提升至67%。

CTP1.0：去掉模组的侧板，转而用绑带来替代，代表车型北汽EU5。

CTP2.0：再去掉模组的两个端板，利用箱体上的纵横梁来代替端板，代表车型蔚来75度。

CTP3.0：进一步去掉箱体上的纵横梁，利用两个电芯之间的夹板和电芯本体来实现结构上的需求。

表：宁德三代CTP性能差别

来源：宁德时代官网

5. 宁德CTP3.0 VS 特斯拉CTC

麒麟电池水冷板放置与特斯拉4680电池类似，都是在电芯间夹水冷板，但特斯拉水冷板无需起支撑作用。大圆柱间散热空间更大，上方还有额外一层水冷板，因此特斯拉CTC散热效果好于麒麟电池，叠加全极耳设计，非常利于快充设计，但空间利用率肯定要低于麒麟电池。

图表：特斯拉4680水冷板结构

来源：特斯拉Cyber Rodeo活动

表宁德麒麟电池与大圆柱ctc、比亚迪ctb对比

来源：公开资料

6. 宁德CTP3.0 VS 比亚迪CTB

比亚迪CTB采用上层直冷板设计，且电芯间无冷却设计，因此其冷却效果劣于麒麟电池，不利于电池快充时散热。比亚迪CTB仍保留提供强度/刚度的横向钢梁，结构强度好于麒麟电池，但体积利用率更低。

图表：比亚迪CTB展示图

来源：比亚迪发布会

7. 麒麟电池VS上汽魔方电池

魔方电池是上汽和宁德合作产品，麒麟电池和魔方电池相似度较高，均采用立式冷却结构，但魔方电池采取双电芯躺式布局而非麒麟的侧立布局，上下电芯间没有膨胀补偿片+绝热气凝胶的隔离层，无法做到真正无热扩散，因此麒麟电池控制热扩散效果更好。魔方电池垂直方向厚度更薄，但其体积利用率低于麒麟电池。

图表：魔方电池内部结构图

来源：MG MULAN发布会

8. 结论

1）结构进一步创新，公司认为可进一步竞争力，23年有望放量：麒麟电池的水冷板替代电池包横纵梁，叠加双层冷却通道设计，同时具备支撑、水冷、隔热、缓冲四大功能。此外电芯采取双排背对背方式侧立排布，因此可放入更多电芯，整体安全性、快充性能、循环寿命及比能量得到较好提升。麒麟电池是公司在现有的方形电池技术路线下，通过结构创新，进一步提升电池性能重要方式，铁锂+麒麟电池可与刀片电池竞争，高镍三元+麒麟电池可与4680竞争。公司此前表示，将在2023年量产符合无热扩散要求、续航里程可达1000km的麒麟电池。