转发电池（BMS）+ 软包电池

作者许少年

链接

什么是电池包

许少年

公众号电动汽车极客；参与蔚来汽车上市，荣威ERX5研发。

25 人赞同了该文章

电动汽车从2014年兴起至今，已经累计销售500万辆左右了。这就意味着，至少有500万个车主（甚至更多）在使用电动汽车。

今天开始，我将陆续发布电动汽车动力电池解密系列文章，手把手教你认识电动汽车的电池，并学会怎么更好的使用电动汽车的电池。相你看过后，一定可以掌握吹牛逼的关键！

下面是特斯拉的电池包（900公斤重）和安装位置。

电池放在电动汽车底盘的，会导致车辆底盘较低（比如Vilite 6），因此，就别开着特斯拉跑越野了！！！

整车用电池包，轻的也有200公斤，这么大个儿的电池我可在生活里没见过，小号的5电池常见，但不可能驱动车辆。那么车辆驱动需要多大的力量，这部分能量从哪里来？

来自于动力电池，电池存储着能量，通过控制，可以驱动车辆的运动。

解密电池包的构成

1） 电芯

我们经常看到的5电池，就是单体电芯（特斯拉用的18650电芯的电压只有3.7V）。电芯涉及到正负极材料、隔膜、电解液以及外壳封装技术，主要由电芯企业控制，如比亚迪、宁德时代、蜂巢能源、国轩高科等公司。

2） 模组

一个电芯的能量太弱，所以通过很多节电芯拼接（串并联）成一个小组（模组）。这就是电芯成组技术，很多主机厂如上汽、北汽等会将这个技术放在自己手里（这就是电芯厂和主机厂的角力），成立专门的电池企业，将电芯组成电池包。

3） 电池包

根据整车的电压要求，会将几个模组进行串联（模组级别一般不会并联）抬升整体电压。这就是模组成包技术。这部分也会控制在主机厂手里，尽量降低电池包的成本。

注意如果电池包坏掉了，极可能是其中某个电芯坏掉了，但是由于更换单个电芯非常麻烦，因此对于厂家会希望可以更换模组，对于用户当然希望更换电池包了。

大家可能会想，电芯为什么不直接成为电池包，非要有模组呢？

给你鼓掌！你掌握了第一性的原理，的确可以从电芯（cell）直接到电池包（Pack），这就是宁德时代最新的电池技术CTP技术。

留到后面讲宁德时代的CTP和比亚迪的刀片电池吧。

下期解密电池包能量单位

对于电池的描述，我们会讲“多少AH”，AH是电池容量的单位。对于电池包我们经常会说“多少度电”，度就是Kwh，是电池能量的单位。比如特斯拉的P85D版本，就是85Kwh电量。

至于AH和Kwh之间有什么关系，容量怎么转变为能量，各有什么用处，欢迎关注“电动汽车极客”（公众号，今日头条同号，头条大V），下期见。

电池系统包括结构、硬件、软件。结构用来包裹电池本体，本体由电芯组成模组，模组组成电池包构成；电池包加上高低压线束，加上接触器，就构成了电池系统的大部分内容；加上BMS控制器（包括软件和硬件）就形成了电池系统的全部，大体如下图所示。

提供能量的本体（电池包）已经说过了，那么电池包如何提供能量，如何合理的提供能量才能不趴车，不损坏电池呢？这就是BMS控制器的工作电池管理。

首先明确电池管理的功能范畴，也就是主要功能

（1）实时监测电池状态。

通过检测电池的外特性参数（如电压、电流、温度等），采用适当的算法，实现电池内部状态（如容量和SOC等）的估算和监控，这是电池管理系统有效运行的基础和关键；

（2）在正确获取电池的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障报警等；

（3）建立通总线，向显示系统、整车控制器和充电机等实现数据交换。

简单来讲就是采集电池息，计算电池状态参数，与外部控制器通讯。

实时监测电池状态

作为BMS控制系统的重要输入部分，实时监测电池的状态参数尤为重要。

输入参数包括单体电芯的电压、温度、均衡状态，模组跨接片处的温度（BusBar温度）。

输出参数包括电池容量（SOC）、电池寿命（SOH）等

电芯温度、BusBar温度的采集多使用温度传感器（NTC），电压的采集大多数使用模拟电路。

电芯个数如特斯拉有七千多节，比亚迪E6也有上百块电芯，荣威ERX5接近两百块电芯。

因此不可能采集每一个电芯的温度，成本太高，也未必有这个必要。因此针对一个模组，通过热力学仿真，得到温度的极点位置，对这些位置进行相应的采集，就可以获得对所有电芯的温度包络了。

刚刚提到，电芯的温度采集不需要精确到每一个电芯，但是电芯的电压就不同了。

如上图所示，电池包里面理论上讲，每一个电芯都应该试一致的（电压平台、放电能力、容量、寿命等等）。但林子大了什么鸟都有，世界上没有两片相同的树叶，因此电芯之间存在差异性。

这么多的电芯里面，总有好的电芯、坏的电芯，如何区分好坏呢？只有通过电芯的电压来判断了，而电池包的性能也恰恰诠释了什么叫做木桶效应。

因此，需要对每一个电芯进行电压的检测，否则无法判断电池包的整体性能。一旦造成单个电芯的损坏，整个电池包就废了。因此，电芯电压的温度采集更为重要，目前多数采用AD采样的方式来实现。

采集到了电芯的电压和温度，用来做什么呢？需要对电池的状态进行判断，就是电池状态的估计。

电池状态主要包括电池荷电容量（State
of Charge，SOC），电池寿命（State of
Heath，SOH），这是电池最为重要的两个参数，一个决定放电能力，一个决定活多久。因此，不难判断，BMS的核心技术就在这里了。

一般来讲，这两个参数的计算涉及到一些算法和逻辑的内容，这里先不做展开，仅对概念进行说明。

SOC

荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。

直白的讲，SOC的物理意义就是电池当前的放电容量，就像水桶里的水，还有多少水。通常情况下，车辆会限制SOC的使用窗口，根据不同电芯的试验情况，选择5%~95%，即90%的使用窗口，或者2.5%~98.5%，即95%的使用窗口。但是如果SOC的估计精度在3%左右，那么SOC窗口至少为3%到97%。因此SOC的估算精度直接影响电池的可用容量。

SOH

蓄电池容量、健康度、性能状态，即蓄电池满充容量相对额定容量的百分比，新出厂电池为100%，完全报废为0%。

和SOC一样，车辆也会对SOH进行限制，新出厂的电池为100%没问题，但完全报废就看业界良心了。比亚迪宣称终身质保，是不太靠谱的，因为车子的SOH到80%以后，电池的续航就会大打折扣了，比如SOH = 100%时候NEDC能跑300Km，SOH=80%，只能跑200Km了。用户是很不爽的，所以保证8年电池衰减不能低于80%还是有依据的。

所以，SOC和SOH两个参数做的好不好，直接决定了BMS做的好不好。

完成电芯电压、温度的采样的部分，有的会单独做成一个控制器Cell Managment Unit，即CMU。也有集成到BMS系统中的一体式分布。采用CMU的叫做分布式BMS系统，集成到BMS中的成为集中式系统。后面再说哈。

电池管理

顾名思义，这个一定是BMS的核心部分（因为BMS就是电池管理系统啊，电池管理肯定是电池管理系统的核心了）。

上面提到，电池管理主要包括热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障报警等。

完成了电池参数的采集，并且正确估算电池的SOC和SOH是对电池进行管理的基础。

热管理，处理电池的温度，并控制电池温度在合适范围内。为什么？因为电池娇贵啊，温度低的时候放电少，温度过高容易热失控，高温、低温放电还会有危险。所以，通过合理的算法和逻辑，控制电池温度在电芯最适宜的范围内，就能让电池放电开心，活的久。

电池均衡管理，处理电芯的电压，保持大家一个样儿。为什么？因为大家出生就不平等啊，在法制社会里，人人平等是核心，不能造成“两极分化”。有的电芯质量好，放电多，有的电芯质量差，放电快，那就让好电芯也放的快一点儿。大家都平等了，也就拧成一股劲儿来充放电了，电池包就能活的更长时间。

充放电管理，和慢充、快充桩进行交互，设计充放电电流和充放电策略。电池不是被动原件吗？对，电池是被动的，但电池自身的情况是可以主动汇报给外部控制器的，他们可以主动控制电池的充放电电流。为什么要控制就不用讲了，人吃饭不控制还能噎死呢，更何况没有情感的电池！充电多了，也会炸。

故障报警，诊断电池管理情况，并进行相应的故障处理。这个好理解了，就像国家有政府，有纪检委，有监察委一样，不能独断专权。控制系统出毛病了，靠故障报警系统，及时发现问题，保护电池。

上面是BMS中必须具备的一些功能，还有一些比如仪表显示、续航里程计算、功率边界计算等等会依据不同情况进行增减。

数据交互

刚刚提到了充放电控制，就需要和慢充器、慢充桩、快充桩等控制器进行交互，怎么交互呢？通过通协议进行数据交换。

电池是一个被动器件，需要实时的汇报自身的状况来保护自己，当然迫不得已的时候，自我切断继电器即断电。

和BMS进行交互的控制器不算很多，主要是整车控制器、慢充控制器、快充桩、DCDC、仪表、网关、电机等。如果是分布式BMS系统，还需要和CMU进行交互。

目前，车辆上交互息很多，大多数整车厂会选择CAN通讯，即基于CAN 协议的一种通讯方式。优点多多，反正大家都用。

综上，BMS控制系统的工作流就是采集电芯的电压、温度等号，传递给控制系统，对电池状态（SOC、SOH）等进行估算，用于BMS的控制功能。控制功能主要包括了故障报警、热管理、均衡管理、充放电管理等。

大家如果是韭菜，不，如果是股民的话，一般会买哪些企业？
股民张大叔买带概念的，什么石墨烯、刀片电池，都上。
股民王大姐买有内部消息的，和广汽签合同了，和长安签合同了。
股民李同学买基本面好的，要做价值投资。
对于我这个韭菜来讲，不管什么行业，买低估值的行业龙头应该是比较稳妥的一种方式。

因此，大家都会争当行业龙头。
可是龙头只有一个，并不是人人都能当的。有没有办法解决呢？
龙头是只有一个，但是市场可以切分很多个。
这是企业在上市的时候都会考虑的一种方式。
往深了讲，这叫行业定位；往浅了讲，这叫市场划分。

孚能科技，选择了一个软包电池市场，这样的定位可以让他在这个领域成为龙头。

来看数据

公司2019年动力电池出货量为1.21Gwh，按照软包电池产品进行排名，处于行业龙头地位，排名第一。
并且软包电池行业集中度较高，Top10企业在行业内软包电池出货量占比超过90%。

有的投资者可能不懂什么是软包，或者不太清楚软包电池这四个字背后的含义，就会将其约等于动力电池。
大家耳熟能详的动力电池企业是CATL、比亚迪，没想到刚刚上市的孚能科技竟然是第一，是不是发现了低估值的行业龙头？

肯定不是。
我们先分清楚电池有哪几种。
软包电池的定义是依据其电芯外壳的封装行驶，按照这个分类包括如下几种。

可以看到，按照封装方式，电池分为软包、方型和圆柱形。
这里首先不讨论圆柱形，因为在国内还没有车型搭载圆柱形动力电池（特斯拉除外），国内也没有动力电池企业向主机厂供应圆柱形电芯。
软包电池在一定意义上还是有优势的，比如其能量密度较高，重量较轻等。
也就是说，孚能科技在动力电池领域中的某一种类型的产品市场上是行业第一的位置。

那么软包电池在整个动力电池领域占比多少呢？
刚刚提到2019年，软包动力电池Top10企业装机量总计为4.97Gwh占比90.5%，那么总体软包电池装机量为5.49Gwh。
2019年三元材料动力电池Top10企业装机量为34.56Gwh，市场份额占比90%，那么三元总体装机量（和出货量数据差异较小）为38.4Gwh。
这还不够，因为除了三元外，还有磷酸铁锂电池。
据相关数据，2019年磷酸铁锂电池出货量为20Gwh。

我们再来看一看动力电池领域的市场规模。
1）磷酸铁锂装机量20Gwh，三元锂离子电池装机量38.4Gwh，合计58.4Gwh。
2）软包电池装机量5.49Gwh。
3）孚能科技电池装机量1.21Gwh。

孚能科技上市科创板的方案是动力电池领域，切分三元电池领域，再切分软包三元动力电池领域。
因此，它的市场规模就成为了行业第一，或者叫在三元锂离子软包动力电池领域是行业龙头。

大家为什么会记住CATL和比亚迪呢？
看下面的图。

右边黄色块，占比左边灰色块，是行业龙头，但是相比于蓝色块，还有很大的机会可以成长。
孚能科技在软包三元锂电池领域国内排名第一，在全球领域也能拍到Top3的位置，并且有LG带头大哥领路，相软包电池未来可以在动力电池有一席之地。

深度软包动力电池的生产工艺分析

许少年

公众号电动汽车极客；参与蔚来汽车上市，荣威ERX5研发。

13 人赞同了该文章

电动汽车极客 原创

长江后浪推前浪，一代新人换旧人。

阅读量2篇高考作文，1733字。

孚能科技的产品是基于软包三元电池电芯开展的，包括电芯单体售卖、模组售卖、电池包以及储能系统解决方案售卖。

这里面最根本的还是电芯单体这个产品。

作为一个科创板上市公司，孚能科技的生产工艺上有什么科创属性呢？

孚能科技产品矩阵

孚能是国内最早实现三元软包动力电池量产的公司，目前，量产的最高的单体电芯的能量密度为285Wh/kg。

电芯生产方式

作为电池厂，电芯的研发和生产是立身之本，因为很多主机厂可以购买电芯自己做成组或者成包的技术。

电芯的生产工艺如下图所示，主要包括配料（这个是每家的独门绝技）、涂布、辊（gun）压、分切、冲片、叠片、极耳焊接、封装、注液、化成、抽气封边（软包电池）。

电芯的主要原材料包括正负极材料、隔膜、电解液、添加剂。可以根据上面的工艺流程，大致了解下每种原材料分别在什么时候加入电芯中。

关键工艺解析

1）配料注意，正负极是独立配料，包括涂布，正负极也要和导流体（金属铝箔）分开。

这一步骤将电极原材料，包括活性材料、粘接剂、溶剂等制成浆料。

2）辊压这个从字面上能懂，但是具体压谁？辊压是自动化产线的常见工艺，这里主要是将涂布好的浆料在高压力下进行滚动压实，包括正极材料和铝箔压实，负极材料和铜箔压实。

3）分切和冲片两个工序有些类似，都是将辊压后的卷料切成需要的大小。

4）叠片比较容易理解，就是将卷料薄片，加上正负极、隔膜叠到一起构成最原始的电芯。拆过老式电池的都知道，里面是一圈一圈的卷料。

5）极耳焊接这个也好理解，主要是由于正负极材料长度有限，导电的话需要增加极耳，也保证安全。

6）化成注液后的电芯基本就是半成品了，化成是进行第一次的充放电，将里面的添加剂、催化剂进行激活。

这几个是比较典型的电芯生产工艺，整个过程自动化程度较高。

由于电池包通常包括很多电芯，因此自动化能够保证下线的产品的一致性。自动化程度也称为了衡量电池产线的一个重要指标。

个人觉得，从披露的内容来看，并没有把电芯生产的科创属性体现出来。

这里有一个矛盾的地方，就是细致入微的科创属性可能和公司的核心机密有重叠。

比如，电芯最关键的应该是配料环节，这里面涉及到化学、机械、物理等学科知识，需要大量的试验来验证。具体到每一种原材料多少比例，必须分毫不差，宁德时代也是靠这个作为看家本领的。

这里面的knowhow是不能对外披露的，但是也是最有含金量的地方。

模组生产方式

虽然现在比亚迪刀片电池、CATL的CTP方案都在强化“去模组”概念，但由于电芯本身的性能问题，模组目前还是量产车型的必选项。

其主要工艺相对电芯来讲比较简单，如下图所示。

之前我剪辑过宝马的电芯成组视频，可以观看下德国的工业自动化水平。

点击跳转从六年前的宝马i8看德国的工业水平

孚能模组的工艺主要包括电芯的堆叠，极耳切割及焊接、CMU采样线束、测试等环节。

电芯堆叠和模组测试都能理解。一个模组是由好几个电芯串并联构成的，不懂的可以看以前的文章。

点击跳转动力电池解密系列（1）什么是电池包

那么什么是极耳焊接呢？在电芯的生产工艺中，有极耳焊接的工艺，怎么这里还需要呢？

这个也容易理解，因为这里的极耳焊接不是将正负极和卷片相连接，而是电芯之间的极耳连接。由于电芯的尺寸各个主机厂差异较大，因此极耳的长度也是各不相同的，就需要对电芯之间的极耳进行切割和进一步的焊接。

这里插播一个问题，就是极耳的焊接工艺会产生焊点（毫无疑问的会产生），那么在电芯充放电的时候焊点处的电阻各不相同，就导致产热和电压损失各不相同。这就意味着焊点的能量损失不一样，那么在长时间的积累后，就会导致单个电芯的放电水平出现差异。

这就是为什么，不管电芯下线的时候一致性有多好，如果模组的生产工艺不够先进，一样会造成使用过程中的电芯不一致性。

另外一个工艺就是采样线链接，我一般叫这个为CMU采样线，就是Cell Measurement Unit 电芯管理单元。主要用来采集电芯的电压、电流和温度。电流、电压的采样方式常通过电阻构成简单的采样电路，温度只能靠传感器，比如热敏电阻类的器件。

大家也可以看到，模组的生产工艺相比电芯会简单很多，不像电芯需要有化学原材料、添加剂等，模组是一个纯粹的工业产品。而工业产品的生产制造主机厂最擅长了，因此很多主机厂会购买电芯，自己建立模组的生产线（这也就意味着，动力电池厂商最关键的是电芯产品，而不是模组）。

电池包生产方式

如果模组都是主机厂自己生产的话，那电池包也一定是主机厂生产了。

事实上，目前国内主流的乘用车主机厂，如上汽、北汽、比亚迪、吉利、广汽、东风、长安、长城等都是采用自建电池包工厂的方式来进行生产的。比亚迪有独立的电池公司弗迪，长城有蜂巢。

除了电池包也是一个工业品外，还有一点会导致主机厂采用自己生产，就是他是属于动力系统，牵涉到电机、底盘系统等，因此核心技术要在主机厂手里。

电池包主要生产工艺如下图。

可以看到电池包的生产工艺也比较简单，某种程度上说明了孚能科技的电池包产品并不多，更多的应该是电芯产品。

电池包的生产出了上述工艺外，还包括热管理系统（冷却水路、管路密封）安装、低压线束安装、高压继电器部件安装、上下盖板安装等工艺。

整体上来看，动力电池厂商的关键工艺技术在于电芯的生产，而电芯的生产关键在于原材料的配比以及产线的自动化水平。

还有一点就是，软包电池相比方型电池在生产工艺上是相对复杂的，招股书中并没有对这个进行分析，也使得科创的属性并没有体现的淋漓尽致。

科创板已经成立一年，累计上市了一些列科创公司，毫无疑问，每一家公司都是行业内的佼佼者，值得我们学习和关注。