奔驰将开装比亚迪磷酸铁锂电池！浅析动力电池技术发展新趋势
导读：据媒体报道，梅赛德斯-奔驰CLA概念车在2023慕尼黑 车展上首次亮相，量产车型将于2024年推出。该车在续航里程方面可以达到750公里，有望搭载来自比亚迪的磷酸铁锂电池，MMA平台将支持800伏超快充功能。
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很长一段时间以来，奔驰电动汽车一直搭载三元电池。而近年来，更具成本优势的磷酸铁锂电池越来越受到车企欢迎。作为磷酸铁锂电池翘楚的刀片电池，更是俘获诸多主流车企的芳心，奔驰自然也投来了倾许的目光。以下是笔者关于动力电池技术发展新趋势简述，希望能够引发读者朋友的共鸣。新能源汽车在短短二十年的时间里飞速发展，新能源汽车市场渗透率已经逼近30%。动力电池作为新能源汽车的核心部件，在过去的二十年里也经完成了从0到1的电化学阶段；目前中国电池产业正在经历的第二个阶段，即从1到100的大规模工业化竞争阶段：接下来动力电池行业要解决的核心问题也从 " 有没有 " 转变为 " 好不好 "。目前各大电池厂商的电池产品在性能上已经逐渐趋同，不管是能量密度、充电速度还是服役寿命上，产品之间的差异越来越小，技术壁垒逐渐被拉平，叠加上各大电池厂商的产能扩张规划，动力电池将面临“供不应求”向“产能过剩”转变。这种情况下，企业要想进一步发展，技术上要么向“上”迭代进化，要么向“下”迭代优化。其中向“上”路线，目前电动车跟燃油车在一些关键性能上还存在不小差距，比如续航里程、补能速度、安全性、恶劣环境适应性等方面，在这些方面电池技术还有很多需要突破的空间，如果在这些方面持续突破，就可以建立起新的技术壁垒，造出性能领先的“好电池”。而向“下”路线，需要企业在当前的电池技术上做“减法”，在保证技术指标的前提下，实现电池的极致降本，从而建立起价格壁垒，造出性价比更高的“好电池”。不管是走那条路线都对企业的技术研发提出了非常高的挑战。虽然动力电池发展的历史比较短，但电池企业在电池技术创新上投入的大量的资源，当前的电池技术已经是在众多技术元素/路线评估后筛选出来的时代”最优解”，因此，想要进一步优化并非易事。想要在当前的技术现状上有所突破，要么需要在电池体系上引入一些全新的技术元素，要么需要在研发/制造手段中引入全新的模式。事实上，近几年电池技术创新大都集中在结构设计创新方面，比如4680、刀片电池、CTP等，材料及电池体系创新相对来说还是比较空白的区域，这些空白区域还有很大技术创新的可能性。想要有效的挖掘这些可能性，就必须更加深入的认识电池的底层原理，在底层原理上进行创新。随着正向设计研发理念的不断深化，电池技术研发过程也悄然发生变革。正向设计的研发模式为挖掘底层创新提供了有利的技术手段。国内传统的电池研发过程中大都是基于经验的模式通过实验试错的方式来开发新电池产品。这种模式很难深入到底层电化学原理，更多的时候是“知其然而不知期所以然”。甚至一款电池被设计生产出来后都不知道电池的性能指标到底是什么样的，只能通过后验性测试来获取相应的指标信息，更无法获取性能指标跟设计元素之间的关联关系。而正向设计模式，通过引入多物理仿真模型可以设计阶段提供设计元素跟性能指标之间的转换桥梁，使得设计的理论依据更加明确，从而“知其然亦知其所以然”。
图1. 锂电池仿真技术与发展趋势
比如，以往对于极片设计来说更多的是考虑一些几何、容量因素，而对于极片本身的电化学性能缺乏合适的设计理论和工具。而引入工程亚极片理论模型后，就可以在亚极片层级做更多精细的设计，在动力学性能、能量密度等多因素约束下找到综合最优解。而事实上工程亚极片设计在先进电池设计上的需求也越来越多。比如特斯拉的干电极技术，结合一些工程亚极片设计元素可以大大提升电池的性能。再比如，M3P电池技术引入了新的材料体系和极片设计概念，借助工程亚极片设计手段，可以把新体系的优势最大化的发挥出来。
此外，对于一些比较新颖的电池设计，比如大圆柱电池，通过正向设计的逻辑，同样可以提前识别特殊结构对电池电化学行为的影响，在设计阶段针对性的进行调整优化。除此之外，电池研发过程中还有大量类似的问题无法用传统的研发方式考量/回答。比如，设计出来电池的寿命到底可以服役多久？ 这是一个高度欠约束问题。电池的服役寿命跟电化学设计元素、电池结构状态、制造过程、运行工况等因素都是强相关的。比如，业内有经验，叠片形式相对与卷绕形式(同样的设计)往往具有更优的寿命性能，但是鲜有把其底层的机理理论迁移到设计场景的案例。通过正向设计模式，可以把各种设计元素的底层理论整合到一起，从而为电芯研发挖掘出更多的创新。但这对研发人员提出了极高的要求：既要懂工程、又要懂理论/机理、还得熟悉建模仿真技术。综上，接下来动力电池技术需要解决的核心任务主要有两个：这两个任务也决定了动力电池接下来的发展趋势。这也意味着未来电池对“正向设计”的需求越来越强烈，对电池研发从业人员提出了一些新的挑战。笔者根据自己十多年的数字化研发经验，在仿真秀原创独家整理了一套系统的电池仿真建模课程，里面不仅包含了锂电池研发过程中非常有工程实用价值的模型技术，还引入了钠电池这种新兴电池体系的相关知识。有兴趣的读者可以关注了解，交流学习。
零基础入门COMSOL锂&钠电池仿真技术18讲
COMSOL Multiphysics具有强大的多物理场全耦合仿真分析功能、高效的计算性能，可以保证数值仿真的高度精确，已被广泛应用于各个学科领域。
锂离子电池、钠离子电池、固态电池、水系电池等新型电池的发展方兴未艾。电池系统在充放电过程中是一个复杂的多物理场耦合过程。利用COMSOL分析电池的相关科学、工程问题，逐渐变成电芯工程师的必备技能。
本课程是以往多期直播课程的迭代升级版，相对于往期课程，本课程根据学员反馈和最新行业动态，增加了大量实际工程模型，课程设置更加细致，更有利于初学者快速入门。课程从理论知识、软件知识、工程知识三个角度系统介绍COMSOL软件的功能和流程化建模方法，以及锂/钠电池的典型仿真建模技术。课程中根据老师自身的项目实战经验分享行业大量原创模型案例，通过实际案例Step by Step式的实操演示COMSOL建模仿真分析流程，并分享一些学习软件的经验和模型优化技巧。以下是课程大纲：
1. 系统学习COMSOL仿真技术；
2. 学习锂/钠电池电化学体系相关的基础知识；
3. 学习经典电化学模型框架原理及实现方法；
4. 学习电化学 多物理耦合建模仿真技术；
5. 解决学员在应对锂/钠电池仿真入门难、无头绪的问题；
6. 解决学员在COMSOL学习过程中资料陈旧、难以与实际工程/科研工作联系的痛点；
7.主讲人曾就职于国外全球TOP锂电池厂，提供相关模型资料供学员练习巩固提高，视频可以反复观看，并提供VIP群用户交流，还可以根据用户需求加餐内容。
贾老师，仿真秀优秀讲师 10+年锂电仿真经历，具有扎实的电化学理论基础和工程仿真实践经验。曾就职于国外全球TOP锂电池厂，带领团队从头搭建锂电池机理建模仿真部门，主导开发系统完整的工程仿真技术以及机理建模技术，为电芯研发项目提供数字化仿真支持(在全球知名整车厂量产项目落地应用)，先后为来自国内外知名锂电企业(涵盖行业前20的所有企业)和高校的学员提供系统的锂电池仿真培训指导。
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