一、Pack結構優(yōu)化有助于動(dòng)力電池成本降低

(一)Pack結構優(yōu)化對降低電池成本有較大空間

1、從電芯(Cell)到模組(Module)再到電池包(Package)，電池pack基本情況介紹

通過(guò)大量公開(kāi)信息，我們可以知道新能源汽車(chē)中動(dòng)力電池包是單體電芯(cell)通過(guò)串并聯(lián)組合之后，外加一些管理、冷卻系統后，形成的驅動(dòng)汽車(chē)行駛的能源儲存單元。在當前主流的電池包結構中，一款新能源汽車(chē)動(dòng)力電池包主要由電池包→電池模組→電芯三個(gè)層級構成。

電池通過(guò)模組形式安裝于電池包中，其物理結構設計可以對電芯起到支撐、固定和保護作用，方便對電芯進(jìn)行機械強度，電性能，熱性能和故障處理等方面管理。

在動(dòng)力電池包設計過(guò)程中，需要考慮結構電氣系統安全可維護，電池熱管理系統耐久有效，電池包結構防塵/防水設計、電池安全失效泄壓及應急處理等等，所以在主流車(chē)企在最初進(jìn)入該領(lǐng)域積累設計和使用經(jīng)驗時(shí)，均會(huì )優(yōu)先實(shí)現在實(shí)現設定功能情況下，預留一定的冗余空間。此過(guò)程，自然在推高動(dòng)力電池包BOM成本同時(shí)，降低電池包的能量密度和使用性能。

2、電池Pack加工環(huán)節成本占比大，具有降低空間

在行業(yè)早期進(jìn)行電池包設計過(guò)程中，根據經(jīng)驗統計，圓柱電芯的模組成組效率約為87%，系統成組效率約為65%;軟包電芯模組成組效率約為85%，系統成組效率約為60%;方形電芯的模組成組效率約為89%，系統成組效率約為70%。雖然之后經(jīng)過(guò)數代的方案迭代，逐步提高了模組和系統的電芯成組效率，但是由于其在動(dòng)力電池成本絕對值中依然占有較大比例，所以該環(huán)節持續推進(jìn)的結構設計優(yōu)化，對降低動(dòng)力電池成本依然有重要意義。

(二)新能源商用車(chē)電池Pack結構優(yōu)化提升能量密度并降低成本當前國內新能源大巴車(chē)由于技術(shù)指標要求，考慮到動(dòng)力電池安全性和成本因素，主流車(chē)企以磷酸鐵鋰技術(shù)路線(xiàn)為主要技術(shù)路線(xiàn)。

當我們知道，磷酸鐵鋰本身由于存在能量密度較低的瓶頸，但在過(guò)去技術(shù)升級中，商用車(chē)動(dòng)力電池能量密度依然得到提升，同時(shí)成本也持續降低。其背后，一方面是電池材料體系持續發(fā)生的漸進(jìn)式進(jìn)步(磷酸鐵鋰改性、降低銅鋁箔/隔膜厚度等)，另外一方面也是通過(guò)動(dòng)力電池包結構不斷優(yōu)化升級實(shí)現。

以寧德時(shí)代為代表的動(dòng)力電池生產(chǎn)商，自2013年國內新能源商用車(chē)逐漸形成市場(chǎng)規模之后，也在通過(guò)電芯(提升單體電芯容量)和模組結構迭代(如combo模組集成技術(shù))和電池包結構設計，來(lái)推動(dòng)鐵鋰電池包能量密度提升，和制造成本的降低。根據行業(yè)統計，其大巴車(chē)動(dòng)力電池包的成組效率從早期72%提升至90%左右水平。與此同時(shí)，以宇通客車(chē)為代表的國內一流電動(dòng)大巴車(chē)生產(chǎn)商，也通過(guò)大量運營(yíng)數據和漸進(jìn)式的電池包技術(shù)優(yōu)化，積累了豐富的電池pack經(jīng)驗，在新能源商用車(chē)電池包少模組設計領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

(三)新能源乘用車(chē)電池包結構優(yōu)化已在路上

日產(chǎn)LEAF(聆風(fēng))，作為一款2010年上市之后經(jīng)過(guò)數代產(chǎn)品迭代并經(jīng)久不衰的產(chǎn)品，目前在全球已經(jīng)有超過(guò)45萬(wàn)輛銷(xiāo)售規模(截止到2019年底)。早期LEAF上市之時(shí)，采用初代電池包技術(shù)，帶電24Kwh，續航里程只有140km左右。2015年，日產(chǎn)在歐洲和美國發(fā)布了30kwh電池包容量的升級版本，單車(chē)續航里程提升至170km左右。2017年10月，日產(chǎn)推出第二代LEAF，搭載40Kwh容量電池包，單車(chē)續航提升至240km。2018年7月，日產(chǎn)發(fā)布LEAF NISMO的官方圖片，該車(chē)將搭載60kwh電池，續航里程提升至360km。

從全球銷(xiāo)量來(lái)看，日產(chǎn)LEAF過(guò)去5年每年能夠穩定在4萬(wàn)臺左右全球銷(xiāo)量規模，憑借其穩定可靠的產(chǎn)品質(zhì)量、便捷的操控和低碳環(huán)保的能耗，在日本、英國和美國受到廣泛歡迎。

從電池包結構角度看，LEAF也在通過(guò)電芯容量提升，及電池Pack結構設計的迭代，來(lái)實(shí)現電池包容量，和成組效率提升。

二、從少模組到無(wú)模組，乘用車(chē)電池包設計正迎來(lái)新變化

(一)從補貼退坡到市場(chǎng)化競爭，倒逼動(dòng)力電池包設計結構持續升級自2016年以來(lái)，國家新能源汽車(chē)補貼的退坡和技術(shù)升級，一直是倒逼產(chǎn)業(yè)快速進(jìn)行技術(shù)升級，降本增效的關(guān)鍵驅動(dòng)力。隨著(zhù)補貼逐步退去，新能源汽車(chē)行業(yè)迎接與燃油車(chē)的市場(chǎng)化競爭，能否持續改善電池包性能降低電池包成本，或將成為不同車(chē)企能否繼續保持快速發(fā)展順利完成汽車(chē)電氣化智能化升級的關(guān)鍵。

(二)2020年即將量產(chǎn)的比亞迪的“刀片電池”技術(shù)和寧德時(shí)代的“CTP”電池技術(shù)在國內降低電池包模組優(yōu)化pack設計的各個(gè)方案中，比亞迪提出的“刀片電池”結構和寧德時(shí)代提出的“CTP”結構具有廣泛知名度，兩家企業(yè)率先將這種新型的電池包設計應用于磷酸鐵鋰電池推廣，在降本增效方面體現出明顯的改善。

1、比亞迪推出刀片電池技術(shù)

在2020年1月組織的百人會(huì )上，比亞迪董事長(cháng)兼總裁王傳福表示比亞迪新開(kāi)發(fā)的“刀片電池”是將首次搭載于2020年推出的全新系列車(chē)型“漢”，有望在6月正式上市。根據王傳福董事長(cháng)介紹，“刀片電池”是新一代磷酸鐵鋰電池，在體積比能量密度上比傳統鐵電池提升了50%，電池成本降低30%。

通過(guò)公開(kāi)資料發(fā)現，比亞迪提出的“刀片電池”的電芯結構，較以往方形電池電芯長(cháng)度更長(cháng)(800mm左右)，厚度降低20mm，在電池包中并排側立放入(電芯之間導熱絕緣)。該結構設計增加電芯散熱面積，便于電池包熱管理，或節省空間提高電池能量密度同時(shí)，將有利于安全性能的提升。另外電芯結構變化使得pack設計方案迭代，降低零部件使用量，從而降低電池pack成本。由于“刀片電池”在電芯結構設計方面與以往差別明顯，比亞迪標識后續將新建產(chǎn)能以滿(mǎn)足該電池設計對應車(chē)型的生產(chǎn)需求(刀片電池生產(chǎn)工廠(chǎng)定于重慶)。

2、寧德時(shí)代即將量產(chǎn)CTP電池技術(shù)

寧德時(shí)代2019年在德國法蘭克福車(chē)展發(fā)布CTP(Cell To Pack)技術(shù)(又名無(wú)模組方案)，根據寧德時(shí)代披露的信息，該解決方案對于提高電池質(zhì)量密度和體積能量密度，效用明顯，并大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。

當前，國內北汽新能源(EU5)、蔚來(lái)汽車(chē)(ES6)、威馬汽車(chē)、哪吒汽車(chē)等已官方表示2020年上市車(chē)型將采用CTP技術(shù)的電池包技術(shù)。對于能夠快速減低成本并提高電池包能量密度的解決方案，部分車(chē)企已呈現開(kāi)放態(tài)度。

根據行業(yè)媒體披露的電池專(zhuān)利圖可以看到，寧德時(shí)代CTP結構電池包中，電芯和電池管理系統連接結構，以及電芯與電池包殼體結構(壓力和溫度傳感器放置)出現變化。此設計易于電池散熱處理，不采購模組結構降低裝配難度提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也便于電芯維護管理。

(三)特斯拉Pack結構的持續迭代我們知道，特斯拉早年的發(fā)展，就是憑借石破天驚的電池pack系統設計，管理了世人從未設想過(guò)能夠用于汽車(chē)動(dòng)力電池的鈷酸鋰圓柱電池(Rodaster)，開(kāi)啟了一路狂飆的電動(dòng)汽車(chē)成長(cháng)之旅。通過(guò)對比發(fā)現，當前已經(jīng)量產(chǎn)的特斯拉Model S和Model 3在電池包設計方面，已經(jīng)進(jìn)行了新的迭代(除了使用21700圓柱電芯替代了原來(lái)的18650圓柱電芯)，根據特斯拉介紹，新的電池系統相較之前能量密度提升20%以上，單體容量提升35%，系統成本降低10%左右。

特斯拉已具備管理單體模組上千只21700圓柱電池能力，同時(shí)Model 3的pack設計相較Model S在模組設計方面已大幅優(yōu)化。而考慮到特斯拉與松下的合作關(guān)系，特斯拉試圖在5.1Ah容量基礎上尋找到容量更高且品控滿(mǎn)足要求的產(chǎn)品已具有相當難度。而同樣具備方形結構性能的方形電池，單體電芯容量可達到幾十甚至上百Ah，所以我們認為未來(lái)隨著(zhù)特斯拉電池pack結構的進(jìn)一步優(yōu)化，使用方形電池替代圓柱電池來(lái)降低成本提升效率，將成為大概率事件。這對于國內擅長(cháng)于方形電芯制造并處于全球領(lǐng)先地位的動(dòng)力電池生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，則帶來(lái)重大機遇。

三、電池包結構設計優(yōu)化，將加劇動(dòng)力電池行業(yè)集中度再次提升

(一)電池包設計優(yōu)化，拓展鐵鋰動(dòng)力電池應用空間，也同樣利于三元材料電池成本降低

我們知道，鐵鋰電池作為國內新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期占比最高的動(dòng)力電池類(lèi)型，在商用車(chē)領(lǐng)域一直占據穩定的行業(yè)地位。但是在國家補貼和技術(shù)標準不斷倒逼動(dòng)力電池能力密度提升背景下，過(guò)去5年鐵鋰電池在新能源乘用車(chē)領(lǐng)域的市場(chǎng)份額被三元材料鋰電池所替代。隨著(zhù)國家補貼逐漸退出，國內的新能源汽車(chē)整車(chē)生產(chǎn)商對于動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)將逐步回歸以市場(chǎng)需求為主導，磷酸鐵鋰電池體現出的高性?xún)r(jià)比特征，在價(jià)格敏感的新能源汽車(chē)市場(chǎng)再次體現出競爭力。

與此同時(shí)，比亞迪將磷酸鐵鋰正極制成的“刀片電池”應用于2020年全新車(chē)型“漢”，則賦予了磷酸鐵鋰高端化車(chē)型應用新的變化。根據行業(yè)信息，磷酸鐵鋰正極材料除了具備一定改性空間(磷酸錳鐵鋰)以外，電芯結構借鑒軟包電池工藝(疊片工藝、電池極耳設計等)進(jìn)行升級等，對于磷酸鐵鋰電芯能量密度、充放電性能及循環(huán)壽命等方面均有改善。再加上電池pack設計優(yōu)化，裝載磷酸鐵鋰電池的比亞迪“漢”，能夠實(shí)現2.9秒的百公里加速，和600公里續航能力。定位于中高端車(chē)型的比亞迪“漢”，也同時(shí)拓展了磷酸鐵鋰電池的車(chē)型級別應用空間。

另外，如前文所述，采用三元材料鋰電池的日常LEAF也通過(guò)近10年3代電池結構的設計，實(shí)現了電池包能量密度和成組效率提升。特斯拉的Model S和Model 3的電池包比較，也可以看到提升對電池管理能力，降低對電池包結構的硬件冗余設計，是當前車(chē)企在電池包成本優(yōu)化性能提升的殊途同歸之策。

另外，2019年12月28日，蔚來(lái)汽車(chē)創(chuàng )始人李斌表示，蔚來(lái)汽車(chē)未來(lái)推出的100kwh電池包，將采用寧德時(shí)代CTP電池技術(shù)(早期采用811三元鋰電，將電池包電量從70kwh提升至84kwh)。而威馬汽車(chē)采用CTP技術(shù)將電芯集成到電池包，將使得威馬汽車(chē)綜合續航里程提升至700km。我們可以明顯的看到，少模組及無(wú)模組的電池包解決方案，國內車(chē)企在2020年也將使用于三元鋰電，實(shí)現電池包綜合性能的不斷提升。

(二)降低安裝成本增加維護難度，對產(chǎn)品品質(zhì)提出更高要求：加劇行業(yè)集中度提升

我們知道，隨著(zhù)一個(gè)產(chǎn)品系統集成化程度加深，這將加大該系統后期使用過(guò)程中運維難度。所以對于新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統，當車(chē)企考慮成本降低通過(guò)少模組或無(wú)模組解決方案提高了電池包集成度，那么對于電池包品質(zhì)，特別是組成電池包的電芯單元，提出更高要求：不單單需要滿(mǎn)足能夠實(shí)現產(chǎn)品的生產(chǎn)，同時(shí)要具備上規模商業(yè)化推廣的經(jīng)濟價(jià)值。所以在這樣背景下，使得車(chē)企在動(dòng)力電池生產(chǎn)商選擇門(mén)檻提升，同時(shí)為車(chē)企本身打造的高集成度電池包系統建立產(chǎn)品護城河。

在從電芯集成為模組最后形成電池包的過(guò)程中，模組這個(gè)環(huán)節的設計，就是便于電池在后期使用過(guò)程中以“模組”為單元對故障電池進(jìn)行維護，可以降低電池包的維護成本。但是如果電池走向少模組或者無(wú)模組解決方案之后，電芯再出現故障，那么按照以往處理方式，拆除更換單個(gè)模組涉及的電芯數量就會(huì )變多(甚至是整個(gè)電池包)，這將大大增加電池后期維修成本。所以如何降低電池故障率，提高電池品質(zhì)質(zhì)量，就成為車(chē)企選擇動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)鍵標準。而考慮到后期高昂的供應商更換成本，我們認為該技術(shù)路線(xiàn)將加劇動(dòng)力電池行業(yè)集中度提升。

(三)電池包少模組方案或將加劇方形電池在全球動(dòng)力電池市場(chǎng)份額提升

當前鋰離子動(dòng)力電池依然是圓柱、方形、軟包三類(lèi)電芯三分天下。相比于特斯拉采用圓柱電池解決方案的與眾不同，方形電芯和軟包電池在全球其他主流車(chē)企和造車(chē)新勢力中有更廣泛的應用。當前，還沒(méi)有足夠的證據來(lái)說(shuō)明最終三種技術(shù)路線(xiàn)是否會(huì )被其中一種一統天下，因為各類(lèi)電池在當前的鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段，均具有橫向比較性的優(yōu)點(diǎn)和劣勢。但是考慮到電池包結構優(yōu)化的重要思路，是降低電池包冗余零部件使用量，那么圓柱電池和方形電池的金屬外殼(鋼殼或者鋁殼)，本身所具備的機械強度，可減少模組支撐結構件的使用量，也便于電池pack加工難度的降低，軟包電芯需要借助模組來(lái)形成機械強度的設計就顯出一定劣勢。而方形電池在單體電芯容量較圓柱電池優(yōu)勢明顯，且其方形物理尺寸持續較圓形尺寸能夠使得pack系統成組效率更高，所以如果無(wú)模組或少模組解決方案被越來(lái)越多車(chē)企認同接受，或將加劇方形電池市場(chǎng)份額的提升。這只是一直可能演進(jìn)方向的猜想，后續可持續保持跟蹤。

全球方形電池代表企業(yè)：寧德時(shí)代、比亞迪、三星SDI等;軟包電池代表企業(yè)：LG、SKI、AESC;圓柱電池代表企業(yè)：松下、LG、三星SDI等。所以未來(lái)動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)的比較，或將中期維度影響各類(lèi)企業(yè)市場(chǎng)份額的變化。