刀片电池电阻有多大

      最近在抖音上看到某账号一直在宣称比亚迪刀片电池的内阻偏大，发热较大，热管理不好做，所以整车的极速也被限制得比较低。如果想要解决的话，就需要采用更大的电池，来降低每个电芯的放电倍率，对于LFP电池，该博主推荐至少70kWh才能满足功率和寿命的要求。而对于三元电池则没有度电数的要求，50kWh以上的车都可以。功率型的电池包，比如理想L9的三元电池包总功率达到了330kW, 电池能量才42kWh。那么为什么刀片电池的内阻会比较大呢？本文带你一探究竟。

•        一、刀片电池的集流体电阻

       刀片电池与普通电池相比，最大的区别就是特别长，接近 1m 的长度。 作为对比， CATL 普通的方型铝壳电池，由于极耳在高度方向，其长度一般不超过 0.2m, 而 LG 给大众 MEB 平台提供的软包电芯，长度达到了 0.54m, 已经快到极限了。电芯的长度主要影响的是集流体的电阻，其计算方法如下图所示 ( 只考虑单一极耳，位置在极片一端或者在中间 ) ：

       实际上，如果假设集流体长度为 L, 极耳焊接位置距一端为 xL, 距另一端为 (1-x)L,  当 x=0 或者 x=1 时，代表极耳焊接在端部；当 x=0.5 时，代表极耳焊接在长度方向的几何中间。经过一系列推导，得到集流体内阻计算公式为：

       R=[x ² +(1-x) ² )/3]·(ρL/S)

       公式中的 L 就是极片的长度，电子从极片运到到极耳的路径，其对于集流体电阻的影响是线性的。刀片电池类似于极耳在一端的设计，对于 138Ah 的刀片电池，正极铝箔长宽分别为 944mm*83mm, 考虑到工艺稳定性，假设铝箔是 16µm 厚度，铝箔电阻率为 2.83*10 ^{- 8} Ωm, 单个极片的电阻为 R=ρL/3S=2.83*10 ^-8 *944*10 ^-3 /(3*83*16*10 ^-9 )=0.00671Ω=6.71mΩ , 整个刀片电池由 26 片正极组成，相当于 26 并，其总电阻为 6.72/26=0.26mΩ 。类似的，铜箔电阻率为 1.72*10 ^-8 Ωm, 厚度为 8µm ，负极 946*85mm, 一共 27 层，计算其单片电阻为 7.98 mΩ ，总电阻为 0.31 mΩ ( 计算时依然按照 26 并，因为有一片是不参与反应的 ). 这样正负极片欧姆电阻加起来为 0.57 mΩ 。在 50%SOC 下，整个刀片电池的 DCR 为 1.1 ± 0.2mΩ (30s, 1.5C), 而正负极片的欧姆内阻就占了一半，已经无法忽略了。可见刀片电池由于极片太长，其欧姆电阻确实偏大。参考以下小软包电池各部分的内阻占比，集流体电阻只占整体 DCR 直流电阻的 10% 左右。这还是小电池的数据，如果是大电池，其占比会更低一些，因为随着并联层数的增加，极片以及集流体的电阻等比例降低，但是极耳那部分的电阻却是不变的。所以后者的占比会提高，前者会降低一些。

      作为对照， CATL 早些年有一款 LFP 电池，其容量为 120Ah 左右，比刀片电池的 138Ah 还要低一些（预示着内阻应该更大一点）。其型号是 48*175*165mm, 正极片尺寸 136*135mm, 厚度为 16µm, 共 32 片 ; 负极片尺寸为 141*137mm, 厚度为 9µm, 共 33 片 . 为了便于分析，假设其是叠片形式，全极耳设计，每一片极片电阻是 R=ρL/3s, 那么正极片总电阻为 : R=ρL/3S/32=2.83*10 ^-8 *135*10 ^-3 /(3*136*16*10 ^-9 )/32=0.586mΩ/32=0.0183mΩ , 同理可计算其负极片总电阻为 R=ρL/3S/32=1.72*10 ^-8 *137*10 ^-3 /(3*141*9*10 ⁹ )/32=2.926mΩ/32=0.0193mΩ ，正负极片总电阻为 0.0376mΩ, 电池的总交流电阻约为 0.271mΩ ，直流内阻一般是交流内阻的两倍多一点，这样来看极片的电阻占整个直流内阻的比例仅为 7% 左右。可见随着电池的厚度增大，高度降低，其电阻也会相应变小，所以说短厚胜于细长。

  二、降低集流体内阻的短刀思路

       除了内阻较大， 1m 左右长度的电芯，在生产效率、良品率等方面也面临较多问题，比亚迪的刀片电池除了适用于自己的汽车产品之外，对其他车企的适配性并不好。同时， BYD 在申请的刀片电池专利中涵盖了 600-2000mm 长度的电芯，为了提高适配性以及避开专利纠纷，蜂巢能源更偏爱 600mm 左右的电芯，并且把 300~600mm 长度的电芯统一俗称为“短刀”。按照上面的计算方式，如果短刀电池的长度为 480mm 的话，其正负极片的总电阻减半，约为 0.285mΩ. 同时为了提高容量，还需要增加电芯厚度，增加并联的极片数量，最终的极片电阻还要减半，大概是 0.143mΩ. 可见降低长度增加厚度可有效降低电芯的电阻。这一点也说明，即使以后全固态电池实现了，也不能指望只有几颗电池就组成一个电池包，那样的话由于电子传输路径变长，会导致电池包整体内阻偏大很多，更加不利于电池功率性能的发挥。

      小结： 比亚迪既是汽车公司，也是电池公司，其电池在设计初始就考虑了自家汽车的需求，其主要思路是提高体积能量密度，让汽车能够多装电池，以实现长续航的目的，比亚迪最早在深圳投放的电动出租车 e5 以及 e6 就是这个思路。不过，刀片电池虽然提高体积能量密度，但是其内阻确实偏大，不利于高功率的性能释放。 LFP 电池更加安全，更耐高温，其热管理也好做一些，换成三元的话难度就更大了，短期内三元体系的刀片电池估计还不会装车的。以上的分析也说明，又薄又长的电芯虽然散热更好，但是电阻更大；又厚又短的电芯虽然散热困难，但是电阻较低，综合考量，目前 4C 充电的电芯其尺寸还是采用了厚短 (44194112~143Ah) 的设计，并采用双面散热，大面散热的方式来大幅度提高冷却能力。对于 DM-i 车型，比亚迪也是采用了内部串联的方式，通过降低电芯长度来降低内阻，提高功率。所以说刀片电池的电阻大确实是个问题，但不一定导致安全问题。前两年发生安全事故的大都是 DM-i 车型，其内部串联的电芯采用软包封装形式，一旦漏液容易导致短路起火，不过比亚迪应该在后续车型中解决了这个问题。