BYD 블레이드 배터리 종합 가이드

BYD가 2020년 1월 전기자동차 100인 회의에서 처음으로 블레이드 배터리를 발표하고 3월 29일 블레이드 배터리 출시 컨퍼런스를 개최한 이후, 업계에서는 블레이드 배터리에 대한 논의가 더욱 활발해졌습니다.

여기에는 크게 두 가지 의견이 있습니다:

하나는 블레이드 배터리가 새로운 아이디어가 없으며, CATL의 CTP와 유사하고, 단지 BYD의 마케팅 기믹이라는 것입니다.

다른 하나는 블레이드 배터리가 리튬 인산철의 많은 단점을 해결하고 획기적이라는 것입니다.

다음으로, BYD 블레이드 배터리에 대해 이야기해 보겠습니다.

Part 1. 블레이드 배터리란 무엇인가?

기존 배터리 시스템은 먼저 배터리 셀을 배터리 모듈로 조립합니다. 그런 다음 배터리 모듈을 배터리 시스템에 설치하여 계층적 관리를 합니다.

배터리 모듈은 기계적 구조에서 배터리 셀을 지지, 고정 및 보호합니다.

배터리 시스템은 배터리 모듈을 지지, 고정 및 보호하는 역할을 합니다.

블레이드 배터리는 완전히 새로운 설계 개념입니다. 긴 배터리를 사용하면서 중간 모듈 연결을 생략하고 배터리를 직접 배터리 시스템에 설치합니다. 이는 무게와 비용을 효과적으로 줄입니다. 이는 CATL의 CTP와 유사합니다.

동시에 BYD의 배터리 구조 설계는 벌집 알루미늄 패널의 원리를 차용합니다. 배터리 코어는 구조 접착제로 두 개의 알루미늄 판 사이에 고정되어 배터리 코어 자체가 구조 부재 역할을 하여 전체 시스템의 강도를 증가시킵니다.

각형 셀 대 블레이드 셀

블레이드 배터리를 다시 한 번 살펴보고 시장에서 널리 사용되는 각형 배터리와 블레이드 배터리를 비교해 보겠습니다.

• 각형 셀 길이는 148mm, 두께는 79mm, 높이는 97mm입니다. 내부 구조는 권선 방식이며 벽돌처럼 생겼습니다.
• 블레이드 셀 길이는 960mm, 두께는 13.5mm, 높이는 90mm이며, 내부 구조는 적층 방식입니다. 블레이드 배터리는 길고 가는 모양이 칼날을 닮아서 이름이 붙여졌습니다.

Part 2. 블레이드 배터리의 역사

최근 몇 년간 순수 전기 자동차의 배터리 소재 발전 동향을 살펴보겠습니다. 전기 자동차 분야에는 항상 3원계와 리튬 인산철 배터리라는 두 가지 기술 경로가 있었습니다.

3원계 배터리는 높은 에너지 밀도로 인해 대부분의 자동차 회사에서 선택됩니다. 하지만 비용이 높다는 단점이 있습니다.

반대로, 리튬 인산철은 비용이 더 낮지만 에너지 밀도가 낮습니다. 게다가 현재 리튬 인산철의 에너지 밀도는 이론적 한계에 가까워졌습니다.

BYD는 리튬 인산철 배터리 제조업체입니다. 비록 BYD가 현 단계에서 대부분의 순수 전기 자동차에 3원계 배터리를 사용하고 있지만, 리튬 인산철 기술 경로를 결코 포기하지 않았습니다. 소재 측면에서 에너지 밀도를 초월할 수 없기 때문에, BYD 엔지니어들은 시스템 통합의 관점에서 작업합니다.

배터리 시스템 통합의 발전 규칙을 요약해 보겠습니다.

먼저, 1세대 배터리 팩인 특이형 배터리 팩을 살펴보겠습니다. 비용을 절감하기 위해 표준 모듈을 사용합니다. 하지만 팩 효율은 상대적으로 낮습니다.

2세대 배터리 팩 또한 특이형 배터리 팩입니다. 팩 효율을 향상시키기 위해 배터리 구조에 맞는 비표준 모듈을 선택했으며, 이로 인해 팩 효율이 크게 향상되었습니다.

위의 두 배터리 팩은 기존 승용차 플랫폼을 기반으로 합니다.

3세대 배터리 팩은 주로 순수 전기 자동차 플랫폼에서 사용됩니다. 세 가지 다른 발전 동향이 있지만, 하나의 공통점이 있습니다. 그것은 모두 태블릿형 배터리라는 점입니다. 그러나 각각 모듈 무효화 기술, 블레이드 배터리 기술 및 590 표준 대형 모듈 기술이 적용됩니다. 이렇게 하여 팩 효율이 다시 한번 크게 향상됩니다.

그 중에서 블레이드 배터리의 향상도가 가장 높습니다. 블레이드 배터리는 배터리 소재에서 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수는 없지만, 배터리 시스템 통합에서 돌파구를 마련했습니다. 이는 리튬 인산철 배터리의 짧은 주행 거리라는 단점을 해결합니다.

이것이 블레이드 배터리의 탄생 배경입니다.

Part 3. BYD 블레이드 배터리 사양

Part 4. 블레이드 셀의 장점

1. 증가된 에너지 밀도

LFP의 낮은 에너지 밀도라는 단점은 피할 수 없습니다.

배터리 셀의 길이를 늘리고 배터리 구조의 중복 설계와 배터리 셀 수를 줄임으로써, BYD 엔지니어들은 배터리 셀의 체적 에너지 밀도와 배터리 팩의 체적 에너지 밀도를 효과적으로 증가시켜 차량의 주행 거리를 향상시킬 수 있습니다.

BYD의 특허에 게시된 데이터에서 우리는 다른 셀 길이와 배터리 팩 에너지 밀도 간의 관계를 볼 수 있습니다. 배터리 셀 길이가 208mm에서 435mm로 증가할 때 에너지 밀도는 변하지 않는다는 것을 분명히 발견할 수 있습니다. 하지만 길이가 945mm로 증가하면 에너지 밀도는 10% 증가합니다.

2. 우수한 방열 성능

블레이드 배터리의 또 다른 장점은 우수한 방열 성능을 가진다는 것입니다.

우리는 모두 배터리가 온도에 특히 민감하다는 것을 알고 있으며, 이는 배터리 급속 충전 시간을 제한하는 주된 이유이기도 합니다. 따라서 방열은 배터리 셀에게 매우 중요한 지표입니다.

블레이드 배터리는 더 큰 방열 표면과 얇은 두께를 가지기 때문에, 블레이드 배터리 코어는 더 나은 방열 성능을 가집니다. BYD의 블레이드 배터리 특허에서 공개된 데이터에서 우리는 블레이드 배터리 내부의 다른 두께를 가진 배터리 셀의 온도 시뮬레이션 결과를 볼 수 있습니다. 우리는 배터리 코어의 두께가 계속 감소함에 따라, 급속 충전 중 배터리 코어와 배터리 팩의 온도 상승이 점점 작아지고 방열 성능이 점점 더 좋아진다는 것을 분명히 발견할 수 있습니다.

위의 두 가지 장점은 우리에게 영감을 줍니다. BYD는 배터리 팩과 셀을 병렬로 개발합니다.

개발 과정에서 여러 번의 설계 시뮬레이션을 수행하여 배터리 셀 설계를 지속적으로 최적화하여 배터리 코어가 배터리에 최대한 일치하도록 했습니다. 이는 배터리 코어의 성능을 극대화할 수 있습니다. 이것이 또한 BYD의 수직 통합의 가장 큰 장점입니다.

Part 5. 블레이드 배터리의 장점

1. 증가된 배터리 에너지 밀도

이것은 앞서 언급했습니다.

블레이드 배터리는 모듈 설계를 취소하고 많은 구조 부품의 설계를 줄입니다.

동시에 상하부 케이스가 배터리 코어와 밀접하게 연결되어 체적 에너지 밀도가 크게 향상됩니다. 이것은 또한 BYD가 널리 홍보한 체적 에너지 밀도 50% 증가입니다.

2. 낮은 비용

블레이드 배터리는 모듈 설계를 취소하고 배터리 구조 설계를 최적화합니다. 2차 배터리 구성 요소 수가 40% 감소했으며, 저비용 LFP 시스템이 적용되어 비용을 효과적으로 절감합니다.

3. 강력한 구조

블레이드 배터리 PACK은 배터리 셀의 상하 측면에 설계되며, 두 개의 고강도 강도 판이 구조 접착제를 사용하여 접착됩니다. 이는 벌집 알루미늄 판과 유사한 구조를 생성하여 각 셀이 구조 보의 역할을 하게 합니다. 기존 배터리 팩은 일반적으로 4-5개의 보만을 가지지만, 블레이드 배터리는 각 셀이 구조 부재 역할을 하도록 하므로 그 강도는 짐작할 수 있습니다. 배터리 하부에 충돌이 발생했을 때, 배터리 코어가 직접 일정 범위의 힘을 견딜 수 있습니다.

4. 우수한 열 관리

블레이드 배터리의 액체 냉각판은 배터리 코어 위에 배치됩니다. 동시에 배터리 코어 사이에导热层가 설계됩니다. 이 솔루션의 열 교환 면적은 기존 각형 배터리 셀보다 훨씬 큽니다. 이는 배터리 코어의 열을 수냉판으로 효과적으로 전달할 수 있습니다.

또한, 블레이드 배터리는 우수한 방열 성능을 가지므로 블레이드 배터리의 열관리 설계가 뛰어나며 배터리 내 최대 온도 차이를 1℃ 이내로 제어할 수 있습니다. 현재 업계 표준은 5℃입니다.

5. 플랫폼화

블레이드 배터리는 다양한 사양으로 제공됩니다. 그 길이는 435~2500mm 사이에서 변경될 수 있습니다. 게다가 이것은 표준 평판형 배터리 팩입니다. 블레이드 배터리는 차량 공간에 따라 X 및 Y 방향으로 배터리 팩의 크기를 변경하고 다양한 사양의 배터리를 개발할 수 있습니다.
이 플랫폼 기반 배터리는 개발 비용과 시간을 효과적으로 줄입니다. 그 특허에는 최소 8가지 유형의 블레이드 배터리 솔루션이 있음을 보여줍니다. 그리고 다른 크기의 배터리와 다른 배열에 대응하여, 더블 레이어 배터리 솔루션도 고려되었습니다. 캐비닛의 통합을 위해, 섀시와 캐비닛의 기존 분리 솔루션과 두 가지가 하나로 통합된 통합 섀시 솔루션도 있습니다.

6. 낮은 배터리 팩 높이

이는 전체 차량의 인간 공학을 효과적으로 향상시킵니다. 왼쪽의 두 다이어그램을 볼 수 있습니다. 일반적으로 일반 배터리 코어의 고압 배선 하네스와 온도 및 전압 센서는 배터리 코어 위에 있으며, 이들은 모두 일정량의 공간을 차지합니다. 상부 케이스는 이러한 구성 요소로부터 최소 5mm 이상 떨어져 있어야 합니다.

블레이드 배터리의 고압 배선 하네스와 센서는 배터리 셀의 Y 방향에 있습니다. 따라서 상부 케이스는 배터리 코어와 직접 접촉할 수 있습니다. 이렇게 하면 블레이드 배터리가 동일 사양의 배터리보다 높이에서 10~20mm를 절약할 수 있습니다. BYD의 블레이드 배터리 높이 설계 목표는 승용차의 경우 105mm, SUV의 경우 120mm입니다.

Part 6. 블레이드 배터리의 단점

어떤 새로운 기술의 보급도 필연적으로 몇 가지 단점을 수반합니다. 다음으로, 블레이드 배터리의 단점을 살펴보겠습니다.

1. 절대적인 “안전”

블레이드 배터리와 3원계 배터리의 바늘 찌르기 시험에서 3원계 반응이 격렬한 반면, 블레이드 배터리는 기본적으로 반응이 없다는 것을 분명히 발견할 수 있습니다. BYD는 바늘 찌르기 시험 결과를 사용하여 블레이드 배터리의 안전성을 널리 홍보했습니다.

하지만 이 주장은 엄밀하지 않습니다.

바늘 찌르기 시험은 배터리의 열폭주 후 반응의 심각성을 시뮬레이션합니다. 블레이드 배터리는 바늘 찌르기 시험에서 몇 가지 이점을 보였습니다. 실험 현상은 블레이드 배터리의 열폭주에 의해 유발된 온도가 3원계 배터리보다 높다는 것만을 보여줄 수 있습니다. 열폭주 유발 시간은 3원계 배터리보다 조금 더 늦습니다. 하지만 블레이드 배터리가 열폭주를 겪지 않는다는 것을 증명할 수는 없습니다. 소비자들의 전기 자동차에 대한 안전 인식은 전기 자동차의 자발적 화재가 제로라는 것입니다. 현 단계에서 대부분의 자발적 화재는 배터리 코어의 열폭주에 의해 발생합니다. 진정한 안전은 배터리의 열폭주를 피하는 것입니다.

2. 낮은 저온 성능

오늘날 전기 자동차는 일반적으로 겨울에 주행 거리가 짧은 단점이 있습니다. 블레이드 배터리는 리튬 인산철 시스템이며, 그 저온 성능은 더욱 나쁩니다. -30°C에서 3원계 배터리의 방전 용량은 86%인 반면, 리튬 인산철 배터리의 방전 용량은 70%에 불과합니다. 이것 또한 블레이드 배터리가 직면해야 할 문제입니다.

3. 높은 유지보수 비용

블레이드 배터리의 모든 셀은 구조 접착제에 의해 함께 고정됩니다. 이것은 나중에 특정 배터리 셀에 고장이 발생하고 수리가 필요할 때, 전체 팩을 교체하는 것만으로 수리할 수 있다는 것을 의미합니다. 이러한 수리 비용은 더 높습니다. 기존 배터리 팩은 모듈 교체로 해결할 수 있습니다.

4. 증가된 의존도

BYD는 블레이드 배터리에 대해 소재, 셀, 배터리 및 생산에涉及된 300개의 특허와 핵심 공정 제어 포인트를 보유하고 있다고 주장합니다. 따라서 완성차 업체는 공급업체의 개발 및 생산에 대해 강한 의존성을 가지게 되어, 공급업체와의 가격 통제 및 협상이 더 어려워질 것입니다.

Part 7. 요약

블레이드 배터리에 대한 분석을 통해, BYD 블레이드 배터리는 현재의 동력 배터리 산업에서 연결 고리의 역할을 더 많이 합니다. 비록 블레이드 배터리에는 여전히 많은 단점이 있지만, 이러한 단점들은 시장 적용과 기술 반복을 통해 지속적으로 개선될 수 있습니다.

기존 기술 시스템에 대해, 블레이드 배터리는 좋은 에너지 밀도를 유지하면서 배터리 비용을 절감합니다. 미래 기술 시스템에 대해, 블레이드 배터리는 구조적 혁신을 제공하여 업계가 소재 혁신으로 인한 한계에 국한되지 않도록 합니다.

하지만 BYD 블레이드 배터리는 여전히 동력 배터리의 궁극적인 해결책이 아닙니다. 왜냐하면 소재 자체의 특성이 리튬 인산철의 한계를 결정하기 때문입니다. 그것은 앞으로 몇 년 동안의 기술 경로에만 속하도록 운명지어져 있습니다. 그러나 어쨌든, 동력 배터리 산업의 모든 혁신은 우리를 차량 전기화 시대에 한 걸음 더 가까이 밀어붙일 것입니다.