十大動(dòng)力電池集成技術(shù)

L逸軒 2023-02-14 發(fā)布于重慶

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電池包集成和管理技術(shù)

近年來，隨著新能源汽車的快速蓬勃發(fā)展，動(dòng)力電池技術(shù)和相關(guān)集成管理技術(shù)層出不窮、節(jié)節(jié)開花，如新材料技術(shù)（無鈷材料等）、新工藝技術(shù)（刀片電池等）、新集成技術(shù)（CTP等）、新管理技術(shù)（彈匣電池等）匯聚了材料廠、電池廠和整車廠的最新研發(fā)應(yīng)用成果。

本文整理簡單介紹10種電池包集成和管理技術(shù)，并公開分享。

最傳統(tǒng)的電池包集成技術(shù)是CTM（Cell To Module），首先將若干電芯串并聯(lián)組成模組，然后將模組裝配到電池包內(nèi)，最后將電池包集成到汽車底盤。

傳統(tǒng)電池包集成方式

在動(dòng)力電池應(yīng)用于新能源汽車的早期階段，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，電池、模組、電池包尺寸五花八門，導(dǎo)致電芯開發(fā)成本極高，并且不方便更換和維護(hù)。到后來，人們發(fā)現(xiàn)了每輛車可以利用的空間位置具有一定的共性，根據(jù)這些空間尺寸，推算出模組的尺寸范圍，從而希望實(shí)現(xiàn)電芯尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化。

2008年，大眾汽車全面進(jìn)軍電動(dòng)化，在實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化過程中率先推出了標(biāo)準(zhǔn)化模組。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是355模組（355代表模組長度，每排可放置3個(gè)模組），為了提高續(xù)航里程，減少零部件和增加空間利用率，進(jìn)一步降低成本，又推出了390模組（每排放置3個(gè)模組，模組更長更緊湊）和590模組（每排放置2個(gè)模組，集成效率更高），單個(gè)模組的體積在逐漸增大。

標(biāo)準(zhǔn)模組尺寸和外形示意圖

采用590模組的大眾汽車ID.3電池包

在CTM結(jié)構(gòu)下，電芯被模組等結(jié)構(gòu)件保護(hù)較好，電池包強(qiáng)度高，成組難度小。但電芯組裝為模組空間利用率為80%，模組集成為電池包空間利用率為50%，最終電芯集成為電池包后空間利用率僅40%，隨著新能源汽車的快速普及以及鋰離子電池性能的極致開發(fā)，在電池應(yīng)用層面，電池包集成效率亟待提升，大模組化、去模組化、車身一體化技術(shù)成為主流趨勢。

1、CATL的CTP

2019年9月，寧德時(shí)代全球首款CTP（Cell To Pack）電池包正式發(fā)布，將搭載于北汽EU5車型上。相比傳統(tǒng)電池包，采用全新CTP技術(shù)的電池包體積利用率提高15%~20%，零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升50%，系統(tǒng)成本降低10%。在能量密度上，CTP電池包可高達(dá)200Wh/kg，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)高30%以上，可以大幅提升電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力。

寧德時(shí)代第一代CTP電池包

CTP技術(shù)包括兩個(gè)思路：一是大模組化，二是無模組化，寧德時(shí)代本次發(fā)布的CTP屬于大模組化技術(shù)，其核心邏輯是提高單體電芯的容量，同時(shí)將多個(gè)電芯堆疊組成更大的電池模組，從而大大減少模組數(shù)量，減少零部件數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)能量密度提升和成本降低的目標(biāo)。

CTP技術(shù)路線

CTP技術(shù)除了采用大電芯組成大模組外，通常還會(huì)對模組之間的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少零部件和簡化裝配工藝過程。

寧德時(shí)代“套筒式”模組連接方式

雖然CTP電池包具有適用性強(qiáng)、空間利用率高、成本低、散熱性能好等優(yōu)勢，但由于木桶效應(yīng)，電池包整體性能將取決于組成電池包最差電芯的性能，因此，CTP結(jié)構(gòu)對電芯一致性提出了更高的要求，此外，如果出現(xiàn)電池故障需要更換，維修的便利性和成本都更高。

2、TESLA的CTC

2020年“電池日”上，特斯拉首次公布CTC（Cell To Chassis）技術(shù)，Elon Musk表示，CTC集成技術(shù)配合前后車身一體化壓鑄技術(shù)，可以減少約370個(gè)零部件，實(shí)現(xiàn)車身減重10%，每千瓦時(shí)電池成本降低7%。

CTC技術(shù)路線

CTC技術(shù)省去了從電芯到模組，再到電池包的兩個(gè)裝配過程，直接將電池集成到車身底盤。CTC技術(shù)的本質(zhì)是將電池包上殼體和車身下地板合二為一，座椅直接安裝在電池包上蓋上，電池包既是能量提供裝置，又是整車結(jié)構(gòu)部件。

特斯拉Model Y車型CTC技術(shù)方案

為了解決電池包隔熱問題，特斯拉在電池包內(nèi)部灌滿了膠，防止熱量向車內(nèi)傳導(dǎo)，同時(shí)，由于汽車側(cè)面是碰撞薄弱點(diǎn)，特斯拉在靠近車身門檻兩側(cè)灌膠更多，膠層更厚，當(dāng)汽車發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)可以對內(nèi)部電池起到較好的緩沖保護(hù)作用。

特斯拉Model Y灌膠示意圖

CTC技術(shù)的優(yōu)勢是明顯的，由于越過了“模組”和“電池包”兩級(jí)裝配過程，直接將電池集成到車身地板上，將大大節(jié)省空間，或者說在相同空間內(nèi)可以容納更多電池，從而提升了續(xù)航能力，同時(shí)，零部件和結(jié)構(gòu)件也大大減少，降低了重量、簡化了流程、節(jié)約了成本，灌膠方案對電池“化零為整”，大大提高了車身的剛度。但CTC結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也很突出，一方面對單體電池一致性提出了很高的要求，另一方面，由于電池整體集成在車身地板，且有膠水相互粘連，幾乎不可能進(jìn)行維修，維修成本極高。

3、國軒高科JTM

2021年1月8日，國軒高科在合肥召開第十屆科技大會(huì)，會(huì)上發(fā)布了210Wh/kg磷酸鐵鋰軟包電芯及JTM（Jelly Roll To Module）電池技術(shù)。據(jù)稱，采用JTM集成技術(shù)可以將模組成組效率提高到90%以上，搭配其高比能磷酸鐵鋰電池，可以做到模組能量密度近200Wh/kg，系統(tǒng)能量密度180Wh/kg，超過了NCM622三元體系水平，可滿足高端乘用車的續(xù)航需求。

JTM技術(shù)路線

JTM與其他電芯集成技術(shù)最大的不同在于，其他集成技術(shù)都是基于電芯為最小單元，而JTM以卷芯為最小單元，在電芯內(nèi)部并、串聯(lián)集成，與刀片電池較為類似，但刀片電池內(nèi)部為一個(gè)整體，而JTM可以想象成將刀片電池內(nèi)部分成了幾段，正因?yàn)槠洹叭嶂袔偂钡奶匦?，國軒高科?nèi)部又稱JTM電池為“變形金剛式的柔性模組”。

2022年6月17日，國軒高科JTM電池發(fā)明專利獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)。其描述的JTM電池制作流程大致是：

1）將至少一個(gè)卷芯進(jìn)行并聯(lián)層疊，然后分別對正極耳群和負(fù)極耳群進(jìn)行集中焊接；

2）用膠紙將多個(gè)并聯(lián)的卷芯固定，然后將極耳卡扣在導(dǎo)電組件的L型彎折部進(jìn)行焊接固定；

3）兩側(cè)的導(dǎo)電組件中間密封固定有絕緣袋，在卷芯整體裝入鋁殼之前，通過注液孔對并聯(lián)卷芯進(jìn)行注液；

4）通過導(dǎo)電連接片將多個(gè)并聯(lián)卷芯依次順序串聯(lián)，最后將其整體裝配入鋁殼中。

極耳和導(dǎo)電組件連接示意圖

JTM電池三維示意圖

JTM電池將單卷芯在鋁殼內(nèi)部進(jìn)行并、串聯(lián)，減少了外部連接件的數(shù)量，能量密度更高，成本更低，且工藝簡單，易形成標(biāo)準(zhǔn)化，而且各單卷芯能夠相互獨(dú)立，出現(xiàn)熱失控時(shí)不會(huì)相互蔓延，進(jìn)一步延遲了熱失控的發(fā)生，提高了電池安全性能。

4、廣汽埃安的彈匣電池

2021年3月10日，廣汽埃安重磅發(fā)布全球首創(chuàng)第一代彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)，由于采用了類似彈匣安全艙的設(shè)計(jì)，故而簡稱“彈匣電池”，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)首次三元鋰電池整包針刺不起火，宣稱重新定義了三元鋰電池主動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝，系統(tǒng)體積能量密度提升9.4%（302Wh/L），系統(tǒng)質(zhì)量能量密度提升5.7%（185Wh/kg），成本降低了10%。

彈匣電池系統(tǒng)安全技術(shù)

從材料層級(jí)來看，三元鋰電池雖然具有更高的能量密度，但其安全性能相比磷酸鐵鋰更差成為了消費(fèi)者購買新能源汽車的主要疑慮。三元材料熱穩(wěn)定性差，在200℃左右就會(huì)發(fā)生分解，釋放O2，而磷酸鐵鋰在700℃以上才會(huì)分解，由于存在穩(wěn)固的P-O鍵，磷酸鐵鋰熱分解不會(huì)釋放O2，因此，三元鋰電池在發(fā)生熱濫用、針刺等極端測試時(shí)，更容易起火、爆炸。

三元鋰電池?zé)崾Э劓準(zhǔn)椒磻?yīng)過程

那么，廣汽埃安是如何實(shí)現(xiàn)三元鋰電池針刺不起火的呢？

據(jù)悉，彈匣電池技術(shù)基于“防止電芯內(nèi)短路，短路后防止熱失控，以及熱失控后防止熱蔓延”的設(shè)計(jì)思路，主要包括四大核心技術(shù)：

1）超高耐熱穩(wěn)定的電芯

正極材料采用納米級(jí)包覆及摻雜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)材料本征改性和表面修飾結(jié)合，有效提升材料熱穩(wěn)定性和防止熱失控；電解液采用能對SEI膜進(jìn)行自修復(fù)的新型添加劑，改善電芯循環(huán)壽命；通過添加特殊電解液添加劑，當(dāng)電池溫度升高到120℃時(shí)，自發(fā)聚合形成高阻抗薄膜，大幅降低熱失控反應(yīng)產(chǎn)熱，使電芯耐熱溫度提升了30%。

2）超強(qiáng)隔熱電池安全艙

通過網(wǎng)狀納米孔隔熱材料和可耐1400℃高溫的上殼體，彈匣電池構(gòu)筑了超強(qiáng)隔熱的安全艙，當(dāng)單個(gè)電芯發(fā)生熱失控時(shí)，確保熱量不會(huì)蔓延至相鄰電芯，引起連環(huán)失控。

3）極速降溫三維速冷系統(tǒng)

通過全貼合液冷系統(tǒng)、高速散熱通道、高精準(zhǔn)的導(dǎo)熱路徑設(shè)計(jì)構(gòu)建三維速冷系統(tǒng)，彈匣電池實(shí)現(xiàn)了散熱面積提升40%，散熱效率提升30%，有效防止熱失控和熱蔓延。

4）全時(shí)管控第五代電池管理系統(tǒng)

采用車規(guī)級(jí)最新一代電池管理系統(tǒng)芯片，實(shí)現(xiàn)10次/s全天候數(shù)據(jù)采集，對電池系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)溫度超高時(shí)，可立即啟動(dòng)電池速冷系統(tǒng)為電池降溫。

彈匣電池四大核心技術(shù)

基于四大核心技術(shù)加持的彈匣電池，按照《GB 38031-2020 動(dòng)力汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》，采用強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)苛的參數(shù)進(jìn)行測試，可以實(shí)現(xiàn)針刺不起火（國標(biāo)要求5min內(nèi)不起火，預(yù)留逃生時(shí)間），針刺點(diǎn)附近最高溫度686.7℃，電池之間未發(fā)生熱擴(kuò)散，靜置48h后，針刺電芯電壓降為0V，溫度恢復(fù)室溫，整包外觀保持了較好的完整性。

彈匣電池通過安全技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了三元鋰電池整包不起火，對三元鋰電池在新能源汽車中的應(yīng)用具有重要的推動(dòng)作用，在系統(tǒng)層面較好的解決了三元鋰電池的安全問題。

5、東風(fēng)“三不”電池

2021年3月17日，東風(fēng)汽車旗下高端電動(dòng)車品牌嵐圖汽車舉辦了“三元鋰電池安全技術(shù)分享會(huì)”，首次展示了嵐圖FREE（純電版）的電池包、車體結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)的安全技術(shù)，并對電池包的安全技術(shù)進(jìn)行了全方位的解讀。

三元鋰電池包具有能量密度高、低溫性能好、倍率性能好等特點(diǎn)，但相應(yīng)的熱穩(wěn)定性更差，需要進(jìn)行更好的安全防護(hù)和熱管理，既要滿足高能量，又要滿足高安全，對電池技術(shù)帶來極大挑戰(zhàn)。

而嵐圖FREE采用三元鋰電池作為動(dòng)力系統(tǒng)，卻可以做到整包“不冒煙、不起火、不爆炸”，被媒體稱為“三不”電池。此前廣汽埃安的彈匣電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了三元鋰電池整包在熱失控狀態(tài)下“不起火、不爆炸”，但嵐圖FREE又在彈匣電池的基礎(chǔ)上做到了“不冒煙”，似乎意味著三元鋰電池的系統(tǒng)安全技術(shù)又上升了一個(gè)新臺(tái)階。

圖嵐圖FREE三元鋰電池技術(shù)亮點(diǎn)

據(jù)悉，嵐圖汽車采用了三大安全技術(shù)：單體電芯三維隔熱墻設(shè)計(jì)、電池安全監(jiān)測和預(yù)警模型、電池PACK設(shè)計(jì)。

1）單體電芯三維隔熱墻設(shè)計(jì)

隔熱墻技術(shù)是嵐圖汽車三元鋰電池?zé)崾Э亍安幻盁煛钡氖讋?chuàng)核心技術(shù)，其原理是在電池包內(nèi)，使用超強(qiáng)高分子隔熱阻燃材料，將每個(gè)電芯分離，在電芯與電芯之間形成高效的阻熱阻燃隔熱層，并且單獨(dú)三維立體包裹，如同“琥珀”一樣。

當(dāng)某個(gè)單體電芯發(fā)生熱失控時(shí)，三維隔熱墻的存在可以避免熱蔓延到周圍其他電芯，進(jìn)而防止出現(xiàn)連環(huán)熱失控，同時(shí)，每一個(gè)電芯底部都與高效液冷系統(tǒng)接觸，保證電池包具有穩(wěn)定的散熱能力，而在電芯頂部，還額外布置了可耐1000℃高溫的隔熱阻燃層，保護(hù)車內(nèi)人員安全。

圖“三維隔熱墻”技術(shù)詳情

2）電池安全監(jiān)測和預(yù)警模型

嵐圖在對電池包原有溫度電壓預(yù)警基礎(chǔ)上，搭建了精確的電池安全監(jiān)測和預(yù)警大數(shù)據(jù)模型，追蹤每一臺(tái)車、每一塊電池的使用數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與云端大數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)對比，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，嵐圖會(huì)通過云端APP推送及車輛的預(yù)警系統(tǒng)，提醒用戶。

圖嵐圖BMS云端衛(wèi)士

3）電池PACK設(shè)計(jì)

在被動(dòng)安全上，嵐圖對電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了五大設(shè)計(jì)：車身防護(hù)、高強(qiáng)框架、壓力傳遞、形變吸能、電池雙保險(xiǎn)。

圖嵐圖電池PACK方案

a）車身防護(hù)：在車門門檻位置，采用雙層結(jié)構(gòu)的1500MPa超高強(qiáng)度熱成型鋼，前后車身內(nèi)部，采用行業(yè)最高等級(jí)的2000Mpa熱成型鋼，防止車輛發(fā)生膨脹或側(cè)翻時(shí)擠壓電池，從而保證電池的完整性。

b）高強(qiáng)框架：通過高強(qiáng)度鋁合金框架、多條加強(qiáng)筋強(qiáng)化其耐撞性，根據(jù)測試結(jié)果，高強(qiáng)框架可以抵御20噸力的擠壓。

c）壓力傳遞：在電池包內(nèi)部設(shè)計(jì)多條縱橫加強(qiáng)梁，使得電池包受到外力時(shí)層層分解，從而保護(hù)內(nèi)部電芯。

d）形變吸能：嵐圖對電池包預(yù)設(shè)了超過30mm的形變吸能空間，在電池包受撞擊變形時(shí)，保護(hù)內(nèi)部電芯。

e）電池雙保險(xiǎn)：電芯雙極均設(shè)置有防爆閥，當(dāng)電池內(nèi)部壓力增大時(shí)，防爆閥被沖開，避免電池發(fā)生爆炸。

6、長城汽車的大禹電池

2021年6月29日，長城汽車咖啡智能2.0升級(jí)發(fā)布會(huì)在保定哈弗技術(shù)中心舉行，會(huì)上正式發(fā)布了“大禹電池”，自稱“永不起火、永不爆炸”。據(jù)介紹，大禹電池的命名主要是因?yàn)槠浒踩Ｕ系脑聿捎昧舜笥碇嗡摹白兌聻槭琛崩砟睿捎枚嗵荽螕Q流系統(tǒng)、快速極冷抑制系統(tǒng)、多級(jí)定向排爆系統(tǒng)、滅火盒系統(tǒng)來從PACK層級(jí)保障電池安全。

圖長城汽車展示的大禹電池整包

大禹電池采用高鎳811三元材料，熱失控引發(fā)方式為加熱，實(shí)驗(yàn)中最高溫度超過1000℃，但全程無起火爆炸，并且大禹電池排除的煙氣溫度低于100℃。

大禹電池“變堵為疏”的理念包含了哪些技術(shù)元素呢？據(jù)了解，大禹電池主要從熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、高溫絕緣、自動(dòng)滅火、正壓阻氧、智能冷卻八個(gè)方面提升三元鋰電池整包安全性能。

圖大禹電池設(shè)計(jì)理念

1）熱源隔斷

大禹電池之間采用隔熱性能良好、又耐火焰沖擊的全新開發(fā)的雙層復(fù)合材料取代傳統(tǒng)氣凝膠隔熱材料隔絕熱源，防止高溫傳導(dǎo)到周圍電芯引起連環(huán)反應(yīng)。在模組上方還布置了可耐1000℃高溫的隔熱材料，保護(hù)駕乘人員的安全。

2）雙向換流

通過對換流通道設(shè)計(jì)方案模擬仿真，實(shí)現(xiàn)換流強(qiáng)度和比例的精準(zhǔn)優(yōu)化，引導(dǎo)氣流和火流進(jìn)行雙向換流。

3）熱流分配

通過搭建燃燒模型、熱力學(xué)與流體力學(xué)擬合仿真、沖擊強(qiáng)度和壓力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)氣火流在不同結(jié)構(gòu)通道內(nèi)的均勻分布，為雙向換流起到了很好的輔助作用。

4）定向排爆

大禹電池設(shè)計(jì)了防爆閥，當(dāng)電池內(nèi)壓增大時(shí)，防爆閥優(yōu)先打開，產(chǎn)生的火焰或氣流進(jìn)入模組上方預(yù)設(shè)的流道，將其定向排出遠(yuǎn)離相鄰電芯。

5）高溫絕緣

在高壓線束銅排表面涂抹了一層耐高溫絕緣材料，防止出現(xiàn)高壓電弧造成額外傷害。

6）自動(dòng)滅火

高壓氣流和火流被引導(dǎo)到電池包尾部的蜂窩狀滅火盒中，由于蜂窩狀結(jié)構(gòu)的多孔性和多層隔熱屏阻隔了空氣的大空間流動(dòng)，使之成為尺度十分有限的微小空間，空氣的自然對流換熱難以開展，有效地阻礙了對流換熱的進(jìn)行，從而可實(shí)現(xiàn)火焰快速抑制和冷卻。

7）正壓阻氧

在電池包尾部設(shè)計(jì)了多層不對稱蜂窩狀通道，保證電池包內(nèi)壓始終大于外界，避免吸入氧氣導(dǎo)致火勢變大。

8）智能冷卻

當(dāng)BMS或智能云端監(jiān)測到電芯熱失控時(shí)，智能調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的流速和流量，從而給電芯降溫，將事故扼殺在搖籃中。

根據(jù)長城汽車的規(guī)劃，“大禹電池”將率先搭載在沙龍品牌的第一款車型上。從2022年開始這一電池技術(shù)將全面覆蓋長城旗下的所有車型。

7、MTC

2022年4月25日，零跑汽車開展以“智能時(shí)代，源力覺醒”為主題的智能動(dòng)力CTC技術(shù)線上發(fā)布會(huì)，首次公開了其最新研發(fā)的CTC技術(shù)（零跑官宣CTC，嚴(yán)格講應(yīng)該是MTC，即Module To Chassis）。

圖 MTC技術(shù)路線

據(jù)悉，零跑汽車MTC底盤一體化技術(shù)可使零部件數(shù)量減少20%，結(jié)構(gòu)件成本降低15%，電池布置空間增加14.5%，車身垂直空間增加10mm，綜合工況續(xù)航增加10%，該技術(shù)將在零跑純電動(dòng)汽車C01車型率先量產(chǎn)應(yīng)用，續(xù)航里程將達(dá)到700km。

圖零跑MTC底盤布置示意圖

如果將特斯拉CTC技術(shù)比作目前的電池一體化手機(jī)，那么零跑MTC就好比原來的電池分離式手機(jī)，當(dāng)電池發(fā)生故障時(shí)，只需要取下更換即可，非常方便。

零跑汽車MTC技術(shù)保留了模組設(shè)計(jì)，將模組直接集成到汽車底盤。其最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于，首次將電池托盤骨架結(jié)構(gòu)和車身梁結(jié)構(gòu)合二為一形成雙骨架環(huán)形梁式結(jié)構(gòu)，既能提高整體結(jié)構(gòu)效率，實(shí)現(xiàn)輕量化，又能通過車身縱、橫梁實(shí)現(xiàn)電池密封。

雙骨架環(huán)形梁式結(jié)構(gòu)：

紅色為車身結(jié)構(gòu)梁綠色為電池托盤結(jié)構(gòu)

零跑汽車通過在乘員艙底部開設(shè)容納空間，將模組從下往上通過栓接、膠接等固定方式懸吊在乘員艙底部，再用電池托盤和車身地板密封，取消了傳統(tǒng)電池包的上蓋板。

相比于特斯拉CTC技術(shù)，零跑汽車MTC似乎更是一個(gè)折中的技術(shù)，由于沒有取消模組結(jié)構(gòu)，因此集成效率、成本方面仍有提升空間，并且由于取消了傳統(tǒng)電池包的上蓋板，當(dāng)電池?zé)崾Э貢r(shí)對乘員艙威脅更大，但由于電池托盤容易拆解，當(dāng)需要維修時(shí)，不需要拆解車身地板和座椅，更加的方便和快捷，更是一種可行的量產(chǎn)化技術(shù)。

8、BYD的CTB

2022年5月20日，比亞迪隆重舉辦CTB技術(shù)暨海豹預(yù)售發(fā)布會(huì)，會(huì)上，比亞迪全球首發(fā)了CTB車身一體化技術(shù)及搭載CTB技術(shù)的e平臺(tái)3.0純電動(dòng)車型—海豹。

據(jù)介紹，海豹搭載CTB技術(shù)后，其動(dòng)力電池系統(tǒng)利用率提升66%，系統(tǒng)能量密度提升10%，可以實(shí)現(xiàn)700km的續(xù)航里程，其動(dòng)力電池仍然采用刀片電池，可以達(dá)到充電15min，行駛300km的快充能力。

圖比亞迪CTB底盤一體化布置示意圖

實(shí)際上，比亞迪CTB技術(shù)與特斯拉CTC有點(diǎn)類似，都是將電池上蓋板與車身地板合二為一，即減少了一層地板。但特斯拉電池上蓋板結(jié)合了座椅支架和橫向加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，而比亞迪橫向梁還保留在車身，用于提供更好的側(cè)向強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度（似乎特斯拉集成技術(shù)更像CTB，而比亞迪集成技術(shù)更像CTC），因此，CTB的集成度略遜于CTC。

CTB技術(shù)依然采用了刀片電池陣列式排布方式，本身具有極好的安全性能，并且電池包上蓋和電池托盤將刀片電池夾在中間，形成了類蜂窩結(jié)構(gòu)，根據(jù)比亞迪發(fā)布的測試視頻，電池艙可以承受50t重卡碾壓而裝回車身后仍可繼續(xù)使用，因此，比亞迪海豹號(hào)稱是“撞不斷的電動(dòng)汽車”。

CTB技術(shù)的優(yōu)勢是高安全、高強(qiáng)度、輕量化、低成本，其維修性比特斯拉CTC技術(shù)略好一些，但集成度方面相比CTC技術(shù)更保守。

圖搭載CTB集成技術(shù)的比亞迪海豹宣傳圖

9、上汽的魔方電池

2022年6月13日，上汽乘用車MG品牌首次發(fā)布了“魔方電池”，并亮相了搭載魔方電池的首款車型-MG MULAN。

據(jù)介紹，魔方電池英文名是“ONE PACK”，采用了標(biāo)準(zhǔn)電池包，長度均為1690mm，寬度均為1300mm，高度可選110mm、125mm和137mm，由于長度和寬度固定，只需改變高度就能實(shí)現(xiàn)不同續(xù)航里程的需求，由于電池包長度和寬度相同，魔方電池還采用了統(tǒng)一的電芯固定位置、統(tǒng)一的快換冷卻接口和統(tǒng)一的高低壓接口，意味著魔方電池可以實(shí)現(xiàn)換電功能。

圖魔方電池統(tǒng)一的長度和寬度

魔方電池最大的技術(shù)特點(diǎn)就是采用了躺式電芯的布置，而傳統(tǒng)的電池包都是立式布置或者側(cè)立布置，魔方電池為何要“躺平”呢？

躺式電芯布置

1）整車布置效率更高

電池的厚度更薄，躺平后的電池包厚度也更薄，可以釋放更多的車內(nèi)空間，超薄電池還可以降低整包質(zhì)心高度，能有效抑制車輛高速行駛時(shí)的側(cè)傾，車身更加穩(wěn)定。并且，電池躺平后，上下兩塊電池之間不再布置隔熱材料，而只需在左右電池中間設(shè)置隔熱材料，減少了材料數(shù)量和用量。

2）循環(huán)壽命更長

魔方電池設(shè)置了一個(gè)自適應(yīng)束縛裝置，可以適應(yīng)電池使用過程和全壽命周期保持一致的約束力，而傳統(tǒng)的立式電池兩端具有強(qiáng)約束力，長期使用過程中會(huì)影響降低電芯約一半的循環(huán)壽命。

3）安全性能更好

魔方電池躺式布置，電池?zé)崾Э貒娚淇谠陔姵貍?cè)邊，不會(huì)向上噴射，在一定程度上降低了駕乘人員的傷害，并且相鄰電芯接觸面積小，降低了對周邊電芯的影響。

在解決躺式電芯的熱失控和散熱方面，魔方電池采用了以下方案：

1）熱隔離擋板

躺式電芯熱失控時(shí)主要從側(cè)面噴射火焰，正對噴射口的其他電池可能被直接引燃，魔方電池在其間布置了熱隔離擋板，防止正對噴射口的電芯被引燃。

圖躺式電芯之間的熱隔離擋板

2）立式冷卻系統(tǒng)

由于魔方電池躺平式電池結(jié)構(gòu)，為了保證每個(gè)電芯均勻散熱，采用了立式冷卻結(jié)構(gòu)解決方案，即將本該站立的電芯躺平，本該躺平的冷卻系統(tǒng)站立起來。

10、CALT的3.0麒麟電池

2022年6月23日，寧德時(shí)代正式發(fā)布第三代CTP電池包技術(shù)-麒麟電池，通過對電池包的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，將空間利用率從56%提高到72%，宣稱在相同的尺寸和化學(xué)體系設(shè)計(jì)下，其系統(tǒng)能量密度可達(dá)255Wh/kg，比特斯拉高出13%，整車?yán)m(xù)航里程可輕松突破1000km，采用全球首創(chuàng)大面冷卻技術(shù)，麒麟電池支持5min快速熱啟動(dòng)及10min快速充電至80%SOC，實(shí)現(xiàn)了續(xù)航、快充、安全、壽命、效率以及低溫性能的全面提升，預(yù)計(jì)將于2023年量產(chǎn)上市，首次搭載于吉利汽車旗下高端電動(dòng)汽車MPV—極氪009。

寧德時(shí)代三代CTP技術(shù)迭代對比

麒麟電池的結(jié)構(gòu)從上到下依次為：上蓋、三合一彈性夾層、電池、托盤。創(chuàng)新重點(diǎn)之一是高度集成化的三合一彈性夾層，將結(jié)構(gòu)梁（縱橫梁）、隔熱墊和水冷板替換為彈性夾層，布置在每排電芯間，同時(shí)起到結(jié)構(gòu)支撐、冷卻散熱、電芯隔熱和膨脹緩沖四個(gè)功能。

麒麟電池包爆炸圖

麒麟電池將本該放置在電芯底部的水冷板（彈性夾層）豎直放置于電芯之間，增加了4倍換熱面積、大幅提高了散熱性能，從而實(shí)現(xiàn)了電池的安全快充。據(jù)寧德時(shí)代報(bào)告，麒麟電池可以做到4C快充技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5分鐘熱啟動(dòng)、10分鐘快充至80%。

此外，麒麟電池采用電芯倒置，防爆閥朝下設(shè)計(jì)，當(dāng)電芯發(fā)生熱失控時(shí)，高溫氣流將向汽車底部噴射，進(jìn)一步保護(hù)駕乘人員安全。

圖麒麟電池排列方式

麒麟電池是寧德時(shí)代在現(xiàn)有的方形電池技術(shù)路線下，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，進(jìn)一步提升電池性能的重要方式。寧德時(shí)代采用了全球首創(chuàng)的電芯大面冷卻技術(shù)，取消了橫縱梁、水冷板與隔熱墊原本獨(dú)立的設(shè)計(jì)，集成為多功能彈性夾層，實(shí)現(xiàn)了水冷、隔熱、緩沖功能三合一，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成度的較大提升。

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來自： L逸軒 > 《電池 pack》

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