哪種方案更為合理，可行性高，風險相對較低？

傳統的電池包集成方式是由電芯組成模組，再由模組構成電池包，最后將電池包安裝到車身地板上。目前新的研究方向是意圖將電芯直接集成到車身上，此項技術能夠最大程度的提升空間利用率，也就是說能在相同的空間內布置更多的電池，從而提升電池電量，達到增加續航里程的目的。

1 項目概況

本文主要通過對比市場主流企業的技術發展方案，分析每種技術路線的優點和缺點，同時分析了電池集成的發展趨勢，在綜合評估了供應商提供的技術條件后，最終決定采用CTC的電池集成方案繼續開展分析工作。并對電池具體布置方案、整車重量、續駛里程影響、電池密封、電池裝配工藝等開展詳細的分析，從技術可行性的角度進行橫向對比，并最終決策實施方案

2 典型電池集成方案對比分析

對電池集成的趨勢可以從電池模組變化的趨勢來分析。對于整車廠和電池供應商來說都希望在有限的空間內裝載更多的電芯，并通過模塊化、規模化實現成本的降低，因此出現了從小模組、中模組、大模組到超長模組的進化過程。可以看出演變的過程是從小模組到大模組甚至無模組的趨勢。這種形式雖然提升了電池內部的空間利用率，但增加的電池電量是有限的，因此考慮增加車輛和電池集成的最大空間利用率，才能進一步達到增加電量的目的。

2.1 傳統電池集成方案

傳統電池包形式是由電芯組成模組再組成電池包，從下部與車身地板組裝。電池上蓋的高度與地板面位置相同可代替一部分地板結構。

優點：a.電池包由多個模組組成，每個模組都有單獨殼體保護和控制單元，便于電池的控制和熱管理；b.可以單獨更換電池模組，維修成本和便利性高。

缺點：a.由于模組間的殼體和安全間隙，整體的重量較高，空間利用率較低；b.每個模組都配置了單獨的控制單元，導致成本相對較高。

2.2 CTP(Cell to Pack)電池集成方案

電池集成方案取消模組結構，由電芯直接組成電池包，電池包集成到車身地板上作為整車結構件的一部分。國內稱之為CTP（如圖1所示）。

優點：a.減少了模組之間的布置間隙，增加了電芯的數量；b.減少了模組結構，從而降低了整體電池包的重量。

缺點：a.電池包需要作為結構件的一部分承載載荷；b.對電池的結構設計提出了更高的要求。

2.3 CTC(Cell to Chassis)電池集成方案

CTC電池集成方案是直接將電芯集成在地板框架內部，將地板上下板作為電池殼體。它是CTP方案的進一步集成，完全使用地板的上下板代替電池殼體和蓋板，與車身地板和底盤一體化設計，從根本上改變了電池的安裝形式。在此之前，電芯只起到一個作用，即能量存儲和釋放的單元，現在電芯將增加一個功能，作為整車結構件的一部分。

優點：a.極大地提高空間利用率，可使續航增加15%-25%；b.取消了電池包的結構件，降低了重量；c.可以實現高度集成和模塊化。

缺點：a.電芯需要作為結構件的一部分承載載荷，需要考慮如何將電芯與上下結構件固定起來，以應對最為苛刻的剪切力；b.對工藝提出更高的要求，如果制造出現不合格，就會導致整個電池報廢，可維修性低。

上述電池集成方案對比如下：

通過上表對比可知，CTC方案的空間利用率最高，對于電池電量的提升有顯著的效果，同時需要考慮如何實現密封和電池承載載荷。但是CTC還是一個在現有電池本身技術不變的條件下，最有效提升電量的方案。

3 CTC電池集成技術介紹

為了實現更高的電量，電池的集成趨勢已經由小模組發展為大模組、超長模組，甚至無模組方案，這種方式已經在一定程度上提升了空間利用率，增加了電量。但是為了追求更苛刻的需求，福特提出結構化電池的概念，讓電池本身成為車身的一部分（類似現代民航飛機將整個機翼作為油箱的思路），也就是CelltoChassis簡稱CTC，也稱為電池車身一體化概念。

4 CTC電池集成要點分析

以承載式車身為例，CTC集成方案需要重點解決電池與車身的安裝方案，電池的防水密封方案，電芯的封裝方案，電池冷卻方案，以及如何解決電芯作為結構件承載載荷的問題。最后還要考慮電池的可維修性。本文主要從以下幾個方面進行可行性的分析。

4.1 電池與車身的集成與密封

電池與車身的集成主要的難點在于：

（1）需要保證電池本身的密封性能，安全性；

（2）需要保證電池與車身集成后，成員艙的密封性能。為了解決這個問題，主要的解決方案有以下兩種：

方案一：如圖2，地板面板與電池包上殼體合二為一，集成于電池，相當于電池上殼體替代了中地板的一部分結構。電池上蓋與門檻及前后橫梁形成的平整密封面通過密封膠密封乘員艙，底部通過安裝點與車身組裝（如圖3）。此種方案優點在于電池包作為一個整體與車身集成，電池本身的密封及防水要求可以滿足，電池與成員艙的密封也相對簡單，風險可控。

方案二：如圖4，地板面板與電池包上殼體合二為一，集成于車身，相當于將電池包的結構分為上殼體和電池本體兩個部分。通過密封膠實現車身與電池本體的密封，底部通過安裝點與車身組裝（如圖5）。此種方案的風險在于：

拆散了電池包的結構，下車體框架密封電池，由于車身結構較多連接接頭、定位孔、漏液孔等影響，現IP67等級（沉水1m，半小時，無水氣侵入）電池密封困難,IP69更難實現；下車體框架密封電池，嚴重增加電池進水造成電芯短路起火風險，安全隱患嚴重。

電池-車身匹配界面所有零件及總成均需進行100%氣密性檢測：a.需在總裝車間開發檢測線和返修線，導致生產節拍大大降低，增加成本及工時。b.如出現問題，漏氣點排查困難，無法短時間內返修完成，存在停線風險。c.無法返修將導致整臺車身報廢。

綜上所述，方案一更為合理，可行性高，風險相對較低。

4.2 結構強度分析

由于CTC方案中電芯要作為結構件承載載荷，對標BYD的CTP與特斯拉結構化電池來看，膠仍然是目前最為合適電芯與箱體的連接手段。根據馬斯克的說法，特斯拉將使用一種兼顧結構膠+耐火阻燃膠的多功能膠，將電芯與上下結構件固定起來，這種膠固化后非常堅硬，足以應對最為苛刻的剪切力。結構化電池較大的概率會繼續3&Y的灌封設計，這樣整個電芯與箱體粘為一體，形成一個強度和剛度都非常大的結構體。

4.3 電池冷卻分析

目前大多數電動車的冷卻都是采用液冷的方式，冷卻液通過在電芯間的管路將單個電池模塊的熱量帶走。CTC方案由于電芯直接組成電池包，電池包內的空間幾乎全部被占據，留給布置冷卻系統的空間非常有限，因此在一定程度上增加了電池冷卻系統的布置難度。目前比亞迪和特斯拉針對這種情況給出的解決方案是采用水冷板，冷卻電芯的側面，特斯拉還為此申請了專利，根據特斯拉的描述，該系統能夠幫助消除電池組在使用過程中產生的熱量。另外，除了使用冷凝板之外，當電池的某個區域發生機械故障的時候，可以自動斷路，這樣就避免了一個電芯出現故障，導致其他電芯損壞的情況。從而對整個電池包形成有效的保護，降低電池的安全隱患。

通過上述的技術方案對標，如圖6，7，我們采用了冷卻板的方案對電池系統進行冷卻，其中冷卻板也同時承擔了電池的底板結構，熱熔膠與電芯粘接。

冷卻板由鋁制基板和鋁制沖壓板（有水道結構）組合而成。其中邊緣的主水道和四組分支水道組成，通過水泵和控制器驅動冷卻液流動來對電池進行智能化管控。

4.4 電池維修性分析

CTC技術的目的是高度集成化和模塊化，簡化總裝工藝和降低成本，同時也是一種摒棄換電的技術，追求的是蘋果的一體化設計，在這種思想的指導下維修便利性確實是一個挑戰。對于電池本身來說是由電芯直接組裝成電池包，而且電芯通過膠的封裝形成一個高強度的整體，同時又被多層的防護材料包裹，因此對于單個電芯是無法進行維修和更換的，如果出現問題，只能整體更換電池包。對于電池包與車身的安裝來說，如果需要維修或更換電池包，需要拆除座椅橫梁，去掉密封膠，維修相對復雜，對于維修的便利性問題還需要進一步研究。

5 CTC電池集成技術方案總結

經過上述分析，總結CTC技術要點：

5.1 電池與車身集成

方案總結：為了保證電池本體的密封、性能、安全，采用能夠保證電池完整性的CTC方案，即車身中地板的結構集成到電池上蓋，然后電池作為整體與車身集成。這種方案能夠有效保證電池的完整性，對電池本體的性能影響最小。

技術難點：需要車身地板前后橫梁與門檻梁組成平整的密封面，電池通過密封膠實現成員倉的密封；需要電池的上蓋板設計為平整的表面，從而實現與車身有效的密封。

5.2 電池需要承受載荷

方案總結：電芯通過高性能的熱熔膠形成堅固的整體，能夠作為結構件承受一定的載荷。

技術難點：由于電芯本身無法承受載荷，只能通過高性能的熱熔膠冷卻后形成的堅固整體結構受力，這對膠的性能提出了非常高的要求。

5.3 電池冷卻

方案總結：通過冷卻板對電池側面進行冷卻。

技術難點：布置空間有限，冷卻效果有待驗證。

5.4 維修便利性

方案總結：由于電池包與車身集成度高，且有密封膠，所以維修便利性低，需要尋找有效的維修可行性方案。

技術難點：需要通過技術手段降低維修需求，并考慮如何進行模塊化維修方案。

5.5 研究結論與展望

CTC方案是目前純電動車電池與整車集成的發展趨勢，根據目前乘用車的主流車身形式，主要分析了承載式車身采用CTC方案的可行性。經過對電池包與車身的集成方案，密封方案，結構強度，冷卻方案，維修便利性的分析，確認了采用電池包自身先集成，之后電池上殼體與車身中地板合二唯一，并與車身一體化集成，采用高性能的熱熔膠對電芯進行封裝加固，來實現與車身共同承載受力。同時對于成員倉的密封和電池系統的冷卻方案也進行了研討，并初步確認了可行的方案。對于CTC可行性的預研已完成并達到了預期的目的，為后續項目的實施奠定了基礎。

希望通過本文研究，能夠為電動車電池與整車的集成方式提供切實可行的解決方案，同時也希望CTC技術能夠盡早在量產車上得到應用，真正實現電池與車身的高度集成。

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