企業(yè) 寧德時(shí)代比亞迪

從專(zhuān)利看寧德時(shí)代與比亞迪CTP技術(shù)

高工鋰電網(wǎng) 2019-12-04 11:35

在新能源汽車(chē)中，電池包提供動(dòng)力源，其能量密度、安全性、使用壽命等直接影響整車(chē)的使用成本和安全性。

通常而言，電池包分為電池模組和電池箱體兩部分，其中電池模組置于電池箱體。因此要提高新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程，需要電池包輕量化。

一般思路是在電池模組或箱體上進(jìn)行減重設(shè)計(jì)，但受限于電池包功能和機(jī)械強(qiáng)度要求，會(huì)遇到一些技術(shù)瓶頸。

因此如何實(shí)現(xiàn)電池包輕量化，又能滿(mǎn)足其連接強(qiáng)度等要求，成為研究重點(diǎn)。

據(jù)高工鋰電了解，有特斯拉、寧德時(shí)代、比亞迪、蜂巢能源等公司先后開(kāi)發(fā)CTP技術(shù)，提升電池包性能。其中典型代表有寧德時(shí)代和比亞迪。

2019年，寧德時(shí)代率先采用全新CTP技術(shù)的無(wú)模組電池包。表示在成本上，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，投入應(yīng)用后將大幅降低動(dòng)力電池的制造成本。

比亞迪規(guī)劃到2020年，其磷酸鐵鋰單體能量密度將達(dá)到180Wh/kg以上，系統(tǒng)能量密度也將提高到160Wh/kg以上。這很可能采用CTP集成技術(shù)，通過(guò)提高電池包空間利用率及系統(tǒng)能量密度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由此可見(jiàn)CTP技術(shù)能讓電池生產(chǎn)更簡(jiǎn)單高效，成本更低。緣由是CTP技術(shù)省去電池模組過(guò)程，直接由電芯集成電池包，能大量減少使用冗余部件。

不過(guò)就目前CTP技術(shù)而言，并不是完全沒(méi)有模組，而是使用大模組或不用模組等形式。

有業(yè)內(nèi)人士告知，CTP技術(shù)雖然有利于降低電池包價(jià)格，但要真正的完全沒(méi)有模組，實(shí)現(xiàn)所有電池在內(nèi)部進(jìn)行串并聯(lián)。

這一點(diǎn)就當(dāng)前鋰電技術(shù)而言，風(fēng)險(xiǎn)還比較高?，F(xiàn)在較好的辦法，依然是提高單體電池的能量密度。

關(guān)于CTP技術(shù)，高工鋰電查閱到寧德時(shí)代和比亞迪申請(qǐng)的電池包專(zhuān)利，從中可看出CTP技術(shù)設(shè)計(jì)電池包的思路及差異。

寧德時(shí)代：套筒式連接電池包

如圖1至圖4所示，每個(gè)電池模組11均包括框架111和容置于框架111內(nèi)的多個(gè)電池單體112，相鄰的框架111之間固定設(shè)置有上述套筒12，該套筒12具有用于穿設(shè)固定件的通道124，固定件穿過(guò)上述通道124，組裝成電池包1，隨后在安裝梁13作用下，固定于整車(chē)內(nèi)。

值得一提的是，寧德時(shí)代申請(qǐng)的電池包專(zhuān)利取消了現(xiàn)有技術(shù)中的電池箱體。直接將電池模組通過(guò)固定件穿過(guò)套筒或者利用安裝梁直接裝在整車(chē)內(nèi)。

在實(shí)現(xiàn)電池包輕量化的同時(shí)，也提高了電池包在整車(chē)的連接強(qiáng)度。

其優(yōu)勢(shì)主要有兩點(diǎn)：第一，CTP電池包因?yàn)闆](méi)有標(biāo)準(zhǔn)模組限制，可以用在不同車(chē)型上，使用廣泛。第二，減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)組建，CTP電池包能提高體積利用率，系統(tǒng)能量密度也間接提升。其散熱效果要高于目前小模組電池包。

不過(guò)電池包的質(zhì)量跟單體電池的一致性密切相關(guān)。

以往的小模組電池包，如果有電芯壞掉，直接更換那顆電池所在的模組就行?，F(xiàn)在CTP電池包里面，一旦有單體電池?fù)p壞，維修成本會(huì)比一般電池包還高。

圖1

圖2

圖3

圖4

比亞迪：陣列式組裝電池包

比亞迪申請(qǐng)的電池包專(zhuān)利，認(rèn)為現(xiàn)有主要問(wèn)題是兩個(gè)。

第一，單體電池體積之和與電池包體積比值過(guò)低，能量密度無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)電動(dòng)車(chē)的續(xù)航能力需求。

第二，電池先組裝成電池模組，再安裝在電池包內(nèi)，易導(dǎo)致不良率高。而且多次安裝，電池包出現(xiàn)松動(dòng)和安裝不牢靠的可能性大，進(jìn)而品質(zhì)、穩(wěn)定性、可靠性會(huì)有所降低。

該專(zhuān)利大致是要求多個(gè)單體電池體積之和V1與電池包的體積V2滿(mǎn)足：V1/V2≥55%?？裳b載的電池單體長(zhǎng)度涵蓋600-2500mm。

具體設(shè)計(jì)上，單體電池（100）的長(zhǎng)度方向沿電池包（10）長(zhǎng)度布置。多個(gè)單體電池沿電池包的寬度方向排列形成電池陣列。這樣電池包內(nèi)長(zhǎng)度方向布置至少有兩排電池陣列。

然后在電池包寬度方向設(shè)置橫梁（600）劃分電池模組，位于兩排電池陣列之間。電池包長(zhǎng)度方向設(shè)置端粱（203），為鄰近其單體電池提供向內(nèi)壓緊力，同時(shí)設(shè)置側(cè)梁（201）支撐。組裝成大電池包后，再按照?qǐng)D5-圖11方式，裝到電動(dòng)車(chē)內(nèi)。

該專(zhuān)利能在不擴(kuò)大空間的情況下，設(shè)計(jì)出一種大單體電池，合理有效地在電池包內(nèi)安裝更多，優(yōu)化空間利用率。這有助于提高電池包能量密度，續(xù)航能力，可靠性，品質(zhì)以及降低成本。