不同模組的動力電池系統(tǒng)對比講解

資料來源：寧德時代 好處在于，在極端情況時，電芯可急速降溫。多功能彈性夾層有效阻隔電芯間的異常熱量傳導(dǎo)，可避免電池非正常工作溫度造成的不可逆損傷，有效提升電芯的壽命和安全性。 上汽的魔方電池也是以疏導(dǎo)為主。上汽的電芯是躺式放置，只有兩層電芯，一旦一顆電芯熱失控，只會蔓延到它上下那顆接觸面積大的電芯，并通過水冷系統(tǒng)帶走一部分熱量。 左右兩側(cè)的電芯由于接觸面積小，且有隔熱材料防護，熱失控的幾率大為減小，因此電芯的熱失控整體是可控的，不會帶來多米諾骨牌效應(yīng)。

魔方電池隔熱示意圖 總結(jié)起來，就是由于上下兩顆電芯是大面接觸，一旦發(fā)生熱失控以犧牲上或下面的電芯為代價，以減少左右兩側(cè)的熱傳導(dǎo)，然后通過立式冷卻組件，將熱傳導(dǎo)出去。

魔方電池結(jié)構(gòu) 魔方電池和麒麟電池的冷卻組件都采用立式結(jié)構(gòu)，不過麒麟電池的換熱面積顯然更大。 02 結(jié)構(gòu)簡化了嗎 電池企業(yè)和車企從系統(tǒng)層面考慮電池安全，電池能量密度也要從系統(tǒng)層面考慮，簡化電池包結(jié)構(gòu)，逐步向整車電池集成化發(fā)展。 目前看，蜂窩電池、彈匣電池、大禹電池、嵐圖的琥珀電池、天工電池、奧特能和零跑的CTC等電池包仍然是有模組的結(jié)構(gòu)。這些電池包的結(jié)構(gòu)沒有明顯簡化。 目前看無模組結(jié)構(gòu)，是以刀片CTB結(jié)構(gòu)、麒麟電池、魔方電池等為代表，尤其以比亞迪和寧德時代走在前列。 比亞迪率先達成了“電池車身一體化”（Cell to Body，CTB），即將電池上蓋與車身地板進一步合二為一。

資料來源：比亞迪

其意義在于，將原來電池包“三明治”結(jié)構(gòu)，進化成整車的“三明治”結(jié)構(gòu)，有效降低電池對于車輛垂直方向空間的占用，同樣的車高尺寸下，垂向乘坐空間增加了10毫米，進一步釋放提升車內(nèi)空間潛力。 在Z向（即垂直向）高度寸土寸金的情況下，10毫米的意義重大。 當然其優(yōu)勢不僅于此，受力更加均勻，車輛安全性得到提升，后文會具體介紹。 另一家比較領(lǐng)先的技術(shù)是寧德時代CTP3.0麒麟電池。從電池包集成角度來看，目前無出其右者，電池包的體積利用率最高可達72%，能量密度最高可達255Wh/kg，可實現(xiàn)整車超過1000公里續(xù)航。

資料來源：寧德時代

麒麟電池的集成度高，主要得益于其將電池包中橫縱梁、水冷板與隔熱墊原本分開的結(jié)構(gòu)整合，電池包內(nèi)部放置電芯的空間得以有效提升。 魔方電池也在盡可能簡化材料為電芯騰出更多空間，例如這種躺式排布，還可以最大程度節(jié)省隔熱材料的應(yīng)用。例如，以前需要用6片隔熱材料的，現(xiàn)在僅用2片就夠了。絕大部分空間都可以用來容納有效的電化學(xué)材料。 當然同樣得益于躺式電芯對排布，可以更多更挪出車輛橫向（車寬）方向，實現(xiàn)了電池包對小體積，但是不以犧牲電池電量為代價，也算是對電池集成度對提升。 目前來看，寧德時代和比亞迪的CTP技術(shù)是徹底取消了電池包的橫縱梁，不過，比亞迪的CTB結(jié)構(gòu)、上汽魔方電池以及特斯拉CTC結(jié)構(gòu)仍然存在結(jié)構(gòu)梁。從結(jié)構(gòu)圖上看，比亞迪有一根橫縱梁、魔方電池有兩根，特斯拉CTC似乎也有三根橫梁。

資料來源：搜狐汽車 特斯拉整個4680結(jié)構(gòu)電池包被3根橫梁分成四個區(qū)域，也就是說大概有3根橫梁。

特斯拉拆解視頻 當然橫縱梁是不能貿(mào)然取消的，這取決于在無梁的情況下，電池包的結(jié)構(gòu)強度是否保證電芯安全。 目前看，寧德時代的電池包結(jié)構(gòu)簡化程度相對最高。

03 結(jié)構(gòu)強度如何

無模組電池包最讓人擔心的除了維修，就是結(jié)構(gòu)強度是否足夠，能否保護電芯安全。 因為無模組電池包往往也會將起支撐作用的橫縱梁一并簡化掉。 傳統(tǒng)電池包一般有4-5根梁，以奧特能電池包為例，可以看出，電池包結(jié)構(gòu)中有很明顯的橫縱梁。 ?

橫縱梁是通過橫亙整個電池包的橫縱交織立體結(jié)構(gòu)，將來自外界的碰撞能量充分地分解與吸收。 在比亞迪刀片電池CTP結(jié)構(gòu)中，不僅簡化掉了模組，同時簡化掉了電池包中的橫縱梁。比亞迪是讓每一個電芯都充當結(jié)構(gòu)件，這樣如果有100個電芯就是100根梁，其強度可想而知。 刀片電池CTP結(jié)構(gòu)還借鑒了非常成熟的蜂窩鋁板的結(jié)構(gòu)原理，在100個電池組成的電池堆的上下兩面上，粘貼兩塊高強度的強度板，形成了類似蜂窩鋁板的這種結(jié)構(gòu)，使強度再次升級。

這一思路沿用在了比亞迪的CTB技術(shù)上。CTB技術(shù)使刀片電池通過與托盤和上蓋粘連，形成類蜂窩鋁板的“三明治”堅固結(jié)構(gòu)，長條形的刀片電池密布于電池包中，均勻受力，大幅提升電池包結(jié)構(gòu)強度。 此外，傳統(tǒng)電動汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為保護電池安全，車身傳力結(jié)構(gòu)被打破，導(dǎo)致車身傳力不暢，極端碰撞情況下安全風(fēng)險加劇。 比亞迪e平臺3.0上，車身地板橫梁左右貫通，且采用閉口輥軋件設(shè)計，大大提升側(cè)碰能量傳遞和車身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時得益于高安全性的刀片電池，以及電池包類蜂窩鋁結(jié)構(gòu)，使電池可以作為傳力結(jié)構(gòu)的重要組成部分，傳遞并吸收能量，從而提升了車輛安全性。 寧德時代的麒麟電池則是在電池包的范圍內(nèi)考慮強度問題。麒麟電池的結(jié)構(gòu)強度，還少不了那個多功能的彈性夾層。彈性夾層也能起到受力結(jié)構(gòu)的作用，電芯和多功能彈性夾層組成了一體化的能量單元，成為行車方向上的受力結(jié)構(gòu)，從而提高了電池結(jié)構(gòu)強度和抗沖擊能力。 《電動汽車觀察家》理解，特斯拉CTC電池包是通過結(jié)構(gòu)梁來進行支撐，同時大量灌膠也對電芯有支撐和保護的作用。不過，有意思的是，特斯拉CTC電芯結(jié)構(gòu)沒有與電池包底部進行直接整合，通過一個云母支架放置，而且根據(jù)視頻拆解人說對情況，云母支架也并未通過膠水與下箱體連接。 《知化汽車》認為，電芯與下箱體直接粘接，整體形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)才是一個更加強壯的方案。

資料來源：知化汽車

04 電池擺放有技巧

除了電池包結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，車企和電池企業(yè)在電芯的擺放上也煞費苦心。例如，上汽的魔方電池，主要特點就是躺式電芯。 寧德時代CTP3.0的麒麟電池電芯是倒置。 立式電芯一般都會被電芯殼體的頂蓋厚度、頂蓋底部到隔膜的距離、底托片厚度等占據(jù)，在高度方向上利用率并不高。

傳統(tǒng)的立式電芯

魔方的躺式電芯有效改善了這一情況，不僅電池包高度方向得到了充分利用，電池中活性材料的占比也大大提升，從而導(dǎo)致體積利用率則明顯提高。 江淮的蜂窩電池也是采用電芯橫向擺放的方式，這倒是圓柱電芯常見的擺放形式。

魔方電池的電芯躺式放置 寧德時代倒置電芯的方式，顯然比躺式電芯電池包的空間利用率更高。 倒置電芯，失控排氣和底部球擊共用空間，就給電芯多留出了中6%的空間。

資料來源：寧德時代 ? 麒麟電池包的體積利用率最高可達72%，應(yīng)該是比魔方電池躺式電芯，空間利用率更高。 目前來看，電池包系統(tǒng)集成角度來看，比亞迪和寧德時代的優(yōu)勢最大。不過比亞迪的問題在于，其刀片電池是非標電芯，在規(guī)模上優(yōu)勢并不明顯。而寧德時代則可以通過標準化的電芯來達到規(guī)模優(yōu)勢。 此外，比亞迪的刀片電池結(jié)構(gòu)更適合磷酸鐵鋰電芯，仰仗的是材料的熱穩(wěn)定性較高，但是應(yīng)用到高鎳的三元電池領(lǐng)域，電芯的大面接觸，熱傳導(dǎo)速度會很快，電芯長寬的優(yōu)勢可能會變成劣勢。 寧德時代最新一代的CTP3.0麒麟電池包，目前看可采用的目前所有主流化學(xué)體系，包括鈉離子電池。 不過，比亞迪的CTB結(jié)構(gòu)推出，領(lǐng)先寧德時代一步達成電池車身的一體化結(jié)構(gòu)，從整車到電池的集成角度看更領(lǐng)先一步。 由于目前特斯拉4680 CTC結(jié)構(gòu)的信息相對較少，不好判斷。就目前情況看，寧德時代和比亞迪在電池系統(tǒng)的設(shè)計上更具系統(tǒng)性，確實處于行業(yè)的領(lǐng)先位置。 ? ?

編輯：黃飛

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