CTP電池包方案的優(yōu)缺點分析

CTP 電池包設(shè)計關(guān)注點

1、電芯膨脹

CTP 電池包通過如下方式解決電芯膨脹問題：

1）電芯之間預留膨脹空間，端板變形可以吸收端部電芯膨脹；

2）模組上方通過鋼綁帶約束電芯膨脹；

3）模組下方通過電芯底部和液冷板涂膠粘接力約束電芯膨脹；

4）模組固定結(jié)構(gòu)對約束電芯膨脹亦有貢獻。

因為 CTP 模組上方的鋼綁帶相對傳統(tǒng)模組的框架剛度差，且 CTP 模組長度大，所以 CTP 模組在 EOL 時長度增加多。因此對于 CTP 模組更需要關(guān)注膨脹對結(jié)構(gòu)的影響：

1）模組內(nèi)部結(jié)構(gòu)不被破壞，例如 FPC 采集點設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)、母排中間設(shè)置更大的緩沖槽；

2）模組與下箱體連接處不被破壞，例如底部膠黏剪切強度、螺紋連接處受彎矩；

3）模組與箱體內(nèi)其他零部件間隙足夠，從而避免磨損。CN201920615109.4，《電池模組及電池包》和 CN201921326899.0，《電池模組》中展示了一種 FPC 緩沖結(jié)構(gòu)和母排緩沖槽結(jié)構(gòu)。需要注意的是 FPC 緩沖結(jié)構(gòu)具有方向性，左右應為對稱結(jié)構(gòu)。

模組 FPC 和母排緩沖結(jié)構(gòu)

2、整包剛度

CTP 電池包重量成組效率很高，但整包剛度卻相對要差，各種工況下電芯的慣性力一部分通過底部膠黏傳遞至液冷板、橫梁，再傳遞至整包掛載點，另一部分經(jīng)過端板傳遞至整包掛載點。一定循環(huán)次數(shù)后，鋼綁帶對電芯的束縛力增大，剛度也會有所改善。但另一方面膠黏粘接力作為克服膨脹的反力，在沖擊工況下，水平方向沖擊慣性力與膨脹反力疊加增加了開膠的風險。

3、底部碰撞安全

底部碰撞安全包括底部電芯擠壓安全和底部箱體氣密安全。

1）底部電芯擠壓安全與 MEB 相比，CTP 模組尺寸大，橫梁和縱梁對液冷板和底護板的支撐間距大，電池包底底護板剛度差；另一方面綁帶模組剛度差，某些工況下障礙物可以將底護板、液冷板和電芯頂高，電芯能夠向上移動可以減小其變形量，這個是 MEB 采用 590 模組所不具備的優(yōu)勢。

2）底部氣密安全底部氣密安全需要要考慮底護板和液冷板在撞擊時開裂，更重要的是液冷板和底護板固定標準件位置受撞擊后的密封失效。固定液冷板的 FDS 和固定底護板的拉鉚螺母受到碰撞更容易使得箱體外密封失效。另外，底部密封安全還有另一個難點是氣密失效后難以探測。

液冷板、底護板與邊框的連接與密封

4、保溫

模組散熱路徑：

1）模組表面與周圍空氣熱交換，再與箱體熱交換。

2）電芯與模組端板熱交換，再與液冷板和箱體熱交換。CN201921200931.0，《電池模組端板、電池模組及電池包》中介紹在端板和下箱體之間設(shè)置隔熱層，

CN201920240330.6，《一種電池模組》中介紹在電芯和端板之間以及端板與下箱體之間設(shè)置隔熱層。

相對于傳統(tǒng)模組，CTP 模組沒有側(cè)板，通過端板散熱相對較少。

端板底部設(shè)置隔熱層

端板底部和內(nèi)側(cè)設(shè)置隔熱層

3）模組底部和液冷板熱交換，再通過空氣縱向傳導至底護板，或通過液冷板橫向傳導至箱體。

CN201822267862.7，《電池箱》中介紹底護板和液冷板之間密封?？諝鈱涌梢宰鳛楦魺峤橘|(zhì)，空氣導熱系數(shù)極低，隔熱效果好；

底護板和液冷板之間密閉腔作為隔熱層

CN201822246290.4，《電池箱》中介紹在液冷板和邊框之間設(shè)置隔熱層，從而阻斷液冷板和箱體之間傳熱路徑，即上述 2）和 3）的部分傳熱路徑被阻斷。但實際上這個方案較難實施，且密封失效風險更大。

液冷板與邊框之間設(shè)置隔熱層

CN201822266635.2，《電池箱》中介紹了一種減少液冷板和邊框熱交換的一種箱體結(jié)構(gòu)。

通過減小液冷板與邊框之間接觸面積減小散熱

熱擴散防護

5、熱擴散防護

和小模組相比較，大尺寸雙排模組對熱擴散的抑制更難。通過三個維度的隔離抑制熱擴散：

1）模組內(nèi)部

CN201920794199.8，《電池箱》中提到的雙排模組在電芯側(cè)面和大面均做熱隔離。但隔熱墊的結(jié)構(gòu)還需結(jié)合零件可制造性、模組裝配工藝等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；

相鄰電芯大面和側(cè)面設(shè)置隔熱層

2）模組之間

通過模組間間隙以及箱體橫縱梁隔離；

3）模組與上蓋之間

《拆解寧德時代 811 動力電池包 解析內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細節(jié)》中提到在模組和上蓋之間設(shè)置云母板，避免上蓋被燒穿。

模組與上蓋之間設(shè)置云母片隔熱

需要注意的是，本文對 CTP 電池包基本設(shè)計思路進行探討，文中所列大部分解決方案有實際應用，但專利所展示的結(jié)構(gòu)并非最優(yōu)。更具體的信息等方便的時候再和大家討論。

三、參考資料

11）CN201820465105.8，《電池箱體以及電池箱》

12）CN201721867377.2，《電池包》

13）CN201822266524.1，《電池箱》

14）CN201822267862.7《電池箱》

15）CN201920615109.4，《電池模組及電池包》

16）CN201921326899.0，《電池模組》

17）CN201921200931.0，《電池模組端板、電池模組及電池包》

18）CN201920240330.6，《一種電池模組》

19）CN201822246290.4，《電池箱》

20）CN201822266635.2，《電池箱》

21）CN201920794199.8，《電池箱》

22）《拆解寧德時代 811 動力電池包 解析內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細節(jié)》

小結(jié)：最后有一個開放的話題。CTP 電池包在輕量化、降本等方面有一定優(yōu)勢，但在整體剛度、可維修性等方面卻并不完美。大家對 CTP 方案的優(yōu)缺點以及后續(xù)發(fā)展前景有何看法？

審核編輯 黃昊宇