CTP 電池包設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)

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(yù)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(duì)約束電芯膨脹亦有貢獻(xiàn)。

因?yàn)?CTP 模組上方的鋼綁帶相對(duì)傳統(tǒng)模組的框架剛度差，且 CTP 模組長(zhǎng)度大，所以 CTP 模組在 EOL 時(shí)長(zhǎng)度增加多。因此對(duì)于 CTP 模組更需要關(guān)注膨脹對(duì)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(diǎn)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(qiáng)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(yīng)為對(duì)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(duì)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(diǎn)，另一部分經(jīng)過端板傳遞至整包掛載點(diǎn)。一定循環(huán)次數(shù)后，鋼綁帶對(duì)電芯的束縛力增大，剛度也會(huì)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(fēng)險(xiǎn)。

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(duì)液冷板和底護(hù)板的支撐間距大，電池包底底護(hù)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(hù)板、液冷板和電芯頂高，電芯能夠向上移動(dòng)可以減小其變形量，這個(gè)是 MEB 采用 590 模組所不具備的優(yōu)勢(shì)。

2）底部氣密安全底部氣密安全需要要考慮底護(hù)板和液冷板在撞擊時(shí)開裂，更重要的是液冷板和底護(hù)板固定標(biāo)準(zhǔn)件位置受撞擊后的密封失效。固定液冷板的 FDS 和固定底護(hù)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(gè)難點(diǎn)是氣密失效后難以探測(cè)。

液冷板、底護(hù)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(duì)于傳統(tǒng)模組，CTP 模組沒有側(cè)板，通過端板散熱相對(duì)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(dǎo)至底護(hù)板，或通過液冷板橫向傳導(dǎo)至箱體。

CN201822267862.7，《電池箱》中介紹底護(hù)板和液冷板之間密封。空氣層可以作為隔熱介質(zhì)，空氣導(dǎo)熱系數(shù)極低，隔熱效果好；

底護(hù)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(shí)際上這個(gè)方案較難實(shí)施，且密封失效風(fēng)險(xiǎn)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(kuò)散防護(hù)

5、熱擴(kuò)散防護(hù)

和小模組相比較，大尺寸雙排模組對(duì)熱擴(kuò)散的抑制更難。通過三個(gè)維度的隔離抑制熱擴(kuò)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(jì)；

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(shí)代 811 動(dòng)力電池包 解析內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)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(duì) CTP 電池包基本設(shè)計(jì)思路進(jìn)行探討，文中所列大部分解決方案有實(shí)際應(yīng)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(shí)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(shí)代 811 動(dòng)力電池包 解析內(nèi)部結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)》

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

審核編輯 黃昊宇