动力电池无模组化发展路径研究2023

CNTTARC 中汽中心丨信息科技 动力电池无模组化发展路径研究 2022 2022年11月 技术路径：CTP成为主流产品，CTC将无模组化的主要发展方向CIN中汽中心|信息科技 动力电池结构由标准化模组向无模组化方向发展，标准化模组主要由以大众为首的欧洲整车厂商主导进入无模组阶段后，宁德时代的麒麟CTC、比亚迪力片电池等，我国电池企业抢占先机，赢得先发优势。自前，CTP已经是主流产品，CTC将成为未来主要发展方向。 动力电池模组发展路线 MTPCTP及刀片电池CTC 电芯电芯电芯 模组 电池包电池包 底盘底盘底盘 在德国VDA标准下，大众分别推出了三个在无模组方面，我国电池企业占居先发优比亚迪、零跑相继发布了CTC技术，宁德 模组，在行业内实现了推广普及，发展成势，宁德时代、比亚迪、蜂巢均推出了无时代也发布了CTC的落地时间表。了标准化模组。模组电池包。 355模块+390模块→590模块CTP刀片电池短刀电池比亚迪CTB 2 电池模组：非标准化模组一标准化模组一大模组一无模组CN中汽中心丨信息科技 >动力电池标准化模组主要有355模组、390模组、590模组，最先由大众主导推动，随着电池企业的跟进 研发，发展成了标准化模组。标准化模组受限于模块化电量和电压平台，无法随意进行电量和电压匹配 且零部件多、模组成本高。 动力电池标准化模组 口目前，常见的模组有355、390、590模组，大众最先推出了第一个标准化模组355模组，欧洲整车厂仍以模组设计作为核心方案 →优点：标准化模组结构性强，模组通用性强，售后维修方便 不足：受限于模块化的电量和电压平台，无法随意进行电量和电压配组，且零部件多，模组成本高。 尺寸（mm）最初应用车型可适配电芯衡量模组的主要指标 355模 方形：4个形变 e-golf、e-up、Audi 软包：12个：排列： 组355×151×108 Q7e-tron等2×6或3×4机械强度能够固定电芯的位置，并保护器件不发生有损性能的 组 390模387×151×108.奥迪e-tron、保时捷 5Taycan等 590模590×225×108MEB平台的ID.3车型24个电芯 电性能满足电芯的载流性能要求 组热性能对典型的温度进行控制 大众极强的平台拓展性能，带动了355、390、590模组的大量需求，电 池企业纷纷跟进研究，推动标准化模组的形成 故障处理能力在遇到严重异常时能够自动断电，避免热失控的传播 3 CTP技术：已经成为主流技术，渗透率达到了12.13%CN中汽中心丨信息科技 >CTP已经成为主流技术，已配套多款车型，2021年渗透率达到了12.13%。自前技术方案主要分为两种 一种是将电池包看成一个大模组替代内部多个小模组，代表产品宁德时代的麒麟CTP：另一个是设计之 初就采用无模组方案，用电池本身作为强度的参与件，代表产品比亚迪刀片电池。 CTP发展历程 2019.72019.92020.32020.92020.112021.3 蜂巢能源推出高速叠片工艺电池 宁德时代推出了全新 的CTP高集成动力电池 比亚迪发布刀片电池 持斯拉无钻版Model3 由上海工厂生产，采 LG化学完成模大众宣布将在 块包集成平台2023年以CTP 开发平台用LFP+CTP方案（MPI），将电和CTC的方式 芯直接集成到电对电池系统结 池包构进行优化 2022.42022.32022.12021.4 据MarkLines统计数据， 2021年国内CTP技术电池合创汽车搭载CTP的新奔驰在CES展会上发布亿纬锂能上海车展 包渗透率已达12.13%。宁德时代推出CTP3.0 麒麟电池 车型将在年内发布并搭载CTP的概念车型上展出软包CTP样 上市EQXX包 4 CTP技术：电池企业✁CTP技术陆续问世CN中汽中心丨信息科技 >电池模组经过了590标准化大模组之后，我国电池企业率先提出了无模组技术，宁德时代✁麒麟CTP技术、比亚迪✁刀片电池、蜂巢能源✁短刀电池等CTP技术陆续问世。 电池企业结构创新方案应用电芯类型降本增效优势体现 宁德时代CTP 磷酸铁锂和三元 本积利用率67%，三元体系✁电池系统能量密度达250Wh/kg，磷酸铁锂体系可 达160Wh/kg。 蜂巢能源CTP磷酸铁锂和三元 与传统590模组相比，CTP-G1零部件数量减少24%，CTP-G1成组率提升5~10% 空间利用率提升5%，零部件数量减少22% 与传统电池包相比，CTP-G1电池包成本减少0.1元/Wh，CTP-G2电池包成本减少 0.21元/Wh。 比亚迪磷酸铁锂“刀片电池” 互传统动力电池系统相比，体积比能量增加50%，成本下降30%体积利用率提高20~40个百分点：刀片电池装车后车辆续驶里程提升20~30% 国轩高科JTM磷酸铁锂单体到模组成组效率可超过90%，使用磷酸铁锂材料体系✁模组能量密度可接近 200Wh/kg,系统能量密度180Wh/kg 5 宁德时代：CTP技术已送代至第3代产品，能量密度进一步提升CN中汽中心丨信息科技 宁德时代已经送代至第3代CTP技术，相比第2代产品，进一步去掉了箱体上✁纵横梁，用电芯之间✁夹板和电芯本体来支撑，进一步提高空间利用率，降低了零部件数量，以实现进一步降本。 宁德时代CTP技术选代经历 CTP1.0CTP2.0CTP3.0 2019年2021年2022年 取消了模组侧板等结构、模组紧固件焊接用箱体上✁纵横梁来代替两侧端板，去掉了箱体上✁纵横梁，利用电芯之间✁夹等工序电池包能量密度：200Wh/kg板和电芯本体来支撑机构 电池包体积利用率提高了15%~20%，电续航里程：600km+电池包能量密度：250Wh/kg+ 池包零部件数量减少40%，生产效率提升续航里程：1000km+ 50% 电池包能量密度：180Wh/kg 麒麟CTP3.0电池包创新点 创新点1：高度集成化✁三合一弹性夹层，将结构梁 （纵横梁）、隔热垫和水冷板替换为弹性夹层，布置在 创新点2：方壳电芯采取背对背侧立方式排布于箱体内，而非原本直立方式，可放入更 创新点3：下箱体有定位/限位槽用于冷却板✁安装及电芯组✁固 每排电芯间使支撑、冷却、隔热、缓冲功能四合 多单体电芯，有利于快充，提高体积利用率。 定。 定位部 CTP3.0平台化模块 多功能弹性类眉 限位槽 宁德时代：CTP技术通过多项固定结构技术，防止电芯窜动CN中汽中心丨信息科技 >宁德时代CTP方案采用了多个长凹槽，相邻✁长凹槽通过隔热垫热隔离，将电池安装在凹槽中形成大模组并固定。并通过多项技术来稳定电芯结构，防正电芯窜动。 宁德时代麒麟CTP3.0电池包结构 宁德时代✁CTP方案采用了多个长凹槽，相邻✁长凹槽通过隔热垫 热隔离，将电池安装在凹槽中形成大模组并固定 通过固定连接部将电芯阵列固定连接，提高了电池包✁强度，进而 使得电池包更好✁固定在汽车底部，提高整体稳定性， 宁德时代✁CTP无模组结构✁重点是防止电芯在高度、宽度、长度方向上✁移动， 固定件 通过固定 电芯之间 设置了隔电池单体堆 隔板板，隔板叠后，两端 进行加紧固 件压紧电上方可以 池单体折弯，以 防止电池定。 上下审动 固定件与电池单体安装示意图电池包局部结构电池包局部结构 比亚迪：刀片电池利用电芯壳体来替代模组结构件N中汽中心丨信息科技 替代模组结构件来支撑保护。自前主要有单串刀片电池、多串刀片电池、多串方块电池。 比亚迪刀片电池 1002 单串刀片电池多串刀片电池多事方块电池 (3ngtotsIodeOd) 电池包 密封盖 电池包爆炸图 侧板 面板（换热板）单体电池 过孔端板 比亚迪刀片电池分为单串刀片电池、多串刀片电池和多串方块电池侧板边框 多串刀片电池内部结构边框 面板 边框边框 1电芯铝外壳、2极芯、3采样线束、4保护膜 （内）、5/7/8绝缘体、6底部盖板、9顶部盖口刀片电池没有模组结构件保护，通过内部隔板连接并板、10、保护膜外支撑多个极组，通过外壳替代模组结构件来支撑保护且多片电芯阵列侧放后强度得到加强：电芯阵列后靠 端板、侧板、盖板等避免外部撞击，克服振动。 8 比亚迪：CTB结构用座舱地板来替代电池盖N中汽中心|信息科技 比亚迪CTB结构是通过电池盖一部分是座舱地板，一部分是电池包结构来实现。通过蜂窝结构实现轻量 化✁同时，保证了结构强度。 比亚迪CTB比亚迪CTB结构专利 电池包 CTB：电芯-车身包体 M电池包 口专利公开号：CN110165114A： 电池设计口包体可以一体成型在电动车上，包体可以为单独生产✁用于容纳并安 电池上盖一部分是座舱地板，还有部分电池包结构 装单体电池（100）✁车用托盘。 技术特点 性能参数优势 口动力电池系统体积利用率66%口简化了车身结构和生产工艺， 口正碰结构安全提升50%，侧碰撞安全提升45%口电池系统方面：电池侧壁类似蜂窝结构✁强度原理，结合刀片电池 整车扭转刚度提升一倍，突破40000+N.m/°能通过50吨压力测试 -垂直空间增加10mm，超低质心/惯性，50:50黄金轴荷口保留底部横梁，横向✁结构强度由电池侧壁和横梁提供 比口刀片电池与上盖板和底板组成蜂窝结构，实现轻量化与结构强度提 口高电压充电，15分钟300km高。 9 CNTARE 中汽中心信息科技 感谢观看2022