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从专利看宁德时代与比亚迪CTP技术

2019-12-04 浏览次数:1,995 次 高工锂电网

在新能源汽车中,电池包提供动力源,其能量密度、安全性、使用寿命等直接影响整车的使用成本和安全性。

通常而言,电池包分为电池模组和电池箱体两部分,其中电池模组置于电池箱体。因此要提高新能源汽车续航里程,需要电池包轻量化。

一般思路是在电池模组或箱体上进行减重设计,但受限于电池包功能和机械强度要求,会遇到一些技术瓶颈。

因此如何实现电池包轻量化,又能满足其连接强度等要求,成为研究重点。

据高工锂电了解,有特斯拉、宁德时代、比亚迪、蜂巢能源等公司先后开发CTP技术,提升电池包性能。其中典型代表有宁德时代和比亚迪。

2019年,宁德时代率先采用全新CTP技术的无模组电池包。表示在成本上,CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,投入应用后将大幅降低动力电池的制造成本。

比亚迪规划到2020年,其磷酸铁锂单体能量密度将达到180Wh/kg以上,系统能量密度也将提高到160Wh/kg以上。这很可能采用CTP集成技术,通过提高电池包空间利用率及系统能量密度来实现。

由此可见CTP技术能让电池生产更简单高效,成本更低。缘由是CTP技术省去电池模组过程,直接由电芯集成电池包,能大量减少使用冗余部件。

不过就目前CTP技术而言,并不是完全没有模组,而是使用大模组或不用模组等形式。

有业内人士告知,CTP技术虽然有利于降低电池包价格,但要真正的完全没有模组,实现所有电池在内部进行串并联。

这一点就当前锂电技术而言,风险还比较高。现在较好的办法,依然是提高单体电池的能量密度。

关于CTP技术,高工锂电查阅到宁德时代和比亚迪申请的电池包专利,从中可看出CTP技术设计电池包的思路及差异。

宁德时代:套筒式连接电池包

如图1至图4所示,每个电池模组11均包括框架111和容置于框架111内的多个电池单体112,相邻的框架111之间固定设置有上述套筒12,该套筒12具有用于穿设固定件的通道124,固定件穿过上述通道124,组装成电池包1,随后在安装梁13作用下,固定于整车内。

值得一提的是,宁德时代申请的电池包专利取消了现有技术中的电池箱体。直接将电池模组通过固定件穿过套筒或者利用安装梁直接装在整车内。

在实现电池包轻量化的同时,也提高了电池包在整车的连接强度。

其优势主要有两点:第一,CTP电池包因为没有标准模组限制,可以用在不同车型上,使用广泛。第二,减少内部结构组建,CTP电池包能提高体积利用率,系统能量密度也间接提升。其散热效果要高于目前小模组电池包。

不过电池包的质量跟单体电池的一致性密切相关。

以往的小模组电池包,如果有电芯坏掉,直接更换那颗电池所在的模组就行。现在CTP电池包里面,一旦有单体电池损坏,维修成本会比一般电池包还高。

图1

图2

图3

图4

比亚迪:阵列式组装电池包

比亚迪申请的电池包专利,认为现有主要问题是两个。

第一,单体电池体积之和与电池包体积比值过低,能量密度无法满足用户对电动车的续航能力需求。

第二,电池先组装成电池模组,再安装在电池包内,易导致不良率高。而且多次安装,电池包出现松动和安装不牢靠的可能性大,进而品质、稳定性、可靠性会有所降低。

该专利大致是要求多个单体电池体积之和V1与电池包的体积V2满足:V1/V2≥55%。可装载的电池单体长度涵盖600-2500mm。

具体设计上,单体电池(100)的长度方向沿电池包(10)长度布置。多个单体电池沿电池包的宽度方向排列形成电池阵列。这样电池包内长度方向布置至少有两排电池阵列。

然后在电池包宽度方向设置横梁(600)划分电池模组,位于两排电池阵列之间。电池包长度方向设置端粱(203),为邻近其单体电池提供向内压紧力,同时设置侧梁(201)支撑。组装成大电池包后,再按照图5-图11方式,装到电动车内。

该专利能在不扩大空间的情况下,设计出一种大单体电池, 合理有效地在电池包内安装更多,优化空间利用率。这有助于提高电池包能量密度,续航能力,可靠性,品质以及降低成本。

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

综合上述宁德时代和比亚迪的这两篇专利看,相同点是都利于电池包轻量化,提高体积利用率和连接强度等。差异点是宁德时代注重电池模组拆卸的方便性,比亚迪更关心单体电池如何更多装载,空间利用率等问题。

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