蜂巢结构原理与应用,蜂巢结构在建筑上的应用

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-10-28 08:21:44

比亚迪,“刀片电池”无模组方案

比亚迪的另一种 CTP 方案通过简化电池模组来组成动力电池包。首先将单体电芯串联安置 在简化的电池模组中,电池模组结构包括冷却液通道且长度跟电池包相对应。然后将简单 模组放置在动力电池包中。比亚迪发明刀片电芯用于其 CTP 方案,与传统方形电芯相比, 明显变长变薄,这些刀片电芯通过阵列的方式排布在一起,就像“刀片”一样插入到电池 包里。刀片电芯相对散热面积大,随着厚度的减小,工作时电芯和 pack 温度的增量会随之 降低,对电池的散热性能显著改善。

蜂巢能源,叠片技术

蜂巢采用的 CTP 方案将电芯堆叠安装到电池包中,通过增加热隔离隔板形成不同的电芯槽 来替代形成模组的方案。同时考虑到电池中热失控和起火问题,对电池包的散热进行了改 进,使得每个电芯的安装槽都有透气阀,并且增加散热通道。叠片电池在空间利用率上高 于卷绕电池,从而电芯能量密度更高,叠片电池的极耳数较卷绕电池的多近一倍,其电池 内阻就会减小,进而电池产热小,电池寿命更长。

零跑,大模组方案

零跑汽车目前为止共推出了 3 个电池平台,分别支撑了已发布的 3 款车,分别是:S 平台、 T平台和 C 平台。就 S 平台来说,零跑参考了特斯拉 Model S 的技术,选用成熟的圆柱 18650 和 21700 电芯,横向布置 二层模组。就 T 平台来说,采用了一体贯穿式大模组方案,空 间利用率达到 83%,T03 这个大模组的方案近似于 CTP,是目前不少车型较为喜欢的思路。 对于 C 平台,零跑采用的仍然是大模组技术,称之为高集成一体化大模组。

与传统的 MTP 技术相比,CTP 方案综合成本降低,能量密度提升,但仍有安全性能和技术 研发上的瓶颈。为了突破瓶颈,进一步降本增效,国内外电池厂和整车厂在 CTC 上的布局 也呈现百花齐放的态势。(报告来源:未来智库)

CTC 的公司进展和专利布局

特斯拉,4680 CTC

2020 年 9 月“特斯拉电池日”率先发布 4680 电池,在 2021 Giga Fest 上,特斯拉展示了其 将用于 4680 电池的 CTC 技术,4680 等于车身横向布置,2170 的模组是车身纵向布置。 2022 年 2 月,特斯拉宣布完成百万个 4680 电芯,顺利实现量产。在 4680 CTC 技术下, 特斯拉直接取消座舱地板,以电池上盖作为替代,座椅直接安装在电池上盖上。

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Volvo

在第三代电池系统集成技术中,Volvo 将采用 CTC 的技术路线。总的方法是进一步去除掉 模组层级不必要的结构,将电芯直接集成到箱体上,利用电芯本体的壳体来充当结构件功 能,电芯体与上、下壳体形成一个三明治结构,上盖会做为乘员舱的地板(这点与特斯拉 的方案类似)。Volvo 是继特斯拉之后,第一家正式发布乘用车 CTC 方案的整车企业,CTP 和 CTC 的技术在加速推进。

零跑

零跑 C01 在今年 5 月 10 日首发并开启预售,预计 8月上市。C01 将领先特斯拉成为首款搭 载 CTC 电池技术的量产车型,CTC 技术有望赋予零跑 C01 更大的垂直空间、更轻的车身重 量、更强的操控性能、更远的续航里程和更高的碰撞安全。零跑和比亚迪一样,是国内仅有 的可以实现大部分零部件自主研发,打通产业链的品牌,因此零跑一旦成功,将在成本控制 方面取得显著优势。 零跑的 CTC 技术还有高适、强扩展特性,与整车匹配度高,可快速柔性化量产,未来能够 适配各级别车型;同时,智能化、集成化热管理系统,未来能够兼容 800V 高压平台,提升 充电体验。

比亚迪

5 月 20 日,比亚迪发布了 CTB 电池车身一体化技术,同时宣布首款搭载了 CTB 技术的 e 平台 3.0 车型——海豹开启预售,预售价格为 21.28-28.98 万元。 比亚迪将电池车身一体化技术称为 CTB,将电池上盖与车身地板进一步合二为一,从原来 电池包“三明治”结构,进化成整车的“三明治”结构,动力电池系统既是能量体,也是 结构件。这种融合简化了车身结构和生产工艺,是对传统车身设计的一次颠覆性变革。电 池系统方面,电池侧壁类似蜂窝结构的强度原理,结合刀片电池,能通过 50 吨压力测试; 空间方面,车身地板与电池上盖集成,体积利用率提升至 66%,垂直空间增加 10mm。

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福特

在福特的设计构想中,在车身左右框架中设置多根横梁,由这些横梁对整个结构进行分割, 在里面容纳电池,这个分割出来的空间下面有底板进行支撑。

LG

在 2021 年 2 月 17 日首次公开了一份 CTC 专利,这一 CTC 方案选择的是模组到车底盘的 集成(Module to Chassis)。LG 的考量初衷是进一步去掉冗余结构件,提高模组的空间利 用率和系统比能,同时简化电池系统和整车的工艺。

电池包零件发展方向:一体化、集成化

Busbar 成为 CCS 的零件

在 CTC 技术之前,需要通过 busbar(母线)完成电池组的串并联,为了实时采集电芯电压 、 电芯温度和 busbar 温度,需要在电芯或 busbar 表面布置温度传感器和电压采样线束。当 电池集成技术发展到 CTC 阶段,温度传感器和电压采样线组成一个系统,被称为 CCS,此 时 busbar 变成电芯采样板 CCS 一部分,不再像以往一样暴露在电芯表面,采样线束板 CCS 的两侧也附上胶膜固定在 BMS 控制板上。

FPC 成为 CCS 的零件

在 MTP 电池包里,FPC(柔性电路板)替代铜线线束作为单独的零件对电池电压进行监测。 随着 CTP 技术渐成主流,FPC 不再做单独的零件,而是与铜铝排和线束板结构件集成在 CCS 里,成为 CCS 的一部分。FPC 及 CCS 的单车用量与电池模组设计相关,每一个电池 模组配套一套 CCS,每套 CCS 配套 1-2 条 FPC。目前许多 FPC 厂商进一步向下游 CCS 产品布局,通过 FPC 向 CCS 的拓展提升单车价值和盈利空间。参考相关企业招股说明书 所披露信息进行计算,FPC 的产品单价在 60 元左右,按照主流电动车配置的 7-12 个电池 模组用量,则动力电池带来的 FPC 的单车价值量为 420-720 元左右。由于每套 CCS 配置 1-2 条 FPC,并且包含塑胶结构件、铜铝排等结构,判断 CCS 的单车价值是 FPC 的 2-3 倍,则 CCS 的单车价值预计为 840-2160 元。

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电池包空间布置变化:一体式电池包与滑板底盘相辅相成

早期的电动汽车采用分体式电池包,两个电池包分别存放在原来油箱的位置和后尾箱用来 方备胎的位置。为了充分挖掘车内空间以装载更多电池,油改电的电池包箱体开始设计成 工字型、T字型和土字型。 当电池采用 CTC 集成技术,动力电池和底盘的集成成为新的发展方向,一体式电池包与滑 板底盘的结合实现了 1 1>2 的效果。将电池包进行模块化设计,平铺在车辆的地盘上,CTC 电池包变得规整,从而更大限度利用车内空间。

电池包技术从 MTP 发展到 CTC,零件的外形、材质、组合形式等都伴随电池集成技术的进 步发生了改变,整体的方向是一体化、集成化。独立的零件变少,几个零件统一集成到一 个零件中去,形成尺寸更大、功能多元的大零件。零件方面的变化带来供应商的改变,市 场格局也将被重塑。

随着未来 CTP 或者 CTC 的普及,系统的集成度越来越高,将会加大胶的用量,CTP 预计 用量水平翻倍。pack 里面常见的胶分三种:导热胶,结构胶,密封胶。用量最大的是结构 胶,凝固之后能够提供一定强度,作为结构支撑;导热胶用来传导电芯或模组之间的发热, 与水冷系统接触;密封胶水在接口密封,价值量含量最低。涂胶的难点是电池制造环境, 核心是涂胶路径和工艺参数的设计。一般导热胶优先涂在底部,结构胶涂抹根据设计来定。 伴随电池包结构的变化,水冷系统也随之发生变化,一是水冷板从之前的单一结构变成集 成化结构,比如沃尔沃 CTC 技术路线中,冷却技术上采用的是底部一体式水冷板技术。二 是电池之间增加云母板或隔热垫,在整个热管理系统中发挥其绝缘性强、耐高温的作用, 比如特斯拉的 4680 CTC 技术中,箱体底部就运用了云母板方案。

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