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從專利看寧德時代與比亞迪CTP技術

鉅大LARGE  |  點擊量:664次  |  2019年12月11日  

摘要
從專利看寧德時代與比亞迪CTP技術,CTP技術雖然有利于提升電池包性能,但要完全沒有模組,就當前動力電池水平而言,依然存在些許風險。(來源:微信公眾號“高工鋰電技術與應用”ID:weixin-gg-lbte作者:左偉峰)在新能源汽車中,電池包提供動力源,

CTP技術雖然有利于提升電池包性能,但要完全沒有模組,就當前動力電池水平而言,依然存在些許風險。


(來源:微信公眾號“高工鋰電技術與應用” ID:weixin-gg-lbte 作者:左偉峰)


在新能源汽車中,電池包提供動力源,其能量密度、安全性、使用壽命等直接影響整車的使用成本和安全性。


通常而言,電池包分為電池模組和電池箱體兩部分,其中電池模組置于電池箱體。因此要提高新能源汽車續航里程,需要電池包輕量化。


一般思路是在電池模組或箱體上進行減重設計,但受限于電池包功能和機械強度要求,會遇到一些技術瓶頸。


因此如何實現電池包輕量化,又能滿足其連接強度等要求,成為研究重點。


據了解,有特斯拉、寧德時代、比亞迪、蜂巢能源等公司先后開發CTP技術,提升電池包性能。其中典型代表有寧德時代和比亞迪。


2019年,寧德時代率先采用全新CTP技術的無模組電池包。表示在成本上,CTP電池包體積利用率提高了15%-20%,零部件數量減少40%,生產效率提升了50%,投入應用后將大幅降低動力電池的制造成本。


比亞迪規劃到2020年,其磷酸鐵鋰單體能量密度將達到180Wh/kg以上,系統能量密度也將提高到160Wh/kg以上。這很可能采用CTP集成技術,通過提高電池包空間利用率及系統能量密度來實現。


由此可見CTP技術能讓電池生產更簡單高效,成本更低。緣由是CTP技術省去電池模組過程,直接由電芯集成電池包,能大量減少使用冗余部件。


不過就目前CTP技術而言,并不是完全沒有模組,而是使用大模組或不用模組等形式。


有業內人士告知,CTP技術雖然有利于降低電池包價格,但要真正的完全沒有模組,實現所有電池在內部進行串并聯。


這一點就當前鋰電技術而言,風險還比較高?,F在較好的辦法,依然是提高單體電池的能量密度。


關于CTP技術,高工鋰電查閱到寧德時代和比亞迪申請的電池包專利,從中可看出CTP技術設計電池包的思路及差異。


寧德時代:套筒式連接電池包


如圖1至圖4所示,每個電池模組11均包括框架111和容置于框架111內的多個電池單體112,相鄰的框架111之間固定設置有上述套筒12,該套筒12具有用于穿設固定件的通道124,固定件穿過上述通道124,組裝成電池包1,隨后在安裝梁13作用下,固定于整車內。


值得一提的是,寧德時代申請的電池包專利取消了現有技術中的電池箱體。直接將電池模組通過固定件穿過套筒或者利用安裝梁直接裝在整車內。


在實現電池包輕量化的同時,也提高了電池包在整車的連接強度。


其優勢主要有兩點:第一,CTP電池包因為沒有標準模組限制,可以用在不同車型上,使用廣泛。第二,減少內部結構組建,CTP電池包能提高體積利用率,系統能量密度也間接提升。其散熱效果要高于目前小模組電池包。


不過電池包的質量跟單體電池的一致性密切相關。


以往的小模組電池包,如果有電芯壞掉,直接更換那顆電池所在的模組就行?,F在CTP電池包里面,一旦有單體電池損壞,維修成本會比一般電池包還高。


圖1


圖2


圖3


圖4


比亞迪:陣列式組裝電池包


比亞迪申請的電池包專利,認為現有主要問題是兩個。


第一,單體電池體積之和與電池包體積比值過低,能量密度無法滿足用戶對電動車的續航能力需求。


第二,電池先組裝成電池模組,再安裝在電池包內,易導致不良率高。而且多次安裝,電池包出現松動和安裝不牢靠的可能性大,進而品質、穩定性、可靠性會有所降低。


該專利大致是要求多個單體電池體積之和V1與電池包的體積V2滿足:V1/V2≥55%??裳b載的電池單體長度涵蓋600-2500mm。


具體設計上,單體電池(100)的長度方向沿電池包(10)長度布置。多個單體電池沿電池包的寬度方向排列形成電池陣列。這樣電池包內長度方向布置至少有兩排電池陣列。


然后在電池包寬度方向設置橫梁(600)劃分電池模組,位于兩排電池陣列之間。電池包長度方向設置端粱(203),為鄰近其單體電池提供向內壓緊力,同時設置側梁(201)支撐。組裝成大電池包后,再按照圖5-圖11方式,裝到電動車內。


該專利能在不擴大空間的情況下,設計出一種大單體電池, 合理有效地在電池包內安裝更多,優化空間利用率。這有助于提高電池包能量密度,續航能力,可靠性,品質以及降低成本。


圖5


圖6


圖7


圖8


圖9


圖10


圖11


綜合上述寧德時代和比亞迪的這兩篇專利看,相同點是都利于電池包輕量化,提高體積利用率和連接強度等。差異點是寧德時代注重電池模組拆卸的方便性,比亞迪更關心單體電池如何更多裝載,空間利用率等問題。




原標題:從專利看寧德時代與比亞迪CTP技術


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