CTP电池包设计关注

引

言

作者祁鹏飞，微qipengfei-yp

本为下篇，重探讨CTP电池包设计关注

1、电芯膨胀

2、整包刚度

3、底部碰撞安全

4、保温

5、热扩散防护

01

 CTP电池包设计关注

1、电芯膨胀

CTP电池包通过如下方式解决电芯膨胀问题

1）电芯之间预留膨胀空间，端板变形可以吸收端部电芯膨胀；

2）模组上方通过钢绑带约束电芯膨胀；

3）模组下方通过电芯底部和液冷板涂胶粘接力约束电芯膨胀；

4）模组固定结构对约束电芯膨胀亦有贡献。

因为CTP模组上方的钢绑带相对传统模组的框架刚度差，且CTP模组长度大，所以CTP模组在EOL时长度增加多。因此对于CTP模组更需要关注膨胀对结构的影响

1）模组内部结构不被破坏，例如FPC采集设置缓冲结构、母排中间设置更大的缓冲槽；

2）模组与下箱体连接处不被破坏，例如底部胶黏剪切强度、螺纹连接处受弯矩；

3）模组与箱体内其他零部件间隙足够，从而避免磨损。CN201920615109.4，《电池模组及电池包》和CN201921326899.0，《电池模组》中展示了一种FPC缓冲结构和母排缓冲槽结构。需要注意的是FPC缓冲结构具有方向性，左右应为对称结构。

模组FPC和母排缓冲结构

2、整包刚度

CTP电池包重量成组效率很高，但整包刚度却相对要差，各种工况下电芯的惯性力一部分通过底部胶黏传递至液冷板、横梁，再传递至整包挂载，另一部分经过端板传递至整包挂载。一定循环次数后，钢绑带对电芯的束缚力增大，刚度也会有所改善。但另一方面胶黏粘接力作为克服膨胀的反力，在冲工况下，水平方向冲惯性力与膨胀反力叠加增加了开胶的风险。

3、底部碰撞安全

底部碰撞安全包括底部电芯挤压安全和底部箱体气密安全。

1）底部电芯挤压安全与MEB相比，CTP模组尺寸大，横梁和纵梁对液冷板和底护板的支撑间距大，电池包底底护板刚度差；另一方面绑带模组刚度差，某些工况下障碍物可以将底护板、液冷板和电芯顶高，电芯能够向上移动可以减小其变形量，这个是MEB采用590模组所不具备的优势。

2）底部气密安全底部气密安全需要要考虑底护板和液冷板在撞时开裂，更重要的是液冷板和底护板固定标准件位置受撞后的密封失效。固定液冷板的FDS和固定底护板的拉铆螺母受到碰撞更容易使得箱体外密封失效。另外，底部密封安全还有另一个难是气密失效后难以探测。

液冷板、底护板与边框的连接与密封

4、保温

模组散热路径

1）模组表面与周围空气热交换，再与箱体热交换。

2）电芯与模组端板热交换，再与液冷板和箱体热交换。CN201921200931.0，《电池模组端板、电池模组及电池包》中介绍在端板和下箱体之间设置隔热层，

CN201920240330.6，《一种电池模组》中介绍在电芯和端板之间以及端板与下箱体之间设置隔热层。

相对于传统模组，CTP模组没有侧板，通过端板散热相对较少。

端板底部设置隔热层

端板底部和内侧设置隔热层

3）模组底部和液冷板热交换，再通过空气纵向传导至底护板，或通过液冷板横向传导至箱体。

CN201822267862.7，《电池箱》中介绍底护板和液冷板之间密封。空气层可以作为隔热介质，空气导热系数极低，隔热效果好；

底护板和液冷板之间密闭腔作为隔热层

CN201822246290.4，《电池箱》中介绍在液冷板和边框之间设置隔热层，从而阻断液冷板和箱体之间传热路径，即上述2）和3）的部分传热路径被阻断。但实际上这个方案较难实施，且密封失效风险更大。

液冷板与边框之间设置隔热层

CN201822266635.2，《电池箱》中介绍了一种减少液冷板和边框热交换的一种箱体结构。

通过减小液冷板与边框之间接触面积减小散热

02

热扩散防护

5、热扩散防护

和小模组相比较，大尺寸双排模组对热扩散的抑制更难。通过三个维度的隔离抑制热扩散

1）模组内部 

CN201920794199.8，《电池箱》中提到的双排模组在电芯侧面和大面均做热隔离。但隔热垫的结构还需结合零件可制造性、模组装配工艺等结构优化设计；

相邻电芯大面和侧面设置隔热层

2）模组之间 

通过模组间间隙以及箱体横纵梁隔离；

3）模组与上盖之间

《拆解宁德时代811动力电池包 解析内部结构和细节》中提到在模组和上盖之间设置云母板，避免上盖被烧穿。

模组与上盖之间设置云母片隔热

需要注意的是，本对CTP电池包基本设计思路进行探讨，中所列大部分解决方案有实际应用，但专利所展示的结构并非最优。更具体的息等方便的时候再和大家讨论。

三、参考资料 

11）CN201820465105.8，《电池箱体以及电池箱》 

12）CN201721867377.2，《电池包》

13）CN201822266524.1，《电池箱》

14）CN201822267862.7《电池箱》 

15）CN201920615109.4，《电池模组及电池包》 

16）CN201921326899.0，《电池模组》 

17）CN201921200931.0，《电池模组端板、电池模组及电池包》 

18）CN201920240330.6，《一种电池模组》 

19）CN201822246290.4，《电池箱》 

20）CN201822266635.2，《电池箱》

21）CN201920794199.8，《电池箱》

22）《拆解宁德时代811动力电池包 解析内部结构和细节》

小结最后有一个开放的话题。CTP电池包在轻量化、降本等方面有一定优势，但在整体刚度、可维修性等方面却并不完美。大家对CTP方案的优缺以及后续发展前景有何法？