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CTC集成技能在电动汽车电池安插中的运用

CTC集成技能在电动汽车电池安插中的运用

  • 2022-04-30
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哪一种方案更为合理 ,可行性高 ,危害相对于较低?

传统的电池包集成体式格局是由电芯构成模组,再由模组组成电池包,末了将电池包安装到车身地板上 。今朝新的研究标的目的是用意将电芯直接集成到车身上 ,此项技能可以或许最年夜水平的晋升空间哄骗率,也就是说能在不异的空间内安插更多的电池,从而晋升电池电量 ,到达增长续航里程的目的 。

1 项目概况

本文重要经由过程对于比市场主流企业的技能成长方案,阐发每一种技能线路的长处以及错误谬误,同时阐发了电池集成的成长趋向 ,在综合评估了供给商提供的技能前提后,终极决议接纳CTC的电池集成方案继承开展阐发事情。并对于电池详细安插方案 、整车重量 、续驶里程影响、电池密封、电池装置工艺等开展具体的阐发,从技能可行性的角度举行横向对于比 ,并终极决议计划实行方案

2 典型电池集成方案对于比阐发

对于电池集成的趋向可以从电池模组变化的趋向来阐发。对于于整车厂以及电池供给商来讲都但愿在有限的空间内装载更多的电芯,并经由过程模块化 、范围化实现成本的降低,是以呈现了从小模组、中模组、年夜模组到超长模组的进化历程 。可以看出蜕变的历程是从小模组到年夜模组甚至无模组的趋向。这类情势虽然晋升了电池内部的空间哄骗率 ,但增长的电池电量是有限的 ,是以思量增长车辆以及电池集成的最年夜空间哄骗率,才气进一步到达增长电量的目的。

2.1 传统电池集成方案

传统电池包情势是由电芯构成模组再构成电池包,从下部与车身地板组装 。电池上盖的高度与地板面位置不异可取代一部门地板布局。

长处:a.电池包由多个模组构成 ,每一个模组都有零丁壳体掩护以及节制单位,便于电池的节制以及热治理 ;b.可以零丁改换电池模组,维修成本以及便当性高。

错误谬误:a.因为模组间的壳体以及安全间隙 ,总体的重量较高,空间哄骗率较低 ;b.每一个模组都配置了零丁的节制单位,致使成真相对于较高 。

2.2 CTP(Cell to Pack)电池集成方案

电池集成方案勾销模组布局 ,由电芯直接构成电池包,电池包集成到车身地板上作为整车布局件的一部门。海内称之为CTP(如图1所示)。

长处:a.削减了模组之间的安插间隙,增长了电芯的数目;b.削减了模组布局 ,从而降低了总体电池包的重量 。

错误谬误:a.电池包需要作为布局件的一部门承载载荷;b.对于电池的布局设计提出了更高的要求。

2.3 CTC(Cell to Chassis)电池集成方案

CTC电池集成方案是直接将电芯集成在地板框架内部,将地板上下板作为电池壳体。它是CTP方案的进一步集成,彻底使用地板的上下板取代电池壳体以及盖板 ,与车身地板以及底盘一体化设计 ,从底子上转变了电池的安装情势 。在此以前,电芯只起到一个作用,即能量存储以及开释的单位 ,此刻电芯将增长一个功效,作为整车布局件的一部门 。

长处:a.极年夜地提高空间哄骗率,可以使续航增长15%-25% ;b.勾销了电池包的布局件 ,降低了重量;c.可以实现高度集成以及模块化。

错误谬误:a.电芯需要作为布局件的一部门承载载荷,需要思量怎样将电芯与上下布局件固定起来,以应答最为苛刻的剪切力;b.对于工艺提出更高的要求 ,假如制造呈现分歧格,就会致使整个电池报废,可维修性低。

上述电池集成方案对于好比下:

经由过程上表对于比可知 ,CTC方案的空间哄骗率最高,对于于电池电量的晋升有显著的效果,同时需要思量怎样实现密封以及电池承载载荷 。可是CTC照旧一个在现有电池自己技能稳定的前提下 ,最有用晋升电量的方案。

3 CTC电池集成技能先容

为了实现更高的电量 ,电池的集成趋向已经经由小模组成长为年夜模组 、超长模组,甚至无模组方案,这类体式格局已经经在必然水平上晋升了空间哄骗率 ,增长了电量。可是为了寻求更苛刻的需求,福特提出布局化电池的观点,让电池自己成为车身的一部门(近似现代平易近航飞机将整个机翼作为油箱的思绪) ,也就是CelltoChassis简称CTC,也称为电池车身一体化观点 。

4 CTC电池集成要点阐发

以承载式车身为例,CTC集成方案需要重点解决电池与车身的安装方案 ,电池的防水密封方案,电芯的封装方案,电池冷却方案 ,和怎样解决电芯作为布局件承载载荷的问题。末了还要思量电池的可维修性。本文重要从如下几个方面举行可行性的阐发 。

4.1 电池与车身的集成与密封

电池与车身的集成重要的难点在于:

(1)需要包管电池自己的密封机能,安全性 ;

(2)需要包管电池与车身集成后,成员舱的密封机能。为相识决这个问题 ,重要的解决方案有如下两种:

方案一:如图2 ,地板面板与电池包上壳体合二为一,集成于电池,相称于电池上壳体替换了中地板的一部门布局。电池上盖与门坎及先后横梁形成的平整密封面经由过程密封胶密封乘员舱 ,底部经由过程安装点与车身组装(如图3) 。此种方案长处在于电池包作为一个总体与车身集成,电池自己的密封及防水要求可以满意,电池与成员舱的密封也相对于简朴 ,危害可控。

方案二:如图4,地板面板与电池包上壳体合二为一,集成于车身 ,相称于将电池包的布局分为上壳体以及电池本体两个部门。经由过程密封胶实现车身与电池本体的密封,底部经由过程安装点与车身组装(如图5) 。此种方案的危害在于:

拆散了电池包的布局,下车体框架密封电池 ,因为车身布局较多毗连接头、定位孔、漏液孔等影响,现IP67等级(沉水1m,半小时 ,无水气侵入)电池密封坚苦,IP69更难实现;下车体框架密封电池 ,严峻增长电池进水造成电芯短路动怒危害,安全隐患严峻 。

电池-车身匹配界面所有零件及总成均需举行100%气密性检测:a.需在总装车间开发检测线以及返修线,致使出产节奏年夜年夜降低 ,增长成本及工时。b.如呈现问题,漏气点排查坚苦,没法短期内返修完成 ,存在停线危害。c.没法返修将致使整台车身报废 。

综上所述,方案一更为合理,可行性高 ,危害相对于较低。

4.2 布局强度阐发

因为CTC方案中电芯要作为布局件承载载荷,对于标BYD的CTP与特斯拉布局化电池来看,胶仍旧是今朝最为适合电芯与箱体的毗连手腕。按照马斯克的说法 ,特斯拉将使用一种统筹布局胶+耐火阻燃胶的多功效胶,将电芯与上下布局件固定起来,这类胶固化后很是坚硬 ,足以应答最为苛刻的剪切力 。布局化电池较年夜的几率会继承3&Y的灌封设计 ,如许整个电芯与箱体粘为一体,形成一个强度以及刚度都很是年夜的布局体。

4.3 电池冷却阐发

今朝年夜大都电动车的冷却都是接纳液冷的体式格局,冷却液经由过程在电芯间的管路将单个电池模块的热量带走。CTC方案因为电芯直接构成电池包 ,电池包内的空间险些全数被盘踞,留给安插冷却体系的空间很是有限,是以在必然水平上增长了电池冷却体系的安插难度 。今朝比亚迪以及特斯拉针对于这类环境给出的解决方案是接纳水冷板 ,冷却电芯的侧面,特斯拉还为此申请了专利,按照特斯拉的描写 ,该体系可以或许帮忙消弭电池组在使用历程中孕育发生的热量。别的,除了了使用冷凝板以外,当电池的某个区域发朝气械妨碍的时辰 ,可以主动断路,如许就防止了一个电芯呈现妨碍,致使其他电芯毁坏的环境。从而对于整个电池包形成有用的掩护 ,降低电池的安全隐患 。

经由过程上述的技能方案对于标 ,如图6,7,咱们接纳了冷却板的方案对于电池体系举行冷却 ,此中冷却板也同时负担了电池的底板布局,热熔胶与电芯粘接。

冷却板由铝制基板以及铝制冲压板(有水道布局)组合而成。此中边沿的主水道以及四组分支水道构成,经由过程水泵以及节制器驱动冷却液流动来对于电池举行智能化管控 。

4.4 电池维修性阐发

CTC技能的目的是高度集成化以及模块化 ,简化总装工艺以及降低成本,同时也是一种摒弃换电的技能,寻求的是苹果的一体化设计 ,在这类思惟的引导下维修便当性确凿是一个挑战 。对于于电池自己来讲是由电芯直接组装成电池包,并且电芯经由过程胶的封装形成一个高强度的总体,同时又被多层的防护质料包裹 ,是以对于于单个电芯是没法举行维修以及改换的,假如呈现问题,只能总体改换电池包。对于于电池包与车身的安装来讲 ,假如需要维修或者改换电池包 ,需要拆除了座椅横梁,去失密封胶,维修相对于繁杂 ,对于于维修的便当性问题还需要进一步研究。

5 CTC电池集成技能方案总结

颠末上述阐发,总结CTC技能要点:

5.1 电池与车身集成

方案总结:为了包管电池本体的密封 、机能、安全,接纳可以或许包管电池完备性的CTC方案 ,即车身中地板的布局集成到电池上盖,然后电池作为总体与车身集成 。这类方案可以或许有用包管电池的完备性,对于电池本体的机能影响最小。

技能难点:需要车身地板先后横梁与门坎梁构成平整的密封面 ,电池经由过程密封胶实现成员仓的密封;需要电池的上盖板设计为平整的外貌,从而实现与车身有用的密封。

5.2 电池需要蒙受载荷

方案总结:电芯经由过程高机能的热熔胶形成结实的总体,可以或许作为布局件蒙受必然的载荷 。

技能难点:因为电芯自己没法蒙受载荷 ,只能经由过程高机能的热熔胶冷却后形成的结实总体布局受力,这对于胶的机能提出了很是高的要求。

5.3 电池冷却

方案总结:经由过程冷却板对于电池侧面举行冷却。

技能难点:安插空间有限,冷却效果有待验证 。

5.4 维修便当性

方案总结:因为电池包与车身集成度高 ,且有密封胶 ,以是维修便当性低,需要寻觅有用的维修可行性方案。

技能难点:需要经由过程技能手腕降低维修需求,并思量怎样举行模块化维修方案。

5.5 研究结论与瞻望

CTC方案是今朝纯电动车电池与整车集成的成长趋向 ,按照今朝乘用车的主流车体态式,重要阐发了承载式车身接纳CTC方案的可行性 。颠末对于电池包与车身的集成方案,密封方案 ,布局强度,冷却方案,维修便当性的阐发 ,确认了接纳电池包自身先集成,以后电池上壳体与车身中地板合二独一,并与车身一体化集成 ,接纳高机能的热熔胶对于电芯举行封装加固,来实现与车身配合承载受力。同时对于于成员仓的密封以及电池体系的冷却方案也举行了钻研,并开端确认了可行的方案。对于于CTC可行性的预研已经完成并到达了预期的目的 ,为后续项目的实行奠基了根蒂根基 。

但愿经由过程本文研究 ,可以或许为电动车电池与整车的集成体式格局提供切实可行的解决方案,同时也但愿CTC技能可以或许及早在量产车上获得运用,真正实现电池与车身的高度集成 。

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