哪種方案更為合理，可行性高，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低？

傳統(tǒng)的電池包集成方式是由電芯組成模組，再由模組構(gòu)成電池包，最后將電池包安裝到車身地板上。目前新的研究方向是意圖將電芯直接集成到車身上，此項(xiàng)技術(shù)能夠最大程度的提升空間利用率，也就是說(shuō)能在相同的空間內(nèi)布置更多的電池，從而提升電池電量，達(dá)到增加續(xù)航里程的目的。

1 項(xiàng)目概況

本文主要通過(guò)對(duì)比市場(chǎng)主流企業(yè)的技術(shù)發(fā)展方案，分析每種技術(shù)路線的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，同時(shí)分析了電池集成的發(fā)展趨勢(shì)，在綜合評(píng)估了供應(yīng)商提供的技術(shù)條件后，最終決定采用CTC的電池集成方案繼續(xù)開(kāi)展分析工作。并對(duì)電池具體布置方案、整車重量、續(xù)駛里程影響、電池密封、電池裝配工藝等開(kāi)展詳細(xì)的分析，從技術(shù)可行性的角度進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，并最終決策實(shí)施方案

2 典型電池集成方案對(duì)比分析

對(duì)電池集成的趨勢(shì)可以從電池模組變化的趨勢(shì)來(lái)分析。對(duì)于整車廠和電池供應(yīng)商來(lái)說(shuō)都希望在有限的空間內(nèi)裝載更多的電芯，并通過(guò)模塊化、規(guī)?；瘜?shí)現(xiàn)成本的降低，因此出現(xiàn)了從小模組、中模組、大模組到超長(zhǎng)模組的進(jìn)化過(guò)程。可以看出演變的過(guò)程是從小模組到大模組甚至無(wú)模組的趨勢(shì)。這種形式雖然提升了電池內(nèi)部的空間利用率，但增加的電池電量是有限的，因此考慮增加車輛和電池集成的最大空間利用率，才能進(jìn)一步達(dá)到增加電量的目的。

2.1 傳統(tǒng)電池集成方案

傳統(tǒng)電池包形式是由電芯組成模組再組成電池包，從下部與車身地板組裝。電池上蓋的高度與地板面位置相同可代替一部分地板結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)：a.電池包由多個(gè)模組組成，每個(gè)模組都有單獨(dú)殼體保護(hù)和控制單元，便于電池的控制和熱管理；b.可以單獨(dú)更換電池模組，維修成本和便利性高。

缺點(diǎn)：a.由于模組間的殼體和安全間隙，整體的重量較高，空間利用率較低；b.每個(gè)模組都配置了單獨(dú)的控制單元，導(dǎo)致成本相對(duì)較高。

2.2 CTP(Cell to Pack)電池集成方案

電池集成方案取消模組結(jié)構(gòu)，由電芯直接組成電池包，電池包集成到車身地板上作為整車結(jié)構(gòu)件的一部分。國(guó)內(nèi)稱之為CTP（如圖1所示）。

優(yōu)點(diǎn)：a.減少了模組之間的布置間隙，增加了電芯的數(shù)量；b.減少了模組結(jié)構(gòu)，從而降低了整體電池包的重量。

缺點(diǎn)：a.電池包需要作為結(jié)構(gòu)件的一部分承載載荷；b.對(duì)電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

2.3 CTC(Cell to Chassis)電池集成方案

CTC電池集成方案是直接將電芯集成在地板框架內(nèi)部，將地板上下板作為電池殼體。它是CTP方案的進(jìn)一步集成，完全使用地板的上下板代替電池殼體和蓋板，與車身地板和底盤(pán)一體化設(shè)計(jì)，從根本上改變了電池的安裝形式。在此之前，電芯只起到一個(gè)作用，即能量存儲(chǔ)和釋放的單元，現(xiàn)在電芯將增加一個(gè)功能，作為整車結(jié)構(gòu)件的一部分。

優(yōu)點(diǎn)：a.極大地提高空間利用率，可使續(xù)航增加15%-25%；b.取消了電池包的結(jié)構(gòu)件，降低了重量；c.可以實(shí)現(xiàn)高度集成和模塊化。

缺點(diǎn)：a.電芯需要作為結(jié)構(gòu)件的一部分承載載荷，需要考慮如何將電芯與上下結(jié)構(gòu)件固定起來(lái)，以應(yīng)對(duì)最為苛刻的剪切力；b.對(duì)工藝提出更高的要求，如果制造出現(xiàn)不合格，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池報(bào)廢，可維修性低。

上述電池集成方案對(duì)比如下：

通過(guò)上表對(duì)比可知，CTC方案的空間利用率最高，對(duì)于電池電量的提升有顯著的效果，同時(shí)需要考慮如何實(shí)現(xiàn)密封和電池承載載荷。但是CTC還是一個(gè)在現(xiàn)有電池本身技術(shù)不變的條件下，最有效提升電量的方案。

3 CTC電池集成技術(shù)介紹

為了實(shí)現(xiàn)更高的電量，電池的集成趨勢(shì)已經(jīng)由小模組發(fā)展為大模組、超長(zhǎng)模組，甚至無(wú)模組方案，這種方式已經(jīng)在一定程度上提升了空間利用率，增加了電量。但是為了追求更苛刻的需求，福特提出結(jié)構(gòu)化電池的概念，讓電池本身成為車身的一部分（類似現(xiàn)代民航飛機(jī)將整個(gè)機(jī)翼作為油箱的思路），也就是CelltoChassis簡(jiǎn)稱CTC，也稱為電池車身一體化概念。

4 CTC電池集成要點(diǎn)分析

以承載式車身為例，CTC集成方案需要重點(diǎn)解決電池與車身的安裝方案，電池的防水密封方案，電芯的封裝方案，電池冷卻方案，以及如何解決電芯作為結(jié)構(gòu)件承載載荷的問(wèn)題。最后還要考慮電池的可維修性。本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行可行性的分析。

4.1 電池與車身的集成與密封

電池與車身的集成主要的難點(diǎn)在于：

（1）需要保證電池本身的密封性能，安全性；

（2）需要保證電池與車身集成后，成員艙的密封性能。為了解決這個(gè)問(wèn)題，主要的解決方案有以下兩種：

方案一：如圖2，地板面板與電池包上殼體合二為一，集成于電池，相當(dāng)于電池上殼體替代了中地板的一部分結(jié)構(gòu)。電池上蓋與門(mén)檻及前后橫梁形成的平整密封面通過(guò)密封膠密封乘員艙，底部通過(guò)安裝點(diǎn)與車身組裝（如圖3）。此種方案優(yōu)點(diǎn)在于電池包作為一個(gè)整體與車身集成，電池本身的密封及防水要求可以滿足，電池與成員艙的密封也相對(duì)簡(jiǎn)單，風(fēng)險(xiǎn)可控。

方案二：如圖4，地板面板與電池包上殼體合二為一，集成于車身，相當(dāng)于將電池包的結(jié)構(gòu)分為上殼體和電池本體兩個(gè)部分。通過(guò)密封膠實(shí)現(xiàn)車身與電池本體的密封，底部通過(guò)安裝點(diǎn)與車身組裝（如圖5）。此種方案的風(fēng)險(xiǎn)在于：

拆散了電池包的結(jié)構(gòu)，下車體框架密封電池，由于車身結(jié)構(gòu)較多連接接頭、定位孔、漏液孔等影響，現(xiàn)IP67等級(jí)（沉水1m，半小時(shí)，無(wú)水氣侵入）電池密封困難,IP69更難實(shí)現(xiàn)；下車體框架密封電池，嚴(yán)重增加電池進(jìn)水造成電芯短路起火風(fēng)險(xiǎn)，安全隱患嚴(yán)重。

電池-車身匹配界面所有零件及總成均需進(jìn)行100%氣密性檢測(cè)：a.需在總裝車間開(kāi)發(fā)檢測(cè)線和返修線，導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍大大降低，增加成本及工時(shí)。b.如出現(xiàn)問(wèn)題，漏氣點(diǎn)排查困難，無(wú)法短時(shí)間內(nèi)返修完成，存在停線風(fēng)險(xiǎn)。c.無(wú)法返修將導(dǎo)致整臺(tái)車身報(bào)廢。

綜上所述，方案一更為合理，可行性高，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。

4.2 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

由于CTC方案中電芯要作為結(jié)構(gòu)件承載載荷，對(duì)標(biāo)BYD的CTP與特斯拉結(jié)構(gòu)化電池來(lái)看，膠仍然是目前最為合適電芯與箱體的連接手段。根據(jù)馬斯克的說(shuō)法，特斯拉將使用一種兼顧結(jié)構(gòu)膠+耐火阻燃膠的多功能膠，將電芯與上下結(jié)構(gòu)件固定起來(lái)，這種膠固化后非常堅(jiān)硬，足以應(yīng)對(duì)最為苛刻的剪切力。結(jié)構(gòu)化電池較大的概率會(huì)繼續(xù)3&Y的灌封設(shè)計(jì)，這樣整個(gè)電芯與箱體粘為一體，形成一個(gè)強(qiáng)度和剛度都非常大的結(jié)構(gòu)體。

4.3 電池冷卻分析

目前大多數(shù)電動(dòng)車的冷卻都是采用液冷的方式，冷卻液通過(guò)在電芯間的管路將單個(gè)電池模塊的熱量帶走。CTC方案由于電芯直接組成電池包，電池包內(nèi)的空間幾乎全部被占據(jù)，留給布置冷卻系統(tǒng)的空間非常有限，因此在一定程度上增加了電池冷卻系統(tǒng)的布置難度。目前比亞迪和特斯拉針對(duì)這種情況給出的解決方案是采用水冷板，冷卻電芯的側(cè)面，特斯拉還為此申請(qǐng)了專利，根據(jù)特斯拉的描述，該系統(tǒng)能夠幫助消除電池組在使用過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。另外，除了使用冷凝板之外，當(dāng)電池的某個(gè)區(qū)域發(fā)生機(jī)械故障的時(shí)候，可以自動(dòng)斷路，這樣就避免了一個(gè)電芯出現(xiàn)故障，導(dǎo)致其他電芯損壞的情況。從而對(duì)整個(gè)電池包形成有效的保護(hù)，降低電池的安全隱患。

通過(guò)上述的技術(shù)方案對(duì)標(biāo)，如圖6，7，我們采用了冷卻板的方案對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，其中冷卻板也同時(shí)承擔(dān)了電池的底板結(jié)構(gòu)，熱熔膠與電芯粘接。

冷卻板由鋁制基板和鋁制沖壓板（有水道結(jié)構(gòu)）組合而成。其中邊緣的主水道和四組分支水道組成，通過(guò)水泵和控制器驅(qū)動(dòng)冷卻液流動(dòng)來(lái)對(duì)電池進(jìn)行智能化管控。

4.4 電池維修性分析

CTC技術(shù)的目的是高度集成化和模塊化，簡(jiǎn)化總裝工藝和降低成本，同時(shí)也是一種摒棄換電的技術(shù)，追求的是蘋(píng)果的一體化設(shè)計(jì)，在這種思想的指導(dǎo)下維修便利性確實(shí)是一個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)于電池本身來(lái)說(shuō)是由電芯直接組裝成電池包，而且電芯通過(guò)膠的封裝形成一個(gè)高強(qiáng)度的整體，同時(shí)又被多層的防護(hù)材料包裹，因此對(duì)于單個(gè)電芯是無(wú)法進(jìn)行維修和更換的，如果出現(xiàn)問(wèn)題，只能整體更換電池包。對(duì)于電池包與車身的安裝來(lái)說(shuō)，如果需要維修或更換電池包，需要拆除座椅橫梁，去掉密封膠，維修相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于維修的便利性問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究。

5 CTC電池集成技術(shù)方案總結(jié)

經(jīng)過(guò)上述分析，總結(jié)CTC技術(shù)要點(diǎn)：

5.1 電池與車身集成

方案總結(jié)：為了保證電池本體的密封、性能、安全，采用能夠保證電池完整性的CTC方案，即車身中地板的結(jié)構(gòu)集成到電池上蓋，然后電池作為整體與車身集成。這種方案能夠有效保證電池的完整性，對(duì)電池本體的性能影響最小。

技術(shù)難點(diǎn)：需要車身地板前后橫梁與門(mén)檻梁組成平整的密封面，電池通過(guò)密封膠實(shí)現(xiàn)成員倉(cāng)的密封；需要電池的上蓋板設(shè)計(jì)為平整的表面，從而實(shí)現(xiàn)與車身有效的密封。

5.2 電池需要承受載荷

方案總結(jié)：電芯通過(guò)高性能的熱熔膠形成堅(jiān)固的整體，能夠作為結(jié)構(gòu)件承受一定的載荷。

技術(shù)難點(diǎn)：由于電芯本身無(wú)法承受載荷，只能通過(guò)高性能的熱熔膠冷卻后形成的堅(jiān)固整體結(jié)構(gòu)受力，這對(duì)膠的性能提出了非常高的要求。

5.3 電池冷卻

方案總結(jié)：通過(guò)冷卻板對(duì)電池側(cè)面進(jìn)行冷卻。

技術(shù)難點(diǎn)：布置空間有限，冷卻效果有待驗(yàn)證。

5.4 維修便利性

方案總結(jié)：由于電池包與車身集成度高，且有密封膠，所以維修便利性低，需要尋找有效的維修可行性方案。

技術(shù)難點(diǎn)：需要通過(guò)技術(shù)手段降低維修需求，并考慮如何進(jìn)行模塊化維修方案。

5.5 研究結(jié)論與展望

CTC方案是目前純電動(dòng)車電池與整車集成的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)目前乘用車的主流車身形式，主要分析了承載式車身采用CTC方案的可行性。經(jīng)過(guò)對(duì)電池包與車身的集成方案，密封方案，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，冷卻方案，維修便利性的分析，確認(rèn)了采用電池包自身先集成，之后電池上殼體與車身中地板合二唯一，并與車身一體化集成，采用高性能的熱熔膠對(duì)電芯進(jìn)行封裝加固，來(lái)實(shí)現(xiàn)與車身共同承載受力。同時(shí)對(duì)于成員倉(cāng)的密封和電池系統(tǒng)的冷卻方案也進(jìn)行了研討，并初步確認(rèn)了可行的方案。對(duì)于CTC可行性的預(yù)研已完成并達(dá)到了預(yù)期的目的，為后續(xù)項(xiàng)目的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

希望通過(guò)本文研究，能夠?yàn)殡妱?dòng)車電池與整車的集成方式提供切實(shí)可行的解決方案，同時(shí)也希望CTC技術(shù)能夠盡早在量產(chǎn)車上得到應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)電池與車身的高度集成。

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