CTP方案解析上-结构设计

01 CTP电池包结构设计

1、模组结构

传统方形电池模组外框由端板和侧板围合并焊接而成，电芯侧面和侧板涂胶粘接。CTP方形电池模组将侧板替换成绑带，相邻电芯大面之间粘接。这种结构类似于早期某些软包模组，例如A123的模组。 下面分零部件进行说明。

A123软包模组

1）绑带

绑带常用材质有不锈钢、高强钢和塑料。对于CTP方案，由于模组上方膨胀主要由绑带限制，采用金属绑带；模组下方膨胀主要由电芯底部和液冷板胶黏限制，不依赖绑带，可以采用塑料绑带。下图为某PET绑带基本参数，由拉伸应变-载荷曲线可知，这种绑带不能有效限制电芯膨胀，仅可作为模组装配时临时成组用途。

PET绑带性能参数

打绑带的方式有两种：

第一种是模组堆叠后在模组线上打绑带，例如塑料绑带以及上述A123电池模组的绑带。

第二种是绑带来料为环形，模组堆叠挤压后将绑带套在端板上。金属绑带的接头可以是激光焊接、金属锁扣等。塑料绑带的接头是热熔连接。考虑尺寸需求、绝缘防护等问题，接头一般设置在端板位置。

CN201720879825.4，《电池模组》中介绍了一种金属锁扣接头。

金属锁扣接头-1

CN201810298047.9，《用于电池模组的固定带及电池模组》中介绍了另一种通过冲压咬合结构实现连接的锁扣结构，这种接头目前应用较多。

金属锁扣接头-2

2）端板

端板常用材质有塑料、铝合金和镁合金。由于三元电芯膨胀力较大，一般选择金属端板。在膨胀、振动、冲击等工况时，相对于传统方形电池模组CTP模组端板受力较小，更易实现轻量化。

CN201822246232.1，《电池模组》中描述了端板边缘和绑带配合处为圆角过渡，从而避免绑带松脱。对于强度高的绑带，很难在模组线上将来料状态为条状的绑带与端板各处贴合，所以优选先将绑带做成环形再套至端板。（提到这个专利并不是这个端板结构有参考价值，仅为说明端板和绑带圆角过渡的必要性）

端板边缘和绑带配合处为圆角过渡

端板上设置固定点，常用的结构有两种。CN201921326921.1,《电池模组》中描述了一种，为节省Z向空间还可以在端板下方设置缺口（类似大众MEB平台的590模组）。CN201822267812.9,《电池包及用于电池包的框体》中描述了另一种在端板中部设置凸出的固定耳的结构。第二种固定方式在限制膨胀、整体刚度等方面都有优势，但与之相连的下箱体边框也需要比较高，如果下箱体边框上设置了外部接口（一般是后驱接插件），此方案则不好实现。

模组通过长螺栓与端板下方螺母固定

模组通过端板上伸出的固定耳与下箱体固定

3）电芯间隔框

相邻电芯之间设置回型框用于吸收膨胀和抑制热扩散，以及对于热扩散风险高的情况电芯之间设置隔热垫都是常用的方案。

CN201921576330.X，《电池模组、电池包以及车辆》中描述了对卷绕电芯回型框尺寸设置的原则，即当模组膨胀时电芯和回型框互相挤压，回型框要压在JR圆角范围内，从而避免JR受损。有个问题想请大家确认下，叠片电芯JR没有圆角区域，电芯间隔框设置有何特殊要求？

相邻电芯之间隔框尺寸示意图

4）CCS组件

CCS组件最初应用塑料支架+母排+线束方案，再到由吸塑支撑件、热压膜代替塑料支架，由FPC代替线束，甚至采用无线束载体方案，下次机会再作专门讨论。

热压膜方案CCS组件

5）其他

对于采用宽度148mm电芯的双排模组，如果电芯宽度变为300mm（特斯拉磷酸铁锂电芯宽度300mm），电芯厚度减半，模组可以变为单排。双排电芯的模组装配时，需先将两个电芯侧面粘接再进行码垛，从工艺角度考虑，改为单排模组有较大优势；从模组整体刚度、热扩散抑制考虑,单排模组也有优势；从体积和重量成组效率，宽度翻倍厚度减半可能由于电芯壳体所占比例增多造成成组效率降低。这种改变在其他方面的影响大家有何见解？

02箱体结构

2、箱体结构

EU5电池包下箱体和大众MEB平台下箱体方案类似，属于框架式下箱体，液冷板作为下箱体的底板与边框密封，液冷板下方还设置钢制底护板防护底部碰撞刮擦。不同的是MEB采用590模组，框架设置更多更密的横梁和纵梁，并且590模组刚度好，所以MEB整包刚度更好。

1）框架式结构

框架式下箱体横梁受力大，横梁和边框连接处焊缝容易开裂，CTP模组尺寸大、刚度差更增加了焊缝失效风险。

CN201921856972.5，《电池包下箱体、电池包及装置》中描述了一种通过转接块增加横梁和纵梁连接焊缝长度的方案。

横梁与纵梁加强连接方案-1

CN201921098475.3,《电池下箱体及电池系统》中描述了另一种通过转接块加强横梁与边框连接的结构。

横梁与纵梁加强连接方案-2

我们还可以借鉴Model3和Bolt梁和边框连接方式，两者都是通过设置转接块，转接块与边框和梁通过螺栓连接。虽然Model3和Bolt的出发点是将梁做成独立于下箱体的可拆卸梁，而不都是为了加强梁与箱体的连接强度，但这种借助转接块并通过螺栓连接或铆接的方式，避免焊接对材料的软化，确实更灵活也更强壮。

Model3电池包&Bolt电池包

2）液冷板和底护板

液冷板与电芯底部粘接，电芯底部绝缘膜开窗，液冷板上表面作绝缘处理。由于液冷板起到支撑绑带模组的作用，液冷板的厚度也相对较厚。液冷板的绝缘可采用绝缘粉末例如环氧树脂粉末喷涂，喷涂后还可以提高胶水粘接力。由于绑带模组刚度差，所以液冷板和模组底部之间可以增加限位条，限位条可以进一步保证电芯壳体和液冷板之间绝缘，也可以保证涂胶量的均匀，使得各处电芯温度更加一致。CN201820465105.8，《电池箱体以及电池箱》中对此有描述。 液冷板作为下箱体的底板需要与边框密封，与MEB类似可以采用涂胶+FDS连接实现。 底护板与边框、横梁和纵梁采用密封拉铆螺母连接，可拆卸的连接方便底护板失效后的售后维护。底护板与液冷板之间也可以密封，例如采用泡棉密封。CN201721867377.2，《电池包》中介绍了一种底护板结构。

框架式下箱体

CN201822266524.1，《电池箱》和CN201822267862.7《电池箱》中对液冷板、底护板与边框的连接与密封有描述。

液冷板、底护板和边框的连接与密封结构-1

液冷板、底护板和边框的连接与密封结构-2

小结：文章比较长，我拆成了两篇文章。

1）《宁德时代CTP-LFP电池“出海”德国》

2）《全球首款CTP电池包量产下线 率先搭载于北汽新能源EU5》

3）CN201720879825.4，《电池模组》

4）CN201810298047.9，《用于电池模组的固定带及电池模组》

5）CN201822246232.1，《电池模组》

6）CN201921326921.1,《电池模组》

7）CN201822267812.9,《电池包及用于电池包的框体》

8）CN201921576330.X，《电池模组、电池包以及车辆》

9）CN201921856972.5，《电池包下箱体、电池包及装置》

10）CN201921098475.3，《电池下箱体及电池系统》