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2019-10-15
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盖世汽车
宁德时代CTP电池包
动力电池系统如何降低成本？
增大电芯、结构件轻量化、提高自动化效率……
还有一个方法，取消电池模组。
在2019年德国法兰克福国际车展上，宁德时代推出了全新的CTP高集成动力电池开发平台（Cell To Pack），即电芯直接集成到电池包。
宁德时代并非国内第一个发布CTP技术的企业。早在7月9日，蜂巢能源就发布了该技术，此外国内还有比亚迪也在研发。
业内人士对CTP安全性、寿命、售后以及梯次利用提出了一些疑虑。不过，根据《电动汽车观察家》的了解，电池企业对上述问题也找出了应对措施。
下面我们就来详细了解下，CTP到底是怎样的技术？为什么会有那么多电池企业选择这一技术？未来这一技术能否成为新趋势？
1、模组有什么用？
既然说是取消模组直接集成到电池包，那么就要弄清楚模组的作用。
所谓模组，就是将部分相关零部件构成一个模块，也可以理解为一个零部件集合、总成的概念。例如传统车辆的前端散热器模块，电子行业也会有功能集成模块叫做模组。在电池包这一领域，将若干电芯、导电排、采样单元及一些必要的结构支撑部件集成在一起构成一个模块，也叫模组。
三元动力电池模组
早期部分动力电池包采用圆柱电芯，例如特斯拉采用7000多个电芯，如果直接组装到电池箱体内部，其装配复杂程度会大大增加，生产效率也会非常低，因此将部分电芯进行预先集成就变得十分重要。这也是电池模组产生的重要原因之一。
模组的另一个优势在于，模块化设计后便于售后维修，可以实现单个模块或模组的更换。
正如硬币的两面，模组的应用也不得不增加部分额外的零部件，并且模组数量越多，附加零部件就会越多。这些额外增加的零部件都会导致电池包的成本、重量上升。
与此类似的是特斯拉。最初特斯拉采用10多个模组，如今在Model 3上面仅用了4个大尺寸模组，大大减少了冗余部件。此外，大容量方形铝壳电芯的应用，电芯技术革新、生产一致性提高也为去模组提供了机遇。
2、CTP降本、提密度优势明显
取消模组到底能产生怎样的效果？
宁德时代的数据显示，CTP电池包体积利用率提高了15%-20%，电池包零部件数量减少40%，生产效率提升了50%，电池包能量密度提升了10%-15%，可达到200Wh/kg以上，大幅降低动力电池的制造成本。
宁德时代CTP介绍
蜂巢的数据是，与传统590模组相比，CTP第一代减少24%的零部件，第二代成组效率提升5-10%，空间利用率提升5%，零部件数量再减少22%。
动力电池无模组技术会成为主流吗？
蜂巢能源CTP介绍
仅从两组宣传数据，很难看出两者技术的优劣，但两家CTP在减少零部件、提升能量密度方面，确实表现不错。
无模组的另一优势在于，产品生产流程的简化。蜂巢能源相关人向《电动汽车观察家》介绍说，传统技术是电芯通过一定框架结构构成模组，模组要进行下线检测，然后进行存储，转运。如果PACK与模组不在同一厂区，还需要额外的存储，进货检验，上线检验等流程。这些工序过程都需要投入人力、设备、场地等资源。
采用无模组方案可以有效缩短产线、减少过程浪费，电芯在线堆叠在线检测，直接放入电池箱体，大大减少流转过程，同时减少了传统模组的边框焊接工艺过程。这其中，单是焊接设备就需要数百万元。
3、业内人士的几点疑虑
在很多业内人士看来，CTP并非新技术，以前多用于磷酸铁锂及客车领域，由于客车电池排布空间大，磷酸铁锂电池的稳定性较强，应用颇为广泛。
但与客车+磷酸铁锂的组合完全不同，此次CTP技术大多会应用在乘用车领域，大概率是三元电池。例如宁德时代与北汽新能源合作，就是采用的三元电池。正因如此，一些业内人士对这一技术也提出了几点疑虑。
○三元电池热稳定性较差，如何提高安全性？
在某电池系统生产企业相关负责人马先生看来，传统电池包中，模组间存在一定距离，可以用作散热。模组本身也有隔热设计，对单体热失控产生的热流、气流，以及喷发的导电物质采取了针对性的措施，对热失控传播有一定的抑制作用。CTP变成一个“大模组”，这部分空间预留会不会不够？
蜂巢相关技术人员看来，散热、隔热好正是CTP的优势所在。“早期模组采用磷酸铁锂电芯构成VDA规格长度355mm的模组，由于其稳定性较高，并未考虑预留足够隔热间隙；后期类似大众MEB规格长度590mm的模组，则受限于规格影响，电芯间的隔热缓冲材料选择就受到限制，只能寻求一些小尺寸高性能的材料，为了满足安全就得相对付出高昂的成本。”
该技术人员补充道：“相对而言，CTP因为减少一些零部件可以带来更多的空间，且其自身尺寸受到限制相对较少，因此可以获得相对较大的间隙空间，使得材料的选择具有更多可能，从而实现成本降低。”
宁德时代对此的解决方案尚不清楚。不过也有相关车企电池部门负责人透露，宁德时代在电池包中也预留了一些空间，进行散热，整体效果还可以。
○CTP会对寿命产生影响吗？
针对三元电池来说，传统模组有预紧力（电芯循环后会膨胀，如果不束缚会影响寿命；束缚过紧，同样寿命减少或带来安全问题）设计来保障电池的使用寿命，而且这个预紧力是经过实验验证了的。CTP的多电芯集成设计，增加了预紧力设定的难度，对电芯的寿命会不会有影响？
对此，蜂巢技术人员表示，蜂巢的CTP在集成技术继承了传统模组的集成经验，直接通过箱体对电芯施加一定的预紧力，同时会应用灵活的空间优势，允许电芯适当膨胀使得集成对电芯寿命的影响得到改善，使得电池系统的寿命有所提升。
蜂巢在法兰克福参展的无模组电池包
○售后维护成本、梯次利用难度是否会增加？
马先生认为，传统电池包内部有模组，电池产生问题时可以通过更换电池模组解决；一旦无模组电池包出现问题，是不是要整包替换呢？这恐怕不是4S店可以解决的了，大概率要退回电池厂家维修，售后成本是否会大幅增加？
长安汽车欧尚研究院新能源动力技术副总工程师韩锋也表示，一般退役的动力电池，并不是所有电芯都有损坏。在传统有模组的电池包中，只需要挑出有损坏电芯的模组，其他没有问题的模组可以直接进行梯次利用。但是没有模组后，剔除损坏电芯的难度增加，梯次利用就很麻烦。
对于上述两个问题，不知道宁德时代是否有解决对策。不过，蜂巢能源表示，他们的CTP技术已经考虑过这个问题，一方面，他们通过严格的工艺控制保证电芯一致性，来降低故障率；另一方面，他们的CTP可以在一定程度上实现电芯的拆卸，以方便维修和梯次利用。
确实，如果能对单个故障电芯做精准判定，并且单个电芯可以由一线维修人员拆解、替换，维修成本肯定比替换模组更低。
4、能否成为发展趋势？
对于业内人士的几点疑虑，无模组电池包似乎都能找到解决方案，这种方案真的会被越来越多的主机厂接受么？
韩锋坦言，对企业来说，这一技术还是具备较强吸引力的。采用这一技术的宁德时代动力电池价格不再是高高在上，能够与第二梯队电池企业水平持平。“对于整车企业来讲，自然希望以更低价格买到更好的产品。”
韩锋认为，作为主机厂，首先要考虑的就是降低成本，尤其在补贴大幅退坡的情况下，整车企业的成本压力会直接传递到电池企业，电池企业肯定要有应对方案。
目前来看，部分电池企业给出的CTP方案，电池包大约能降低0.1元/Wh。尤其在对价格要求极为苛刻的磷酸铁锂电池领域，这一降幅着实不少。
动力电池无模组技术会成为主流吗？
宁德时代ctp将在eu5上使用
在动力锂离子电池降低成本的过程中，出现过各种各样的技术和路线，方式也不局限在电芯集成形式，还包括材料选用、工艺优化、标准化、大模组等。例如早期A123采用过扎带；Leaf采用过软包集成小模块，集成大模块再集成PACK；标准VDA355mm长度的模组是国外率先推出的，大众推出了MEB590mm长度的模组；特斯拉更是搞出近2米长的超大模组。
CTP的动力电池包装配的纯电动汽车即将上市，哪个降本技术更好，市场应该会告诉我们答案。
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