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CTP电池包设计关注点

时间:2020-08-14 21:24来源:汽车电子设计 作者:祁鹏飞
点击: 次
      引言
 
       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电池包设计关注点
                            
       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采集点设置缓冲结构、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，再传递至整包挂载点，另一部分经过端板传递至整包挂载点。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，在冲击工况下，水平方向冲击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击时开裂，更重要的是液冷板和底护板固定标准件位置受撞击后的密封失效。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点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，本文对CTP电池包基本设计思路进行探讨，文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。更具体的信息等方便的时候再和大家讨论。
 
       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方案的优缺点以及后续发展前景有何看法？
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： CTP电池包 电池包设计
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