摘要：随着电动汽车快速普及和消费体增多，电动汽车续驶里程短、成本高等问题日益突出，动力电池作为电动汽车动力系统的关键部件备受关注，国内新能源汽车主机厂及动力电池供应商均在寻求高集成动力电池系统的解决方案，以满足用户需求。近年来，行业不断通过技术创新突破，逐步实现动力电池能量密度、集成效率等方面显著提升，助力整车实现更高续驶里程、缓解用户里程焦虑和降低整车成本的目标。基于此，对动力电池集成关键技术研究现状与展望进行研究，以供参考。
关键词：动力电池;集成关键技术；集成分析
引言特斯拉电池
在新能源产业蓬勃发展的初期,原始设备制造商纷纷发布了大量的旧瓶子和新葡萄酒的新能源车型,因为他们的产品延续了传统的汽油设计的空间布局和形状,电池系统局限于汽车的位置,性能低下,用户体验差。随着特斯拉推出与下一代电池技术兼容的新型智能电动汽车平台,一场新的绿工业革命在全球范围内迅速展开。在这种原始电动汽车的基础上,电池组可以更高效、
更有序地安装在理想的空间位置上,三电系统可以更合理的布局,汽车的电气和电子架构以及热控制设计实现更有效的集成,使车辆的能效、使用寿命、智能化等方面产品大大增强。据中国汽车工业协会统计,到2021年,中国新能源汽车年产销量将居高不下,已完成352.1万辆,同比增长1.6倍,连续7年位居世界第一,整个新能源汽车产业正处于技术变革、生态转型的关键阶段。我国传统上高度重视新能源产业的布局和发展,在这一转型中出现了一批优秀的自主研发设计企业,许多创新技术引领着行业的发展方向,其中以动力电池作为电动汽车的主要组成部分,其性能直接决定了汽车的成本、使用寿命、安全可靠性、使用寿命等各项指标。
1推广新能源汽车的必要性
在工业快速发展的条件下,我国汽车工业也发展得相当快。生活水平的不断提高导致私家车的数量增加。然而,随着汽车工业的发展,汽车的燃料资源消耗量不断增加。从中国汽车工业目前的发展来看,大部分燃料仍依靠进口来保证供应,自有燃料资源处于供不应求的状态。同时,人均汽车数量的增加使汽车尾气成为城市环境污染的主要因素之一。这些问题在燃料汽车的运行是新能源汽车的出现和促进新能源汽车的普及的主要原因。新能源汽车是一种主要依靠电能来实现汽车运动的新型汽车。使用新能源汽车代替燃料汽车,不仅可以减少燃料资源的过
度消耗,而且可以在减少城市环境污染方面发挥重要作用。新能源汽车充电站的建设也比汽车加油站更安全,电价低于燃油价格,因此新能源汽车在城市发展过程中推广也对改善城市居住环境、促进城市经济发展起到了重要作用。
2动力电池集成关键技术概述
早期动力电池通常采用典型的“电芯-模组-电池系统”集成方式，其显著的特点是结构件数量多、集成效率低、能量密度低。为适应车辆和用户的需求，提高动力电池系统集成效率和能量密度，行业陆续推出无模组式集成技术，如电池无模组技术（CellToPack，CTP）；一体化式集成技术，如电池车身一体化技术（CellToBody，CTB）和电池底盘一体化技术（CellToChassis，CTC），实现动力电池系统集成技术创新。目前典型式集成电池、无模组式集成电池应用较为广泛，一体化式集成电池应用较少
2.1 CTP技术
CTP技术于2016年由第一代商用车推出,而乘用车则于2019年下半年推出,这是指直接集成到电池组中的内核通道模块,在技术层面上实现了两个维度的更新。首先,提高结构元件集成效
率,取消模块结构元件,采用电池梁结构;其次,增强功能集成,水冷面板和底部平台,具有自身保温功能的电池盖。这样可以提高系统体积利用率,提高系统能量密度,减少零件和部件的数量,从而降低成本。CTP技术经历了几代人的发展,现在可以高度集成到外壳设计,加热,冷却,高压保护装置等。栋该封装的能量密度可达到230W/kg,比传统的140W/kg封装高出60%以上。
CTC (CelltoChassis) 电池底盘
CTC技术将电气元件直接集成到汽车底盘中,核心也被仿真,以实现更高程度的车身和底盘集成。该技术的应用代表是特斯拉,它消除了底盘上的横梁,将它们集成到电池顶盖中,电池外框直接充当底盘的骨架,形成与底盘的集成设计。该技术进一步深化了电池系统与动力系统、底盘等的集成。它减少了零件数量,提高了空间利用率,也提高了结构效率,大大降低了车辆的质量,增加了飞行距离。通过CTC技术,汽车有效地提高了汽车的性能:零部件数量减少了20%,结构元件成本降低了15%,车辆刚度增加了25%,实现了高度集成和模块化。广泛的可扩展性和与智能集成热管理系统的兼容性。在空间方面,取消了电池的上部结构,减少了多余的设计,汽车的垂直空间增加了10毫米,使电池的空间增加了14.5%。同时,得益于CTC技术的应用,零距离飞行总里程增加了10%,充电速度加快。车辆扭转强度提高25%,重量减轻系数达到2.4,增加
20%。在研制过程中,已经进行了大约30轮打底、挤压、散热等严格测试,确保了电池的安全性,其中8轮通过了安全检测,远远高于国家标准。
2.3CTB电池
电池车身一体化（CTB）是在CTP电池或刀片电池基础上优化电池包上盖结构，使电池包上盖替代车辆乘员舱地板，从而实现电池包与车身的一体化集成。采用CTB电池的车辆相对于传统车辆减少乘员舱地板，取消传统车辆动力电池包与乘员舱地板之间间隙，可减轻车辆整体质量。同时，在车辆高度方向上获得至少10mm以上可用布置空间，一方面可用于提升电池布置空间以增加电池装载量、提高车辆续驶里程，另一方面可用于降低车辆整体高度尺寸以优化空气动力学性能、降低车辆能耗。电池包上盖替代车辆乘员舱地板同时，需加强结构设计以保证上盖与电池下箱体之间密封、上盖与车身边梁和框架之间密封，因此可靠性要求高。通常CTB电池以独立结构单元形式存在，可以单独进行装配、测试和强检认证，一般适用于承载式车身形式的车辆，其与整车装配工艺与传统车辆类似。设计的CTB电池方案，电池包上盖作为车辆乘员舱地板的同时还集成乘员舱座椅支撑结构，可以取消和简化车身结构件，从而降低车辆质量，提升续驶里程。
3动力电池包整车架构集成分析
在当前纯电动汽车的建筑发展阶段,合理布置集成动力电池组件至关重要。必须仔细考虑地面间隙,碰撞安全性和电力需求。动力电池来自地球和环境的位置。即使在电池表面下有结构保护,动力电池也必须满足以下条件:当汽车振动时,电池在最大提升状态下,必须保证一定的距离接地;在满负荷的情况下,必须保证与地面的合理间隙;RESS电池(可再充电能量存储系统)必须在方向上保护;RESS的电池布局不应低于外壳设计的最低侧。
结束语
在现代城市发展过程中,环境保护已成为城市管理和经济发展的主要问题之一,需要特别关注。燃料汽车在行驶过程中排放的汽车尾气、日益拥挤的城市交通条件以及燃料资源的逐渐短缺,都对城市经济的可持续发展产生了一定的影响。分析电子集成技术在新能源汽车推广中的应用,可以为提高新能源汽车的推广效率提供一些思路。
参考文献
[1]胡建国.新能源汽车动力电池与整车先进集成技术综述[J].时代汽车,2022(23):112-117.
[2]赫炎.从CTP、CTC、CTB浅谈电动汽车动力电池集成技术[J].世界汽车,2022(06):70-71.
[3]黄尧.基于高效相变传热元件的动力电池集成式热管理技术研究[D].华南理工大学,2021.
[4]邹渊,焦飞翔,崔星,张旭东,张彬.地面无人平台动力源集成技术发展综述[J].兵工学报,2020,41(10):2131-2144.
[5]陈洁.车用动力锂离子电池组热防护与散热集成研究[D].华中科技大学,2017.
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