电池包集成和管理技术

近年来，随着新能源汽车的快速蓬勃发展，动力电池技术和相关集成管理技术层出不穷、节节开花，如新材料技术（无钴材料等）、新工艺技术（刀片电池等）、新集成技术（CTP等）、新管理技术（弹匣电池等）汇聚了材料厂、电池厂和整车厂的最新研发应用成果。

本文整理简单介绍10种电池包集成和管理技术，并公开分享。

最传统的电池包集成技术是CTM（Cell To Module），首先将若干电芯串并联组成模组，然后将模组装配到电池包内，最后将电池包集成到汽车底盘。

传统电池包集成方式

在动力电池应用于新能源汽车的早期阶段，没有统一的标准，电池、模组、电池包尺寸五花八门，导致电芯开发成本极高，并且不方便更换和维护。到后来，人们发现了每辆车可以利用的空间位置具有一定的共性，根据这些空间尺寸，推算出模组的尺寸范围，从而希望实现电芯尺寸的标准化。

2008年，大众汽车全面进军电动化，在实现电动化过程中率先推出了标准化模组。第一个标准是355模组（355代表模组长度，每排可放置3个模组），为了提高续航里程，减少零部件和增加空间利用率，进一步降低成本，又推出了390模组（每排放置3个模组，模组更长更紧凑）和590模组（每排放置2个模组，集成效率更高），单个模组的体积在逐渐增大。

标准模组尺寸和外形示意图

采用590模组的大众汽车ID.3电池包

在CTM结构下，电芯被模组等结构件保护较好，电池包强度高，成组难度小。但电芯组装为模组空间利用率为80%，模组集成为电池包空间利用率为50%，最终电芯集成为电池包后空间利用率仅40%，随着新能源汽车的快速普及以及锂离子电池性能的极致开发，在电池应用层面，电池包集成效率亟待提升，大模组化、去模组化、车身一体化技术成为主流趋势。

1、CATL的CTP

2019年9月，宁德时代全球首款CTP（Cell To Pack）电池包正式发布，将搭载于北汽EU5车型上。相比传统电池包，采用全新CTP技术的电池包体积利用率提高15%~20%，零部件数量减少40%，生产效率提升50%，系统成本降低10%。在能量密度上，CTP电池包可高达200Wh/kg，相比传统结构高30%以上，可以大幅提升电动汽车续航能力。

宁德时代第一代CTP电池包

CTP技术包括两个思路：一是大模组化，二是无模组化，宁德时代本次发布的CTP属于大模组化技术，其核心逻辑是提高单体电芯的容量，同时将多个电芯堆叠组成更大的电池模组，从而大大减少模组数量，减少零部件数量，从而实现能量密度提升和成本降低的目标。

CTP技术路线

CTP技术除了采用大电芯组成大模组外，通常还会对模组之间的连接结构进行优化，减少零部件和简化装配工艺过程。

宁德时代“套筒式”模组连接方式

虽然CTP电池包具有适用性强、空间利用率高、成本低、散热性能好等优势，但由于木桶效应，电池包整体性能将取决于组成电池包最差电芯的性能，因此，CTP结构对电芯一致性提出了更高的要求，此外，如果出现电池故障需要更换，维修的便利性和成本都更高。

2、TESLA的CTC

2020年“电池日”上，特斯拉首次公布CTC（Cell To Chassis）技术，Elon Musk表示，CTC集成技术配合前后车身一体化压铸技术，可以减少约370个零部件，实现车身减重10%，每千瓦时电池成本降低7%。

CTC技术路线

CTC技术省去了从电芯到模组，再到电池包的两个装配过程，直接将电池集成到车身底盘。CTC技术的本质是将电池包上壳体和车身下地板合二为一，座椅直接安装在电池包上盖上，电池包既是能量提供装置，又是整车结构部件。

特斯拉Model Y车型CTC技术方案

为了解决电池包隔热问题，特斯拉在电池包内部灌满了胶，防止热量向车内传导，同时，由于汽车侧面是碰撞薄弱点，特斯拉在靠近车身门槛两侧灌胶更多，胶层更厚，当汽车发生侧面碰撞时可以对内部电池起到较好的缓冲保护作用。

特斯拉Model Y灌胶示意图

CTC技术的优势是明显的，由于越过了“模组”和“电池包”两级装配过程，直接将电池集成到车身地板上，将大大节省空间，或者说在相同空间内可以容纳更多电池，从而提升了续航能力，同时，零部件和结构件也大大减少，降低了重量、简化了流程、节约了成本，灌胶方案对电池“化零为整”，大大提高了车身的刚度。但CTC结构的缺点也很突出，一方面对单体电池一致性提出了很高的要求，另一方面，由于电池整体集成在车身地板，且有胶水相互粘连，几乎不可能进行维修，维修成本极高。

3、国轩高科JTM

2021年1月8日，国轩高科在合肥召开第十届科技大会，会上发布了210Wh/kg磷酸铁锂软包电芯及JTM（Jelly Roll To Module）电池技术。据称，采用JTM集成技术可以将模组成组效率提高到90%以上，搭配其高比能磷酸铁锂电池，可以做到模组能量密度近200Wh/kg，系统能量密度180Wh/kg，超过了NCM622三元体系水平，可满足高端乘用车的续航需求。

JTM技术路线

JTM与其他电芯集成技术最大的不同在于，其他集成技术都是基于电芯为最小单元，而JTM以卷芯为最小单元，在电芯内部并、串联集成，与刀片电池较为类似，但刀片电池内部为一个整体，而JTM可以想象成将刀片电池内部分成了几段，正因为其“柔中带刚”的特性，国轩高科内部又称JTM电池为“变形金刚式的柔性模组”。