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【嘉德点评】宁德时代的动力电池模组技术,通过将CSC设置于动力电池模组的壳体内部,使得动力电池模组的内部结构更加紧凑,同时由于在CSC上设置导电片,采用键合引线代替线束将导电片与导线连接,有效地提高电池包的集成度以及能量密度,同时提高了动力电池模组的生产效率和安全性,降低了生产成本!

集微网消息,19年在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,即电芯直接集成到电池包。宁德时代称,由于省去了电池模组组装环节,较传统电池包,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%,将大幅降低动力电池的制造成本。

【专利解密】宁德时代 CTP技术

由于动力电池具有容量高、体积小、重量轻等优点,现已广泛应用于车载系统和储能系统。一些大的汽车生产商和电池供应商针对各种动力电池做了大量研究和试验,并成功开发出相关的电池管理系统(BMS)。

BMS中由多个动力电池包(Pack)并联形成,每个Pack包括多个动力电池模组、与各动力电池模组对应的电池监控单元(CSC)、电池管理单元(BMU)和继电器等。随着Pack技术的发展,人们对Pack的能量密度要求越来越高。

现有的Pack大多通过提高Pack的零部件的集成度来提高Pack的能量密度,即尽量减少Pack中的电子元器件如CSC、BMU和Relay等以及Pack中的结构附件等的占用空间,给动力电池模组提供更多的可用空间,提高Pack的体积能量密度,从而提高电动汽车的续航里程。

但是现有技术中每个动力电池模组的CSC设置于动力电池模组之外,占用动力电池模组之外的空间,导致同一个Pack容纳的动力电池模组的数量较少,使Pack的集成度相对较低、Pack的能量密度较小。

为了解决这样的问题,宁德时代在15年10月15日申请了一项名为“动力电池模组”的发明专利(申请号:201520796992.3),申请人为宁德时代新能源科技有限公司。

根据目前公开的专利资料,让我们一起来了解一下这项CTP技术吧。

【专利解密】宁德时代 CTP技术

如上图所示为新型动力电池模组的外观示意图,而动力电池模组的电池监控单元CSC就放置于这个壳体S之中,此外,该电池模组还包括多个动力电池和电池之间的隔离板,隔离板位于壳体内多个动力电池的上方,CSC位于壳体内隔离板的上方,如下图所示。

【专利解密】宁德时代 CTP技术

从上图可以很清晰的看到该动力电池模组的内部结构,壳体S包括顶盖4、侧板5、端板6和底板7,根据动力电池模组的设计,将动力电池按照串联或者并联设计而排列在壳体内部,且使动力电池的正负极柱指向顶盖,并通过结构胶粘合在一起。侧板与端板之间通过焊接连接,焊接方式可以采用激光焊接或者冷金属过渡焊接技术焊接,以保证模组结构框架的强度。

具体的装配结构则是这样的,将侧板、端板以及底板组装成无盖壳体,然后将动力电池放置在该无盖壳体中,使得动力电池的正负极柱指向壳体的开口方向。然后将隔离板放置在动力电池的上面,再将CSC固定在隔离板上面,隔离板的作用是使CSC与动力电池不接触。

但是为了保证CSC的正常工作,可以将CSC与动力电池电连接,以实现对动力电池的监控。最后将壳体的顶盖通过卡扣与隔离板连接,从而形成动力电池模组的封闭的壳体,将 CSC3、隔离板和动力电池包围在壳体中,这样就形成了我们第一幅图中看到的外壳结构。

那么这样进行组合的好处是什么呢?通过将动力电池模组的CSC设置于动力电池模组的壳体内部,使得动力电池模组的内部结构更加紧凑,减少了CSC在电池包中占有的空间,可以保证一个电池包中可以容纳更多的动力电池模组,因此采用这样的技术方案,能够有效地提高电池包的集成度以及能量密度。

【专利解密】宁德时代 CTP技术

此外,由于要实现动力电池之间的串联或者并联以及混合连接,因此需要使用导电片以及键合引线进行连接,如上图所示,导电片通过对应的键合引线可以采用超声键合技术与对应的导线连接。

在常温环境下,通过超声振动和劈刀压力的作用,将键合引线键合到CSC上的导电片与动力电池之间连接导线上,从而CSC通过导线、导电片以及键合引线与各动力电池的正负极柱电连接,以监控并采集各动力电池的参数信息,如温度和电压等。

键合引线10为丝状或片状金属引线,可以根据对动力电池的采样需求,如采集温度或者电压信号来决定导电片9和键合引线的数量。

以上就是宁德时代的动力电池模组技术,通过将CSC设置于动力电池模组的壳体内部,使得动力电池模组的内部结构更加紧凑,同时由于在CSC上设置导电片,采用键合引线代替线束将导电片与导线连接,有效地提高电池包的集成度以及能量密度,同时提高了动力电池模组的生产效率和安全性,降低了生产成本!

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