中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司技术总监马天翼
1.技术概况
动力电池作为新能源汽车的核心部件，是汽车产业电动化转型的关键。新能源汽车应用场景的多元化发展对动力电池技术产生不同诉求，动力电池企业不断探索新结构和新工艺的应用，在差异化解决方案中呈现出诸多共性，探索系统集成技术的创新是当前主流电池企业实现产品性能提升的主要路径之一。
1.1技术定义
系统集成技术是动力电池装车应用的核心技术，传统的电池系统的集成技术为CTM（CelltoModule），即电芯首先封装成模组，进而组装为电池包。在模组和电池包两级封装结构下，电芯可被更多组件保护，具有较强的抗冲击能力，且通过分级设计更容易地实现电源管理、成组难度低，并在一定程度上抑制电芯的一致性离散问题。然而，在电池系统中，只有电芯是能够贡献能量的部件，因此更多的结构部件意味着更低的空间利用率，是制约动力电池系统能量密度的主要因素之一。
“无模组”电池系统集成技术是将电池系统内部组件的空间排布重新设计，跳过模组将电芯直接集成到系统层级。该项技术需要在满足电池高能量密度、快速充电、高安全性等技术要求的同时，减小各功能组件的空间占用，以实现空间利用率的提升、进一步提高系统能量密度的目的。
1.2技术特点
目前针对系统集成技术创新有多条典型技术方案，如将电芯直接组装为电池包的CTP（CelltoPack）方案、将电芯集成到底盘的CTC（CelltoChassis）方案以及形成“电池上盖-电芯-托盘”的“三明治”结构的CTB（CelltoBody）方案。这三种方案均实现了系统空间利用率的提升，并针对快速充电过程中的散热需求做出了新型冷却系统设计，其技术特征如表1所示。
表1无模组电池系统集成技术
2.电池系统集成技术发展趋势与挑战
2.1发展趋势
随着新能源汽车与动力电池产业的高速发展，电池工艺的进步带来良品率的提升，大电芯设计已成为可能，且电芯在使用过程中的一致性差异已能得到显著抑制，因此电池企业能够以大电芯为基础重新设计电池成组模式，在“小模组”到“大模组”的过渡过程中也为各电池企业积累充足经验，避免过多结构件带来的过度防护。进一步的，基于不同的大电芯设计方案，由“大模组”过渡到“无模组”是各类电池集成技术给出的共性答案。取消模组层级，一方面可以提高电池系统的空间利用率，另一方面也有利于简化电池系统集成流程，并通过减少组件实现成本降低。
2.2技术挑战
上述电池系统结构创新技术普遍采用“大电芯”设计，由尺寸变大造成的电芯比表面积减小及电芯发热量增大为热管理系统带来了更高要求。具体来说，电池在充放电过程中均会产生热量，倍率越大，产热量越高。在传统电池设计中，由于电芯较小、比表面积较大，有利于热量散出，且通过结构组件的分隔进一步降低了散热压力。而对于无模组系统集成技术而言，更大电芯、更紧凑的结构设计为冷却系统带来了新的挑战。同时，由于电芯设计应满足快速补能需求，在快速充电过程中更易造成热量累积，因此如何利用散热通道空间平衡散热需求是无模组结构电池系统的共性挑战。另一方面，目前大多数无模组电池系统都是集成在新能源汽车底部，且CTP、CTC、CTB等系统集成技术在底部护板中集成了更多功能，因此需要高度