零部件总数降低、精密度提高已是大势所趋,装配生产的变革已拉开序幕。
通过新工艺研发,优化热管理方案,OEM和电池企业设计出高度集成化的系统方案——CTP和CTC,探究如何打造更加高效的电池包结构。
传统模组阶段,零件数量约为600个,体积利用率普遍在40%左右。当成组方案发展到CTP阶段,电池包取消了模组的侧板和底板,使用内部框架实现固定,零部件数量减少到约为400+,体积利用率提升到60%左右。
当宁德时代、比亚迪、零跑等将各自的成组方案升级到CTP 3.0或CTC时,电池包取消横梁框架,乃至将车身底盘与电池包上盖融合,进一步减少零件数量,体积利用率扩至70%以上。
得益于电池结构的革新,方形铁锂电池发挥出超高性价比优势,帮助整车同时在续航里程的提升和成本的不断下探两方面实现质的飞跃。
由于 CTP 和 CTC 技术在空间、续航等方面具备明显的优势,预计 2024 年 CTP 和 CTC 的渗透率总和将超过90%。
但是,高收益的同时往往也伴随着高风险。全新的结构对从电芯到箱体的装配精度都带来了前所未有的挑战。
尤其CTC,电池与车身的集成与密封目前主要分两种方案,一是电池包作为一个整体与车身集成,此时电池包本身的密封风险可控;二是电池包结构被拆分为上壳体与电池本体两部分,上壳体与车身合二为一,此时电池本身与电池-车身的匹配界面均需要100%气密性检测。
目前OEM和电池厂都在不遗余力的提高电池包的制造精度。OEM从整车设计需求出发,向动力电池企业提出明确的技术要求,包括在设计阶段、在车辆匹配方面、热管理策略方面、异常状态的监测以及测试与验证等方面要开展深入合作。另一方面,OEM和动力电池企业要共同严格把控产品一致性,确保批量化产品达到安全设计目标。
目前,电池模组、Pack 的实际生产条件与期望的高精度仍有差距。在繁多的设计方案下,不同电池包的孔位、装配精度、密封手段均有差异。采用人工检测的话,其不确定性为电池包的安全性埋下了隐患。
如同裸电芯入壳一样,电池包完成组装后,内部的情况同样难以知晓。此时,同样采用对于装配体的 CT 扫描,不仅可以实现拉铆孔、基准孔、角铣削面、密封面的面轮廓及位置度的测量,还可以完成 Busbar 焊接、涂胶面积、电子元器件等检测。
托盘和上盖,作为整个电池包的外包装,需要与整车底盘紧密装配,起到密封、防碰撞、耐腐蚀、电磁保护和冷却等作用。面对不同部位用不同材料,以达到性能和成本的最优解的混材电池壳,仍能做到高密封性和装配精度,已成为动力电池系统壳体的主流技术路线。
高精度的要求,需要通过尺寸检测来检出,包括拉铆孔、基准孔、角铣削面、密封面的面轮廓和平面度,模组支架的安装面轮廓、定位孔支架的面轮廓及位置度等。不难看出,壳体的尺寸检测要素多,同时还有很高的检测效率要求。
目前的挑战是,由于电池托盘上盖尺寸较大,要求量机同时具备大尺寸和高精度的检测能力,同时在生产环境的灰尘油烟和不断变化的温度下保持高稳定性。
此外,液冷板的与电池包托盘的尺寸精度往往互相影响,想要较好的测量不同零部件在电池托盘内的装配情况,仅依赖特定的非标测量夹具是不充分的。