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在体积密度的提升和成本降低的趋势下，电池包的集成方案不断变革，从早期的油改电平台的异形电池包到特斯拉、比亚迪、宁德时代等推出的“CTP 和 CTC（Cell to Chassis）”方案，动力电池系统集成化进一步拓展。 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。 收益与风险并存 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。 CTP跳出原先的电芯、模组、电池包的三级设定，实现电芯直接到电池包的高效集成。CTC则更进一步，跨过电池包的设定，直接集成到车身底盘，实现电芯到整车的进一步深度集成。两种成组方案均取得了一定的应用，不同程度地提升空间利用率，减轻电池包重量，从而提升能量密度，实现成本的下降。 根据NE时代的调研，电池包的体积利用率随着成组方案的演进变化惊人。 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%。
从模组集成到CTP，来源：NE时代整理分析 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。 对CTP和CTC电池而言，堆叠而起的大电芯既是能量体又是结构组件，因此需要保证电池单体的质量一致性，同时对高速堆叠时电芯的长度尺寸一致性提出高要求。 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。 不遗余力提高装配精度 在电池包生产的最终阶段，是电芯单体的集成与各机械件、热管理件和电气件的装配，如电池托盘、上盖、液冷板、高低压线束、电池管理系统等。 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。
模组& Pack生产流程 来源：《纤毫毕现，追根溯源–探索电池高效生产 打造高品质电池的奥秘》白皮书 要涵盖尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度的测定的仪器，CT检测、三坐标测量仪和蓝光扫描仪的应用必不可少。其通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接的特点，能很好的适应电池包的设计迭代，在未来电池包“CTC”为主导的集成方案中将有更大的舞台。 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。
装配后的CT检测 来源：蔡司 这种一次性检测所有尺寸的工位设置，除了节约人工、测量效率高之外，同样避免了产品的二次移动和装夹，提高了测量的精度。对于电池模组、Pack 这种尺寸链复杂的装配体，同时测量多种尺寸还可以较为直观的分析出关键的低精度位置，比如电芯的对齐度可能是受涂胶不均匀影响。在传统工序下需要返工才能发现的问题，如今可以一目了然，并且在数据自动上传MES 后得到系统性的解决。 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。
电池托盘的铣削和钻孔测量 来源：《纤毫毕现，追根溯源–探索电池高效生产 打造高品质电池的奥秘》白皮书 蔡司的悬臂式三坐标测量仪 CALENO 结合了高性能光学或接触式测头，用于对整个电池托盘的复杂特性进行实时过程监控，可获得可靠的免对比可追溯测量和检测数据。同时具备隔热、及工作环境中的防尘防污性能。如此，可以非常快速地检测出电池托盘中的大量特征，可在不影响准确性的情况下缩短检测周期。 液冷板，通过电池或者模组与板型铝质器件表面接触，并由内部流道中通过的冷却液带走热量，起到调节电池包温度的作用。对于不同形态的液冷板，平面度测量受形态影响较大，供应商往往需要开发独自的非标测试夹具以适配各自产品的检测，精度很难提高，并且夹具本身较不稳定，易发生批量问题。而且在液冷板尺寸上的个别瑕疵，其后果足以导致该位置的电芯冷却不充分。 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。
电池托盘的数字孪生装配 来源：蔡司 蔡司ATOS ScanBox 可实现电池托盘的自动化快速全点云测量，通过建立数字孪生模型，可以测量所有连接组件的尺寸及其对齐程度，将不同特征参数统一收集，并且与设计直接比对，得到最终的尺寸误差情况。 不局限于检测结果，蔡司在检测电池托盘设备上经验丰富，可以直接输出数据分析。 |
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