在體積密度的提升和成本降低的趨勢(shì)下，電池包的集成方案不斷變革，從早期的油改電平臺(tái)的異形電池包到特斯拉、比亞迪、寧德時(shí)代等推出的“CTP 和 CTC（Cell to Chassis）”方案，動(dòng)力電池系統(tǒng)集成化進(jìn)一步拓展。

零部件總數(shù)降低、精密度提高已是大勢(shì)所趨，裝配生產(chǎn)的變革已拉開序幕。

收益與風(fēng)險(xiǎn)并存

通過(guò)新工藝研發(fā)，優(yōu)化熱管理方案，OEM和電池企業(yè)設(shè)計(jì)出高度集成化的系統(tǒng)方案——CTP和CTC，探究如何打造更加高效的電池包結(jié)構(gòu)。

CTP跳出原先的電芯、模組、電池包的三級(jí)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電芯直接到電池包的高效集成。CTC則更進(jìn)一步，跨過(guò)電池包的設(shè)定，直接集成到車身底盤，實(shí)現(xiàn)電芯到整車的進(jìn)一步深度集成。兩種成組方案均取得了一定的應(yīng)用，不同程度地提升空間利用率，減輕電池包重量，從而提升能量密度，實(shí)現(xiàn)成本的下降。

根據(jù)NE時(shí)代的調(diào)研，電池包的體積利用率隨著成組方案的演進(jìn)變化驚人。

傳統(tǒng)模組階段，零件數(shù)量約為600個(gè)，體積利用率普遍在40%左右。當(dāng)成組方案發(fā)展到CTP階段，電池包取消了模組的側(cè)板和底板，使用內(nèi)部框架實(shí)現(xiàn)固定，零部件數(shù)量減少到約為400+，體積利用率提升到60%左右。

當(dāng)寧德時(shí)代、比亞迪、零跑等將各自的成組方案升級(jí)到CTP 3.0或CTC時(shí)，電池包取消橫梁框架，乃至將車身底盤與電池包上蓋融合，進(jìn)一步減少零件數(shù)量，體積利用率擴(kuò)至70%以上。

得益于電池結(jié)構(gòu)的革新，方形鐵鋰電池發(fā)揮出超高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，幫助整車同時(shí)在續(xù)航里程的提升和成本的不斷下探兩方面實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

由于 CTP 和 CTC 技術(shù)在空間、續(xù)航等方面具備明顯的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)2024 年 CTP 和 CTC 的滲透率總和將超過(guò)90%。

從模組集成到CTP，來(lái)源：NE時(shí)代整理分析

但是，高收益的同時(shí)往往也伴隨著高風(fēng)險(xiǎn)。全新的結(jié)構(gòu)對(duì)從電芯到箱體的裝配精度都帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。

對(duì)CTP和CTC電池而言，堆疊而起的大電芯既是能量體又是結(jié)構(gòu)組件，因此需要保證電池單體的質(zhì)量一致性，同時(shí)對(duì)高速堆疊時(shí)電芯的長(zhǎng)度尺寸一致性提出高要求。

尤其CTC，電池與車身的集成與密封目前主要分兩種方案，一是電池包作為一個(gè)整體與車身集成，此時(shí)電池包本身的密封風(fēng)險(xiǎn)可控；二是電池包結(jié)構(gòu)被拆分為上殼體與電池本體兩部分，上殼體與車身合二為一，此時(shí)電池本身與電池-車身的匹配界面均需要100%氣密性檢測(cè)。

目前OEM和電池廠都在不遺余力的提高電池包的制造精度。OEM從整車設(shè)計(jì)需求出發(fā)，向動(dòng)力電池企業(yè)提出明確的技術(shù)要求，包括在設(shè)計(jì)階段、在車輛匹配方面、熱管理策略方面、異常狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及測(cè)試與驗(yàn)證等方面要開展深入合作。另一方面，OEM和動(dòng)力電池企業(yè)要共同嚴(yán)格把控產(chǎn)品一致性，確保批量化產(chǎn)品達(dá)到安全設(shè)計(jì)目標(biāo)。

不遺余力提高裝配精度

在電池包生產(chǎn)的最終階段，是電芯單體的集成與各機(jī)械件、熱管理件和電氣件的裝配，如電池托盤、上蓋、液冷板、高低壓線束、電池管理系統(tǒng)等。

目前，電池模組、Pack 的實(shí)際生產(chǎn)條件與期望的高精度仍有差距。在繁多的設(shè)計(jì)方案下，不同電池包的孔位、裝配精度、密封手段均有差異。采用人工檢測(cè)的話，其不確定性為電池包的安全性埋下了隱患。

模組& Pack生產(chǎn)流程 來(lái)源：《纖毫畢現(xiàn)，追根溯源–探索電池高效生產(chǎn) 打造高品質(zhì)電池的奧秘》白皮書

要涵蓋尺寸精度、定位精度、幾何精度及輪廓精度的測(cè)定的儀器，CT檢測(cè)、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x和藍(lán)光掃描儀的應(yīng)用必不可少。其通用性強(qiáng)、測(cè)量范圍大、精度高、效率高、性能好、能與柔性制造系統(tǒng)相連接的特點(diǎn)，能很好的適應(yīng)電池包的設(shè)計(jì)迭代，在未來(lái)電池包“CTC”為主導(dǎo)的集成方案中將有更大的舞臺(tái)。

如同裸電芯入殼一樣，電池包完成組裝后，內(nèi)部的情況同樣難以知曉。此時(shí)，同樣采用對(duì)于裝配體的 CT 掃描，不僅可以實(shí)現(xiàn)拉鉚孔、基準(zhǔn)孔、角銑削面、密封面的面輪廓及位置度的測(cè)量，還可以完成Busbar 焊接、涂膠面積、電子元器件等檢測(cè)。

裝配后的CT檢測(cè) 來(lái)源：蔡司

這種一次性檢測(cè)所有尺寸的工位設(shè)置，除了節(jié)約人工、測(cè)量效率高之外，同樣避免了產(chǎn)品的二次移動(dòng)和裝夾，提高了測(cè)量的精度。對(duì)于電池模組、Pack 這種尺寸鏈復(fù)雜的裝配體，同時(shí)測(cè)量多種尺寸還可以較為直觀的分析出關(guān)鍵的低精度位置，比如電芯的對(duì)齊度可能是受涂膠不均勻影響。在傳統(tǒng)工序下需要返工才能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，如今可以一目了然，并且在數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳MES 后得到系統(tǒng)性的解決。

托盤和上蓋，作為整個(gè)電池包的外包裝，需要與整車底盤緊密裝配，起到密封、防碰撞、耐腐蝕、電磁保護(hù)和冷卻等作用。面對(duì)不同部位用不同材料，以達(dá)到性能和成本的最優(yōu)解的混材電池殼，仍能做到高密封性和裝配精度，已成為動(dòng)力電池系統(tǒng)殼體的主流技術(shù)路線。

高精度的要求，需要通過(guò)尺寸檢測(cè)來(lái)檢出，包括拉鉚孔、基準(zhǔn)孔、角銑削面、密封面的面輪廓和平面度，模組支架的安裝面輪廓、定位孔支架的面輪廓及位置度等。不難看出，殼體的尺寸檢測(cè)要素多，同時(shí)還有很高的檢測(cè)效率要求。

目前的挑戰(zhàn)是，由于電池托盤上蓋尺寸較大，要求量機(jī)同時(shí)具備大尺寸和高精度的檢測(cè)能力，同時(shí)在生產(chǎn)環(huán)境的灰塵油煙和不斷變化的溫度下保持高穩(wěn)定性。

電池托盤的銑削和鉆孔測(cè)量 來(lái)源：《纖毫畢現(xiàn)，追根溯源–探索電池高效生產(chǎn) 打造高品質(zhì)電池的奧秘》白皮書

蔡司的懸臂式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x CALENO 結(jié)合了高性能光學(xué)或接觸式測(cè)頭，用于對(duì)整個(gè)電池托盤的復(fù)雜特性進(jìn)行實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)控，可獲得可靠的免對(duì)比可追溯測(cè)量和檢測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)具備隔熱、及工作環(huán)境中的防塵防污性能。如此，可以非常快速地檢測(cè)出電池托盤中的大量特征，可在不影響準(zhǔn)確性的情況下縮短檢測(cè)周期。

液冷板，通過(guò)電池或者模組與板型鋁質(zhì)器件表面接觸，并由內(nèi)部流道中通過(guò)的冷卻液帶走熱量，起到調(diào)節(jié)電池包溫度的作用。對(duì)于不同形態(tài)的液冷板，平面度測(cè)量受形態(tài)影響較大，供應(yīng)商往往需要開發(fā)獨(dú)自的非標(biāo)測(cè)試夾具以適配各自產(chǎn)品的檢測(cè)，精度很難提高，并且夾具本身較不穩(wěn)定，易發(fā)生批量問(wèn)題。而且在液冷板尺寸上的個(gè)別瑕疵，其后果足以導(dǎo)致該位置的電芯冷卻不充分。

此外，液冷板的與電池包托盤的尺寸精度往往互相影響，想要較好的測(cè)量不同零部件在電池托盤內(nèi)的裝配情況，僅依賴特定的非標(biāo)測(cè)量夾具是不充分的。

電池托盤的數(shù)字孿生裝配 來(lái)源：蔡司

蔡司ATOS ScanBox 可實(shí)現(xiàn)電池托盤的自動(dòng)化快速全點(diǎn)云測(cè)量，通過(guò)建立數(shù)字孿生模型，可以測(cè)量所有連接組件的尺寸及其對(duì)齊程度，將不同特征參數(shù)統(tǒng)一收集，并且與設(shè)計(jì)直接比對(duì)，得到最終的尺寸誤差情況。

不局限于檢測(cè)結(jié)果，蔡司在檢測(cè)電池托盤設(shè)備上經(jīng)驗(yàn)豐富，可以直接輸出數(shù)據(jù)分析。

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