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電池連接系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 西典新能    2024-01-08

在動力電池及電化學儲能領域，鋰電池主要的技術進步來源于結(jié)構創(chuàng)新和材料創(chuàng)新，前者是在物理層面對“電芯—模組—電池包”進行結(jié)構優(yōu)化，達到兼顧提高電池包體積比能量密度與降低成本的目的，后者是在化學層面對電池材料進行探索，達到兼顧提高單體電池性能與降低成本的目的。

鋰離子電池傳統(tǒng)的應用形式包括“電芯—模組—電池包”三層結(jié)構，電池模組在電池包箱體內(nèi)排列，輔以管理系統(tǒng)和高壓元器件，組成完整的電池包。目前電池結(jié)構創(chuàng)新主要朝無模組化方向發(fā)展，減少零件數(shù)量降低成本，同時節(jié)約空間提高體積比能量密度。

作為電芯之間串并聯(lián)以及采集溫度和電壓等信號的連接傳輸組件，電池連接系統(tǒng)伴隨電池結(jié)構創(chuàng)新不斷迭代升級，主要體現(xiàn)在信號線路發(fā)展、集成工藝多樣化以及CTP/CTC 趨勢下產(chǎn)品尺寸增加等方面。具體如下：

①信號線路發(fā)展

早期鋰離子電池主要采用銅線線束作為信號線路，常規(guī)線束由銅線外部包圍塑料而成，連接電池包時每一根線束到達一個電極，當動力電池包電流信號較多時，則需要多根線束配合使用，對空間擠占較大。在電池包裝配環(huán)節(jié)由于線束較多、組裝較為復雜，且需要依賴人工將端口固定到電池包上，導致裝配自動化程度較低。

相較銅線線束，F(xiàn)PC 由于其高度集成、厚度較薄、柔軟度較高等優(yōu)點，在安全性、輕量化、布局規(guī)整等方面具備突出優(yōu)勢，裝配時可通過機械手臂抓取直接放置電池包上、自動化程度高，適合規(guī)?；笈可a(chǎn)。2017 年前后，F(xiàn)PC 開始小批量應用于新能源汽車動力電池連接系統(tǒng)，隨著 FPC 展現(xiàn)出的優(yōu)異性能以及規(guī)?；a(chǎn)后快速降本，F(xiàn)PC 替代傳統(tǒng)線束的進程明顯提速，目前 FPC 已經(jīng)成為動力電池連接系統(tǒng)的主要選擇。

FFC 為采用絕緣材料包裹多股銅絲絞合導體壓合而成的扁平型電纜，相較FPC 具有成本低廉、強度高的優(yōu)點，但由于 FFC 作為信號采集線路使用時存在加工難度較高的問題，目前在電池連接系統(tǒng)中尚未規(guī)模應用。未來，隨著 FFC在電池連接系統(tǒng)中應用技術的不斷成熟，其有望憑借低成本、高強度的優(yōu)勢成為動力電池連接系統(tǒng)的主要選擇之一。

②集成工藝多樣化發(fā)展

在公司推出絕緣膜熱壓 CCS 前，行業(yè)內(nèi)主要采用注塑托盤的集成方案，通過熱鉚或卡扣固定托盤、信號線路及銅鋁排。由于塑膠結(jié)構件較厚且重量相對較重，注塑托盤方案一定程度上影響電池成組效率與空間利用率。

絕緣膜熱壓 CCS通過熱壓工藝將絕緣膜與信號線路、鋁巴壓合為一塊薄片，與注塑托盤相比具有重量輕、空間利用率高、結(jié)構簡單等優(yōu)點，契合下游提升電池包成組效率和空間利用率的發(fā)展趨勢，適合大尺寸產(chǎn)品應用。近年來還出現(xiàn)了吸塑盤方案，采用較為輕薄的吸塑盤替代注塑托盤，也能有效降低重量、提高空間利用率。

③動力電池 CTP/CTC 發(fā)展使得電池連接系統(tǒng)尺寸不斷增加

動力電池廠商和車企在電池結(jié)構方面的研發(fā)創(chuàng)新始終圍繞著成組效率和空間利用率提升開展，致力于達到提升能量密度、降低成本的目的。過去幾年，電池包結(jié)構創(chuàng)新主要體現(xiàn)在通過增加標準化電池模組尺寸、減少模組數(shù)量等，提升電池包的空間利用率和系統(tǒng)能量密度，如從 355 模組向 590 模組、大尺寸模組演化。

由于模組的存在降低了動力電池包的空間利用率，影響成組效率，目前主流電池廠商已逐步采用 CTP 高效成組技術，跳過標準化模組環(huán)節(jié)，將電芯直接集成至電池包，突破傳統(tǒng)“電芯—模組—電池包”三層結(jié)構。根據(jù)寧德時代官方網(wǎng)站，以寧德時代 CTP 技術為例，通過簡化模組結(jié)構，能夠使電池包空間利用率提高 20%~30%，零部件數(shù)量減少 40%，生產(chǎn)效率提升 50%。

在 CTP 基礎上，行業(yè)內(nèi)部分電池廠家、車企已開始布局 CTC 技術，將電芯直接集成至汽車底盤，可省去模組、打包過程，實現(xiàn)更高程度集成化，進一步提升新能源汽車續(xù)航里程。

上述大模組或 CTP/CTC 發(fā)展趨勢對電池連接系統(tǒng)設計、生產(chǎn)制造工藝水平均提出了更高的需求，電池連接系統(tǒng)尺寸需相應增加，同時進一步提升集成化水平，簡化結(jié)構的同時提高空間利用率，以適應電池成組技術發(fā)展需求。