動力電池系統如何降低成本？

增大電芯、結構件輕量化、提高自動化效率……

還有一個方法，取消電池模組。

在2019年德國法蘭克福國際車展上，寧德時代推出了全新的CTP高集成動力電池開發平臺（Cell To Pack），即電芯直接集成到電池包。

寧德時代并非國內第一個發布CTP技術的企業。早在7月9日，蜂巢能源就發布了該技術，此外國內還有比亞迪也在研發。

業內人士對CTP安全性、壽命、售后以及梯次利用提出了一些疑慮。不過，根據《電動汽車觀察家》的了解，電池企業對上述問題也找出了應對措施。

下面我們就來詳細了解下，CTP到底是怎樣的技術？為什么會有那么多電池企業選擇這一技術？未來這一技術能否成為新趨勢？

1、模組有什么用？

既然說是取消模組直接集成到電池包，那么就要弄清楚模組的作用。

所謂模組，就是將部分相關零部件構成一個模塊，也可以理解為一個零部件集合、總成的概念。例如傳統車輛的前端散熱器模塊，電子行業也會有功能集成模塊叫做模組。在電池包這一領域，將若干電芯、導電排、采樣單元及一些必要的結構支撐部件集成在一起構成一個模塊，也叫模組。

三元動力電池模組

早期部分動力電池包采用圓柱電芯，例如特斯拉采用7000多個電芯，如果直接組裝到電池箱體內部，其裝配復雜程度會大大增加，生產效率也會非常低，因此將部分電芯進行預先集成就變得十分重要。這也是電池模組產生的重要原因之一。

模組的另一個優勢在于，模塊化設計后便于售后維修，可以實現單個模塊或模組的更換。

正如硬幣的兩面，模組的應用也不得不增加部分額外的零部件，并且模組數量越多，附加零部件就會越多。這些額外增加的零部件都會導致電池包的成本、重量上升。

與此類似的是特斯拉。最初特斯拉采用10多個模組，如今在Model 3上面僅用了4個大尺寸模組，大大減少了冗余部件。此外，大容量方形鋁殼電芯的應用，電芯技術革新、生產一致性提高也為去模組提供了機遇。

2、CTP降本、提密度優勢明顯

取消模組到底能產生怎樣的效果？

寧德時代的數據顯示，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數量減少40%，生產效率提升了50%，電池包能量密度提升了10%-15%，可達到200Wh/kg以上，大幅降低動力電池的制造成本。

寧德時代CTP介紹

蜂巢的數據是，與傳統590模組相比，CTP第一代減少24%的零部件，第二代成組效率提升5-10%，空間利用率提升5%，零部件數量再減少22%。

蜂巢能源CTP介紹

僅從兩組宣傳數據，很難看出兩者技術的優劣，但兩家CTP在減少零部件、提升能量密度方面，確實表現不錯。

無模組的另一優勢在于，產品生產流程的簡化。蜂巢能源相關人向《電動汽車觀察家》介紹說，傳統技術是電芯通過一定框架結構構成模組，模組要進行下線檢測，然后進行存儲，轉運。如果PACK與模組不在同一廠區，還需要額外的存儲，進貨檢驗，上線檢驗等流程。這些工序過程都需要投入人力、設備、場地等資源。

采用無模組方案可以有效縮短產線、減少過程浪費，電芯在線堆疊在線檢測，直接放入電池箱體，大大減少流轉過程，同時減少了傳統模組的邊框焊接工藝過程。這其中，單是焊接設備就需要數百萬元。

3、業內人士的幾點疑慮

在很多業內人士看來，CTP并非新技術，以前多用于磷酸鐵鋰及客車領域，由于客車電池排布空間大，磷酸鐵鋰電池的穩定性較強，應用頗為廣泛。

但與客車+磷酸鐵鋰的組合完全不同，此次CTP技術大多會應用在乘用車領域，大概率是三元電池。例如寧德時代與北汽新能源合作，就是采用的三元電池。正因如此，一些業內人士對這一技術也提出了幾點疑慮。

○三元電池熱穩定性較差，如何提高安全性？

在某電池系統生產企業相關負責人馬先生看來，傳統電池包中，模組間存在一定距離，可以用作散熱。模組本身也有隔熱設計，對單體熱失控產生的熱流、氣流，以及噴發的導電物質采取了針對性的措施，對熱失控傳播有一定的抑制作用。CTP變成一個“大模組”，這部分空間預留會不會不夠？

蜂巢相關技術人員看來，散熱、隔熱好正是CTP的優勢所在。“早期模組采用磷酸鐵鋰電芯構成VDA規格長度355mm的模組，由于其穩定性較高，并未考慮預留足夠隔熱間隙；后期類似大眾MEB規格長度590mm的模組，則受限于規格影響，電芯間的隔熱緩沖材料選擇就受到限制，只能尋求一些小尺寸高性能的材料，為了滿足安全就得相對付出高昂的成本。”

該技術人員補充道：“相對而言，CTP因為減少一些零部件可以帶來更多的空間，且其自身尺寸受到限制相對較少，因此可以獲得相對較大的間隙空間，使得材料的選擇具有更多可能，從而實現成本降低。”

寧德時代對此的解決方案尚不清楚。不過也有相關車企電池部門負責人透露，寧德時代在電池包中也預留了一些空間，進行散熱，整體效果還可以。

○CTP會對壽命產生影響嗎？

針對三元電池來說，傳統模組有預緊力（電芯循環后會膨脹，如果不束縛會影響壽命；束縛過緊，同樣壽命減少或帶來安全問題）設計來保障電池的使用壽命，而且這個預緊力是經過實驗驗證了的。CTP的多電芯集成設計，增加了預緊力設定的難度，對電芯的壽命會不會有影響？

對此，蜂巢技術人員表示，蜂巢的CTP在集成技術繼承了傳統模組的集成經驗，直接通過箱體對電芯施加一定的預緊力，同時會應用靈活的空間優勢，允許電芯適當膨脹使得集成對電芯壽命的影響得到改善，使得電池系統的壽命有所提升。

蜂巢在法蘭克福參展的無模組電池包

○售后維護成本、梯次利用難度是否會增加？

馬先生認為，傳統電池包內部有模組，電池產生問題時可以通過更換電池模組解決；一旦無模組電池包出現問題，是不是要整包替換呢？這恐怕不是4S店可以解決的了，大概率要退回電池廠家維修，售后成本是否會大幅增加？

長安汽車歐尚研究院新能源動力技術副總工程師韓鋒也表示，一般退役的動力電池，并不是所有電芯都有損壞。在傳統有模組的電池包中，只需要挑出有損壞電芯的模組，其他沒有問題的模組可以直接進行梯次利用。但是沒有模組后，剔除損壞電芯的難度增加，梯次利用就很麻煩。

對于上述兩個問題，不知道寧德時代是否有解決對策。不過，蜂巢能源表示，他們的CTP技術已經考慮過這個問題，一方面，他們通過嚴格的工藝控制保證電芯一致性，來降低故障率；另一方面，他們的CTP可以在一定程度上實現電芯的拆卸，以方便維修和梯次利用。

確實，如果能對單個故障電芯做精準判定，并且單個電芯可以由一線維修人員拆解、替換，維修成本肯定比替換模組更低。

4、能否成為發展趨勢？

對于業內人士的幾點疑慮，無模組電池包似乎都能找到解決方案，這種方案真的會被越來越多的主機廠接受么？

韓鋒坦言，對企業來說，這一技術還是具備較強吸引力的。采用這一技術的寧德時代動力電池價格不再是高高在上，能夠與第二梯隊電池企業水平持平。“對于整車企業來講，自然希望以更低價格買到更好的產品。”

韓鋒認為，作為主機廠，首先要考慮的就是降低成本，尤其在補貼大幅退坡的情況下，整車企業的成本壓力會直接傳遞到電池企業，電池企業肯定要有應對方案。

目前來看，部分電池企業給出的CTP方案，電池包大約能降低0.1元/Wh。尤其在對價格要求極為苛刻的磷酸鐵鋰電池領域，這一降幅著實不少。

在動力鋰離子電池降低成本的過程中，出現過各種各樣的技術和路線，方式也不局限在電芯集成形式，還包括材料選用、工藝優化、標準化、大模組等。例如早期A123采用過扎帶；Leaf采用過軟包集成小模塊，集成大模塊再集成PACK；標準VDA355mm長度的模組是國外率先推出的，大眾推出了MEB590mm長度的模組；特斯拉更是搞出近2米長的超大模組。

CTP的動力電池包裝配的純電動汽車即將上市，哪個降本技術更好，市場應該會告訴我們答案。（完）