受世界范围内能源危机和环保节能理念的影响， 新能源汽车迅猛发展。 目前， 由于充电时间过长、 续航里程过短、 热失控易引发自燃、 更换电池成本高等因素， 之前的动力电池技术制约了新能源汽车的普及。 采用无模组技术可以有效提升电池能量密度和延长使用寿命， 从而进一步提升动力电池整体性能。

1 引言

截至 2019 年底， 国内新能源车保有量 381 万台。 新能源汽车指使用氢能源、 太阳能、 动力电池、 石墨烯等作为动力源， 在动力系统及驱动系统采用先进技术， 具备新型结构、新技术的汽车。 新能源汽车的快速发展， 带动了人们对动力电池的巨大需求， 动力电池对新能源汽车的续航、 充电和安全起着决定性的作用。 动力电池的成本占整车成本的40%以上， 具体可分为铅酸电池、 镍镉电池、 镍氢电池、 锂离子电池、 燃料电池等 。

2015—2018 年， 动力电池主要为三元电池和磷酸铁锂电池， 减少“模组” 成本未能从根本上降低动力电池的成本，无模组的技术已经成为一种有效改善当前动力电池的能量密度的方法， 不仅提高容量利用率和减少电池组的零件的数量， 还提高了生产效率。

2 CTP 技术概述

2.1 CTP 技术的概念

模组指将若干关联的零部件组成模块， 在电池包（ Pack）由若干个模组、 BMS、 配电模块组成， 动力电池模组是将 N支电芯、 采样单元、 导电排和必需的结构部件集合于一体的模块。

比如特斯拉将 7 000 多支电芯预先集成若干个模块，模块中集成了部分电芯， 最后安装在电池箱体内部。 通过这种模组工艺大大降低了装配复杂程度， 生产效率也得以提升。 此外， 模块化设计有利于动力电池维修保养， 方便更换模块或模组， 所带来的个别问题是模组的应用增加许多其他零部件， 致使电池包（ Pack） 的质量增加、 成本增加。

无模组技术（ CTP 技术） 全称为 Cell To Pack， 是减少或去除电池“电芯-模组-整包” 的三级 Pack 结构的技术。 目前有两种不同的技术路线： 以比亚迪刀片电池为代表的彻底取消模组的方案； 以宁德时代 CTP 技术为代表的小模组组合成大模组的方案。

2.2 CTP 技术的优势

2.2.1 轻量化

CTP 技术可以最小化电池组内部结构， 如侧板、 底板紧固件、 连接器、 纵梁、 横梁等模块之间的部件， 实现电池的轻量化。

2.2.2 电池能量密度高

CTP 技术主要从质量比和体积比这两个维度， 提升能量密度。 宁德时代 CTP 技术的重能密度比可达 200 W·h/kg，比亚迪的 CTP 技术将其能源密度提高了 50%。

2.2.3 成本低

CTP 技术可以大大降低动力电池的成本。 比亚迪的刀片成本包括电池组本身的控制成本、 简化制造和组装过程等因素， 这些因素使不良率降低了 20%～ 30%； 宁德时代生产效率提高 50%带来的积极影响， 显著降低了成本。

3 CTP 技术在动力电池中的应用分析

3.1 比亚迪 CTP 技术

比亚迪刀片电池， 基于前壳电池， 使电池“长” 和“薄”的形状与刀片类似， 如图 所示。 比亚迪有五种不同的电池规格。 这种电池与目前的方壳电池相比， 高度没有变化， 厚度比软壳电池略厚。 主要的变化是长度， 由 435 mm 增加到2500 mm。

比亚迪刀片电池

电池的制作依赖于 CTP 技术， 一方面， 该技术提高了电池组的内装空间利用率， 提高了内装功率； 另一方面， 它减少了背包的质量， 提高了整个背包的能量密度。 刀片电池基于磷酸铁锂技术的创新， 具有启动放热温度高、 温升慢、 产热少、 不释氧等优点。

此外， 叶片电池变长变薄，表面积也增加， 整体散热更好。 电池的短路电路相对较长，产生的热量较少， 所以刀片电针的性能是非常完美的。 结合比亚迪的综合高温“陶瓷电池” 技术， 刀片电池的安全性得到了极大提高。 除了高安全性外， 叶片电池还具有续航时间长、 强度高的优点。

3.2 宁德时代 CTP 技术

宁德时代推出了全新的 CTP 高集成动力电池开发平台，即将电池单体直接集成到电池组中。 与传统的电池相比，CTP 电池组的容量利用率增加 15%～ 20%， 零部件的数量减少了 40%， 生产效率提升了 50%， 电池的能量密度提高10%～ 15%， 这将大大降低动力电池的制造成本。电池组由至少两个大模块组成， 每个模块通过紧固件连接到电池托盘上， 最后将电池组固定到不同的横梁上。

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