广东众森胡莓坤：电池包轻量化应用和解决方案

在NE时代、凌傲咨询联合举办的“2023xEV电池技术论坛暨新能源光储充融合产业大会”上，广东众森实业发展有限公司技术总监胡莓坤就《电池包轻量化应用和解决方案》进行了主题报告。

 演讲嘉宾： 广东众森实业发展有限公司技术总监 胡莓坤

报告聚焦在电池包轻量化背景和众森轻量化方案两大部分。

电池包轻量化背景

纵观电池包轻量化过程，其实就是在一减一增的路上不断前进的路程，减的是电池包重量，增加的是续航里程和空间。

新能源汽车行业处于高速发展阶段，对续航里程要求越来越高。在整车电量既定的前提下，电池包作为三电系统的核心之一，其轻量化直接影响续航和里程。

如何做到电池包的轻量化？有两个方面，首先是提高单体能量密度，其次是做好电池包结构设计轻量化，主要围绕结构设计和材料应用两个大的方向。

轻量化过程中，电池包结构从传统复杂的框架结构，逐渐向轻量化、一体化结构演变，使用的材料从传统金属材料演变为如今的钢+复合材料或者纯复合材料结构。这种演变在增加布局空间同时，也让整车的续航里程从250km左右转变到如今的500-800km。

电池包轻量化演进的三个重要方向。

首先是箱体结构演进。

从CTM到CTP再到CTC、CTB的过程。CTP相对于CTM来说体积利用率提高15%-20%，零部件减少40%，生产效率增加50%。演化到CTC/CTB阶段，将电芯直接集成在底盘上，每GWh投资将直接减少55%，空间利用率提升35%。

其次是材料演变。

材料变化也是一增一减，增加的是产品材料的物理、化学性能以及力学性能、结构性能等，减少的是产品重量。箱体材料演变经历了从钢材到铝合金最后到复合材料的演变过程，当前使用的轻量化高性能复合材料具备较好耐腐蚀性、耐候性、耐磨性，具备更好的热管理和热控制能力，成型加工更简单高效。

目前电池包中广泛应用的复合材料有玻璃纤维增强塑料+改性树脂等复合而成的复合材料。复合材料优势非常明显，可以快速响应客户需求，快速提高材料性能，成本得到更好控制。

最后是成型工艺提升。

结构和材料演变带来的是工艺提升，工艺进化同时也会反哺生产效率、产品质量以及制造成本。传统的电池箱体使用钢材、铝合金进行冲压、焊接、滚轧、挤压等一系列工艺，伴随着一系列的品质问题，例如强度及密封性不足，熔深不够、裂缝、气孔大致使电池漏液。而复合材料轻量化方案得益于工艺优势，在提升产品品质和一致性的同时还能够更高效的大规模高性能量产，可以更大程度上进行成本控制。

众森轻量化方案

众森轻量化产品系列主要集中在高性能复合材料领域，复合材料的特征是高强轻质、优异的物理&化学性能，在做到更高效规模化生产的同时还能更好地进行成本控制。

众森轻量化产品主要聚焦于四大产品，一是电池箱体上盖，二是电池托盘，三是CTB集成化电池上盖，四是电池底护板。

动力电池箱体上盖及托盘。

以上图为例，上面是传统的金属材料箱体上盖，厚度1mm，重量10KG，由于金属材料特性和加工工艺特性，产品会具有一系列品质问题，熔深、焊缝、漏液等。众森针对该款产品做了复合材料轻量化方案，保证厚度不变的同时，重量从10KG降低到2.5KG，降幅高达70%，对续航里程贡献较大。产品上盖和托盘采用的是众森自主研发的玻纤预浸料，通过PCM一次模压成型。众森自主研发的玻纤预浸料特点很多，首先从耐压性来看，能够做到60s持续3000V条件下无击穿、无跳火，漏电电流小于3mA，其次具备非常优良的绝缘性，绝缘电阻大于50GΩ。这款产品在通过主机厂一系列性能测试的同时，也具备非常优异的结构性，拉伸强度超过50MPa，拉伸模量超过250GPa，阻燃等级达到UL94 V0级。这款产品采用了PCM模压一次成型工艺，得益于工艺的优化，产品单件节拍可以做到5min./Pc，单台设备年产能6W套。

电池底护板。上面是传统的金属材料底护板，重量偏重的同时，耐候性比较差，这是金属材料的特性，没办法改变。众森据此进行了复合材料轻量化优化设计，根据定制化需求开发了两款复合材料三明治结构的底护板。动力电池护板1是第一款轻量化产品，采用高强度钢板跟玻璃纤维复合板复合而成的三明治结构底护板，表层材料采用玻璃纤维与PP树脂在线复合而成的热塑性复合板，玻璃纤维含量超过60%，所以具备非常优良的力学性能，在达到轻质高强特点的同时，又具备良好的耐老化性和耐腐蚀性。动力电池护板2也是三明治结构，针对复杂场景开发的护板，其结构包括高强度钢板、玻璃纤维复材板、PP纤维蜂窝板，夹芯层采用的PP蜂窝板具有六边形或者是圆形的蜂窝结构，这种蜂窝结构的目的是为了更大程度地增加产品的韧性、抗冲击性，由于这种特殊的蜂窝结构，更有效地吸收能量和抵抗冲击。

中间为产品的实物图，经过轻量化设计之后，这两款产品减重幅度超过30%，结构性能也比较好，拉伸强度超过500Mpa，面板弯曲强度大于100Mpa，同时平均辊筒剥离强度大于100（N·mm）/mm。鉴于市场对这款产品的巨大需求，众森自主开发了自动化热压成型生产线，年产能能够达到300万件。

CTB&CTC动力电池上盖。众森用钢+复材结构替代了原来纯钢材结构，为什么没有采用纯复材结构呢？因为在达到减重目的的同时，还要保证这款产品优良的韧性跟抗穿击性。这款产品原来厚度是1.5mm，整体重量是24kg，我们在保持它的厚度不变的情况下，使用轻量化结构，重量降到14kg，整体减重幅度达到40%。这款产品也是采用自主研发的玻璃纤维复合板材，能够做到在1000度情况下持续灼烧30分钟，仍然能够保证良好的产品结构完整性。绝缘性非常优良，以50GΩ作为标准。产品的部分关键性能，拉伸强度超过480Mpa，弯度强度超过300Mpa，弯曲挠度小于3.0mm，剥离强度大于180（N·mm）/mm。采用PCM模压一次成型工艺，能做到小于5min/Pc，单产设备年产量能达到6.8万。

电池包轻量化已是大势所趋，除了现有的提升和进步之外，安全性、成本等需要进一步优化。安全性是如何更优化电池包结构设计，如何开发更先进的材料，在做到高强轻质的同时更好地保护电芯，减少安全事故发生的频率，甚至是杜绝。展望未来，轻量化将继续聚焦在材料的创新、结构优化和工艺创新以及集成化技术创新。

结构优化方面，随着计算机技术和仿真技术的进一步发展将有更多的发挥空间，进一步减少电池包的冗余结构和加强强度，更大幅度地提升性能和减轻重量。工艺创新方面，需要降低成本，同时提高降低产品品质，成本和效率是整个行业一直在关注的重点。集成化技术创新，整体的发展趋势是做到更大范围的集成化，更大范围的模块化，更大范围的一体化，在将来的集成技术中，会把更多的零部件和电池包集中在一起，在更大幅度地减重的同时，给电池包提供更好的性能以及更好的安全性。

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