新动力轿车职业由“油改电渠道”向“纯电动渠道”的改动后，动力电池作为纯电动新动力整车中质量最大、本钱最高的核心部件，对整车续航路程、磕碰安全性、行进性影响更加凸显。以动力电池为主的全新电动渠道带来了轻量化、智能化、网联化等许多方面的改进，集成技能在其间的重要性更加凸显，本文从动力电池与整车在结构、热办理、高压电气体系、低压操控体系集成方面，论说了新一代动力电池与整车立异集成的首要开展方向及应战。

　　在新动力职业蓬勃开展的初期，各家OEM 发布了许多“旧瓶装新酒”的油改电新动力车型，因其产品接连着传统油车的空间布局和造型规划，电池体系在整车的布局处处受限，产品力低下，用户体会欠安。跟着以特斯拉为代表的新势力“全新的智能化电动车渠道”发布，匹配着一代电池技能，在全球范围内快速掀起了一场全新的绿色工业革命。在这种原生纯电动车根底上，电池组得以更高效、规整的装置在最理想的空间方位，三电体系可以更合理的布局，整车的电子电气架构及热办理规划完结了更高效的集成，使得车辆的能效、续航、智能化等维度产品力极大加强。

　　据中国轿车工业协会核算，2021 年我国新动力轿车全年产销两旺，出售完结 352.1 万辆，同比增加 1.6 倍，接连 7 年位居全球榜首，整个新动力轿车工业正处于技能革新驱动、生态重塑转型的要害阶段 。我国向来注重新动力工业的布局与开展，在这次革新中呈现出了一批优异的自主研制规划的优异企业，许多立异技能引领着职业开展方向，其间动力电池作为电动轿车的核心部件，其功用好坏直接决议了整车的本钱、续航、安全牢靠性、运用寿数等各类方针。

　　现在干流液态锂离子电池资料技能阅历曩昔几年的快速开展，能量密度的前进与本钱下降现已前进相对安稳的开展阶段，动力电池与整车集成功率进一步前进可以为整车带来显着的轻量化、节能化、智能化及低本钱边沿效益。多个研讨机构和企业近几年要点研讨并发布了 pack 级或体系级的新技能，特别是在如电池轻量化、热办理集成化、高低压体系集成化等集成化方面取得许多立异的技能前进。别的电池自身作为机械、化学、热力学、电气耦合的杂乱调集零部件，集成技能开展方向将触及更精细的尺度操控，多功用合一、空间同享、化繁为简等多维度更精细化的规划平衡与跨界交融。

　　动力电池结构集成指经过车辆的结构件或功用部件与动力电池进行结构共用、功用交融，以到达削减零部件总数，削减空间，下降本钱并能前进整车强度与完结更高效的热办理功用的集成技能。现在动力电池职业干流技能为 CTP（Cell to Pack，电芯到电池包）技能，有向 CTC（Cell to Chassis，电芯到底盘）技能演进的趋势，如图 1 所示。下面详细介绍 CTP 技能和 CTC 技能。

　　CTP 技能由宁德年代在 2016 年已有榜首代商用车发动运用，2019年下半年乘用车推出，指电芯越过模组，直接集成在电池包中，在技能层面完结了两个维度的晋级。一是结构件集成功率前进，撤销了模组结构件，选用电池包结构梁承载；二是功用交融前进，水冷板与底版共用，电池包上盖自带隔热保温功用。使得体系体积运用率前进、体系能量密度前进、零部件数量削减，然后下降了本钱。

　　CTP 技能阅历了几代开展，现在可将箱体结构件、加热设备、冷却设备、高压保护设备等高度集成，Pack 能量密度可达 230Wh/kg，比传统 Pack140Wh/kg 前进 60% 以上。

　　如图 2 所示，宁德年代榜首代 CTP 经过选用虚拟大模组，端板结构等技能，前进了Pack 集成化程度，能量密度可到达 180Wh/kg 以上；第二代 CTP 经过 Pack 下箱体分区规划，去除端板结构，一起可兼容 NP 技能（不热分散技能）和 AB 电池等，能量密度可到达 200Wh/kg 以上；第三代 CTP 技能经过水冷版侧置，即起到隔热功用，又加强了体系的冷却才能，使得高倍率快速充电成为或许，能量密度可到达 250Wh/kg 以上，计划于 2023 年量产。

　　宁德年代第三代 CTP 技能，称为麒麟电池。其撤销横纵梁、水冷版、隔热垫本来各自独立的规划，集成为多功用弹性夹层，内置微米桥衔接设备，一起具有支撑、水冷、隔热、缓冲四大功用；此外麒麟电池电芯摆放选用倒置办法，开创性的让多个模块共用底部空间，将结构防护、高压衔接、热失控排气等功用进行智能散布。宁德年代发布的最新参数标明，体积运用率达 72%，能量密度 255Wh/kg，一起快充功用到达 10 分钟充电 10% ～ 80%SoC 的才能。

　　CTP 技能的优势清楚明了，但跟着集成功率的逐渐前进，在高压安全、热办理、采样及算法操控方面给规划、制作带来了巨大应战。详细有：（1）结构件选用高强铝型材，揉捏、焊接工艺；（2）水冷板规划、水道流向、水流支路流量及制冷量分配；（3）电池包内部温度与外部环境温度隔绝规划；（4）电气空隙、爬电间隔、绝缘规划匹配；（5）电芯采样及操控精度，绝缘规划及检测等。

　　为了应对以上应战，需求电池厂家具有很强的开发验证及出产制作才能，跟着车厂逐渐注重电池体系和整车匹配技能，职业大将目光投向 CTC 技能，期望经过 CTC 能进一步前进车辆的全体功用。

　　电池包技能从 CTP 开展到 CTC，零件的外形、原料、组合办法等都随同电池集成技能的前进发生改动，全体的方向是一体化、集成化。在乘用车和商用车上，都有新一代的产品发布。

　　2020 年 9 月，特斯拉发布了与 4680 圆柱电芯匹配的 CTC 技能，引发了职业重视。电池上盖与车身地板集成为一个部件，车内座椅直接装置在地板上。为车内增加了 10mm高度空间。从结构原理上看，其电芯底托板、电芯安置均为 CTP 技能，只是在电池包上盖上做了集成，特斯拉称可为车辆下降 10% 车重，削减 370 个零件，单位本钱下降 7%。2022 年 4 月和 5 月，零跑轿车和比亚迪轿车发布的 CTC 和 CTB 技能原理与特斯拉千篇一律，称可经过电池包结构件与车身结构件交融，前进车辆改变刚度。

　　商用车如客车、货车等，一般为大电量（电量 200kWh~450kWh）规划，选用多个电池包经过串并联得到所需电压和电量，体系规划杂乱，经过支架装置，导致空间运用率低。

　　以客车为例，现有电池装置在车辆下部，如图 5a，导致人员站立方位有台阶，人员上下车辆不方便。新一代电池装置在车辆顶部，如图 5b，电池选用模组到车辆的集成办法，与车辆一体化规划，体积运用率前进 40%，分量能量密度前进 10%，并可协助整车减重150kg。

　　综上所述，CTP 技能已被广泛运用，经过 3 代技能的迭代立异，在乘用车上续航已可打破 1000km。CTC 技能现在处于快速开展阶段，乘用车厂家发布的 CTC 不谋而合的选用了电池上盖与车身地板集成的办法，与真实意义上的 CTC 还有较大间隔；商用车的CTC（MTV）技能，运用优势显着，开展前景宽广。

　　跟着新动力轿车不断向高能量密度、高能量功率转化和高集成度开展，三电体系（电池、电机、电控）的热办理需求日积月累，现已关系到新动力轿车的全体安全和功率问题，一起新动力车辆的冬天的路程焦虑与安全事故频发一直是阻止职业开展的痛点问题。在传统燃油车中，因为冬天可以选用发动机余热进行供暖，车载空调仅需考虑夏日制冷运用即可，但关于纯电动轿车而言，发动机余热的缺失导致车辆冬天供暖的需求尤为急迫，别的环境温度对电池的功用方针有显着影响，温度过高或过低不但是驱动力电池的功用方针大幅度下降，对运用寿数和安全系数也是有较大损害，因而怎么更高效的热办理体系至关重要，促进了一体化集成式热办理体系的提出、晋级和演化。

　　现阶段新动力轿车热办理体系正阅历从惯例单冷空调技能到热泵空调技能的体系架构改动晋级的过渡阶段。热泵空调可以简略类比咱们平常抽水的水泵，两者概念意思相同，热泵空调作业进程并不只会搬运热量，夏天的凉气相同可以，不过比较单冷空调，其本钱更高。

　　新动力轿车传统的热泵空调技能首要由乘员舱热泵空调机组，电池专用热办理机组及电机电控热办理机组三套散布式体系一起构成；乘客舱的温控首要依靠热泵机组来源于空气的热量进行供暖 / 制冷，考虑到环境温度对热泵机组体系的功率影响，在较低温度需求给乘客室升温时，需合作 PTC 供暖；电池、电机电控则依靠于各自独立的专用热办理机组供暖 / 制冷。为了进一步前进热办理效能与整车空间运用率，把空气、电机电控和电池的余热废热更高效的耦合运用，集成式的三源热泵技能是现在职业界整车热办理术要点研讨的处理计划方向之一。

　　运用热泵、收回、Free-Cooling &Heating、超级阀及含糊操控技能完结三电体系与空气之间废热搬运 / 转化和低品质热的前进对驾驭室和电池进行加热或许冷却，大幅削减车辆体系 PTC 加热的电量耗费，处理或许缓解电动车冬天路程衰减的问题，而且现已在许多商用新动力货车上配套运用。三源热泵体系依据运转方式和温区的不同，热泵的热源可以在：电机电控，电池及空气间自在切换。针对新动力车辆在运用的不同工况，均可以匹配对应的操控战略，使功率到达最优。图 6 列举了冬天低温驾驭方式下三源热泵的作业原理：外界环境温低、驾驭室座舱需求加热、电池需求加热、电机电控需求冷却。

　　新动力轿车热办理集成技能的开展趋势是将乘客舱的舒适性与三电体系的精准温控要求进行深度耦合。跟着电池体系热办理界面的规划将与整车耦合交集越来越深化，新一代绿色制冷剂运用、电池整车热办理功用一体化、BMS 与整车热办理操控智能化将成为未来热办理集成体系的要害研讨课题。

　　新动力轿车由许多高压部件组成。跟着新动力轿车的开展，高压电气集成是节约整车空间、前进产品可制作性、完结降本的必要手法。一起在电气集成度逐渐前进的进程中，也需求要点重视电气体系的功率、安全性、牢靠性和快捷性。现在高压电气集成化推动的首要方向是子体系集成及零部件集成。

　　新动力轿车要害零部件首要有整车操控器（VCU）、电池及电池办理体系、高压配电箱（PDU）、驱动电机、电机操控（MCU）、减速器、高低压电源转化器（DCDC）、车载充电器（OBC）、加上客车用的气泵操控器、油泵操控器等，如下图 7 所示。

　　跟着新动力技能的不断推行与运用，新动力部件由简略集成向高度集成化开展，多合一集成化电驱动体系在电能转化功率、机械空间紧凑化、线束精简化、本钱等方面具有优势。现在新动力部件集成化首要可以分红两条道路：

　　一条道路是电驱动体系和高压电附件独立集成。电驱动体系依据驱动电机、减速器、电机操控器的不同集成组成出常见二合一或三合一。高压电附件依据低压电源转化器、车载充电器、高压配电箱、气泵操控器和油泵操控器的不同集成组成出常见二合一、三合一或五合一。

　　另一条道路是电驱动体系与高压电附件高度组合集成，常见的有二种办法：榜首种是电机操控器、高压配电箱、高低压电源转化器、车载充电器集成四合一；第二种是电机操控器、高压配电箱、高低压电源转化器、气泵操控器和油泵操控器五者集成五合一。

　　跟着新动力技能的不断立异、交融，商场推出更高集成度的七合一电驱动体系（如下图 8），该体系直接集成了电机操控器、驱动电机、减速器、高低压电源转化器、车载充电机、高压配电箱和电池办理体系等七大部件，完结了机械部件和功率部件的深度交融。

　　为了更进一步前进集成度规划电驱动体系八合一（如下图 9 所示）近期也发布于市，其交融了驱动电机、驱动电机操控器、减速器、高低压直流转化器（DCDC）、双向车载充电器（OBC）、高压配电箱（PDU）、电池办理器（BMS）、整车操控器（VCU）等八大部件为一体。体系全体功率密度前进近 20%，分量和体积下降达 15%，归纳功率可完结89%。

　　不管电驱动体系与高压电附件选用独立集成仍是高度集成计划，均在必定程度上完结了降本增效，并进一步前进了产品安全性和牢靠性。但高压电气集成化也存在结构、电气和操控战略方面的难点。

　　关于结构方面，高压集成计划经过一体化压铸、焊接和机械衔接等工艺构成，需求处理轻量化、强度、散热等问题。关于轻量化和结构强度方面，可以经过三个方面完结：一是在资料方面选用高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维增强复合资料等新资料的运用；二是在结构上选用薄壁化、中空化，复合化来完结轻量化，增强结构强度；三是在加工工艺上选用冲突焊接、超声冲击处理等办法。关于结构散热，可以选用同侧化或同层次、低扬程规划，前进流道结构流畅性和换热才能结构规划，尽或许削减体系流阻，并在结构和空间上完结与其它部件隔绝，削减热传递和热辐射对其它部件的影响。

　　关于电气方面，电气部件（特别是功率部件）作业时各自会发生电磁场，集成规划因时空上的交集简单引发搅扰，集成化程度越高，电磁兼容性（EMC）问题就越杰出。EMC 问题可以从 EMC 发生的三要素（源头、途径、设备）进行阻断和削弱。对搅扰源头经过隔绝、滤波处理遏止，对传达途径经过屏蔽、滤波和接地处理进行堵截，关于设备经过接地、硬件扩频等办法降敏、隔绝处理。

　　关于操控战略方面，在前进集成体系总体能效，前进部件作业于高效区间占比方面是操控的难点，故可以从三个阶段着手：首要从高压部件规划或选型着手，尽或许使高压部件额外电压根本一起；其次，依据电池、电控和电机功用特性进行典型工况、环境条件下的仿真和测验优化，使体系取得最佳匹配；最终，引进自学习算法，依据用户运用工况、运用习气、运转环境条件、体系自学习拟定最佳的操控战略和操控办法，完结因人而异，精准施策，最大程度上下降能耗，前进车辆运用经济性。

　　全新的纯电动渠道引进了许多新的电气零部件，零部件的零部件的集成化趋势越来越明晰，典型的高压零部件集成包含：高压衔接巴片与电芯电压采样线集成、手动保护开关（MSD）与熔断器集成、熔断器 + 继电器集成、高压衔接器集成等，这类集成可以有用的带动零部件本钱的下降、安全牢靠性前进，并为智能化制作奠定了杰出的根底。

　　高压衔接巴片 + 电芯电压采样线集成较传统的模组规划计划，削减了模组出产进程中巴片和高压采样线焊接的工序，然后避免了工序中的 particle 发生。别的因为巴片与采样线集成性，也前进了电芯采样的安稳性。在电池包的全生命周期中，电芯会跟着容量衰减、产气使其内部胀大力增大，导致电芯呈现相对位移，拉扯高压衔接巴片和电芯电压采样线。故在前期的规划环节，需求对电芯全生命周期的胀大力及相对位移量进行核算，预留满足的安全空隙，保证高压衔接巴片和电压采样线全生命周期的牢靠性。

　　手动保护开关（MSD）+ 熔断器集成较非集成规划，可以节约许多的安置空间，有助于产品进一步前进体积运用率。熔断器的温升对其寿数的影响很大，在过流条件下会发生许多的热，集成之后存在热量无法发出的问题。产品规划的时分，需求考虑熔断器散热。首要的散热办法有：（1）熔断器接线柱导电面积做大，加速散热；（2）MSD 外壳选用铝外壳，内部填充导热资料加速熔断器散。

　　熔断器 + 继电器集成计划可以一起完结继电器的功用（断高压，且可恢复）和熔断器的功用（反常状态下快速、安全的堵截高压）。在完结体积运用率前进的一起还具有智能化的通断操控，依据整车供给的指令（如磕碰、热失控信号），完结毫秒级的快速断高压。因为带电的堵截，会影响整车其他部件的正常运用，或许存在必定的行车安全隐患，故关于断高压的断定逻辑，需求结合整车的操控战略一起拟定。

　　传统高压衔接器为单 PIN 规划，以新动力电池体系中的高压盒为例，经过将一切高压接口，由一个集流排 + 多个格兰头的办法进行集成，可以大大节约衔接器的安置空间，一起起到必定的降本。集成高压衔接器需求考虑将多个不同电气特性的高压衔接器集成在一个面板中，需求考虑预留满足的爬电间隔和电气空隙，一起要保证结构空间的最大运用率。

　　运用在电动轿车的体系不断寻求高体积运用率和能量转化率。跟着各高压零部件和子体系牢靠性前进，高压子体系集成和高压零部件集成已大批量的运用到各类车型，而子体系已越来越多从四合一、五合一往七合一、多合一集成化。高度的集成化同步前进了大体系的牢靠性，下降全体本钱。

　　在轿车“新四化”（电动化、网络化、智能化、同享化）开展趋势下，传统的散布式轿车电子电气架构因为其通讯架构的杂乱 性、 电子操控单元（Electronic ControlUnit，ECU）的多样性逐渐暴露出许多问题，例如：无法完结多路实时高速通讯、高实时操控，ECU 数量过多乃至到达瓶颈，总线长度、接口数量和本钱无法有用优化削减，一起线束衔接故障率占比高。因而规划一个高功用、高集成、高牢靠且功用完全的硬件处理器（域操控器）成为了一个新的开展趋势，走在前沿的各大轿车厂商开端测验将一些功用类似、别离的 ECU 集成到一个域操控器渠道上。而动力电池体系的核心部件电池办理体系（Battery Management System ，BMS），也依据整车不同的域操控器架构需求集成在不同的域操控器中。

　　2017 年德国博世发布其在整车电子电气架构方面的战略图，将整车电子电气架构的开展划分为三大类：散布式轿车电子电气架构、会集式域交融架构、中心会集 + 云核算架构计划，并提出经典的五域会集式电子电气架，将轿车功用划分为 5 个域：动力域、底盘域、车身域、座舱域、自动驾驭域。在电动轿车范畴，跟着轿车智能化需求的不断前进，各大轿车厂商进一步提出域交融产品处理计划。

　　现在电池办理体系相关的整车域控会集技能正处于会集式域交融架构向中心会集 +云核算架构开展阶段，电池办理体系（Battery Management System，BMS）可依据整车不同域控架构需求集成在底盘域控、动力域或网关、智能驾驭域控或网关中。现有如下 3种不同处理计划。

　　计划二：动力电池仅采样模块留在 Pack内部，其他功用移出 Pack，BMU 可依据需求和 VCU、MCU 等整车其他部件集成域操控器，现在市面上，部分商用车或 CTC 项目上已开端测验该种处理计划。该集成计划具有如下技能优势：① 可将电池、电机、电控等多个低压操控模块在物理上完结集成，完结至少 15% 以上的物料削减；

　　本文首要介绍了现在职业界整车结构、热办理、高压电气体系及低压操控操控集成方面最新的整车一体化集成的技能与开展趋势，许多先进技能也已逐渐商用落地，技能革新会为顾客带来全新的乘驾体会。怎么在电池包有限空间内做好各模块功用的协同集成，怎么将电池包与整车更高层级的进一步的体系交融仍将是未来职业的要点立异开展研讨方向，集成技能继续交融立异可以给新一代智能网联纯电座舱带来连绵不断的本钱下降与功用前进源动力，进一步推动全面电动化的年代的到来，助力轿车职业“碳达峰”“碳中和”方针的提前完结。

　　声明：本文由入驻搜狐大众渠道的作者编撰，除搜狐官方账号外，观念仅代表作者自己，不代表搜狐态度。