新能源汽车行业从“油电平台”向“纯电动平台”转型后，动力电池作为纯电动新能源汽车中质量最高、成本最高的核心部件，对整车续航里程、碰撞安全性、行驶性的影响更加突出。以动力电池为主的全新电动平台带来了轻量化、智能化、网络化等诸多方面的改进。集成技术的重要性越来越突出。本文从结构、热管理、高压电气系统、低压控制系统集成等方面探讨了新一代动力电池与整车创新集成的主要发展方向和挑战。

在新能源产业蓬勃发展的初期，OEM发布了大量“旧瓶装新酒”的油电新能源车型。由于其产品延续了传统油车的空间布局和造型设计，电池系统在整车布局上处处受到限制，产品实力低下，用户体验差。随着以特斯拉为代表的新生力量“全新智能电动汽车平台”的发布，与一代电池技术相匹配，一场全新的绿色工业革命在全球范围内迅速掀起。在这种原始纯电动汽车的基础上，电池组可以更高效、更规则地安装在最理想的空间位置，三电系统可以更合理性化。

目前，随着近年来主流液态锂离子电池材料技术的快速发展，能量密度的提高和成本的降低已经进入了一个相对稳定的发展阶段。进一步提高动力电池和整车的集成效率，可以给整车带来显著的轻量化、节能化、智能化和低成本边际效益。近年来，许多研究机构和企业专注于研究和发布pack级或系统级的新技术，特别是在电池轻量化、热管理集成、高低压系统集成等方面取得了许多创新的技术进步。此外，电池本身作为机械、化学、热力学、电耦合等技术。

图1电芯到底盘的成组路径。

CTP技术。

CTP技术于2016年首次应用于宁德时代商用车。2019年下半年推出乘用车，指的是电池跳过模块，直接集成在电池组中，在技术层面实现了两个维度的升级。一是提高结构件的集成效率，取消模块结构，采用电池组结构梁承载；二是功能融合升级，水冷板与底版共用，电池组上盖自带隔热功能。提高系统体积利用率，提高系统能量密度，减少零件数量，从而降低成本。

CTP技术经历了几代人的发展，目前可以将箱体结构、加热装置、冷却装置、高压保护装置等高度集成，Pack能量密度可以达到230Wh/kg，比传统Pack140Wh/kg提高60%以上。

如图2所示，宁德时代第一代CTP采用虚拟大模块、端板结构等技术，提高了Pack集成度，能量密度可达180Wh/kg以上；第二代CTP可以兼容NP技术(不热扩散技术)和AB电池等，通过Pack下的箱体分区设计，去除端板结构，同时可以达到200Wh/kg以上的能量密度；第三代CTP技术通过水冷版的侧面，既起到隔热作用，又增强了系统的冷却能力，使高倍率快速充电成为可能，能量密度可达250Wh/kg。

CTP技术在宁德时代的演进。

宁德时代第三代CTP技术被称为麒麟电池。它取消了横梁、水冷版、隔热垫原有的独立设计，集成成多功能弹性夹层，内置微米桥连接装置，同时具有支撑、水冷、隔热、缓冲四大功能；此外，麒麟电池的电池芯采用倒置的方式排列，开创性地让多个模块共享底部空间，智能分布结构保护、高压连接、热失控排气等功能。宁德时代发布的最新参数显示，体积利用率为72%，能量密度为255Wh/kg，快充性能为10分钟充电10~80%。

图3宁德时代麒麟电池的内部结构。

图4特斯拉CTC结构图。

CTP技术的优势是显而易见的，但随着集成效率的逐步提高，它在高压安全、热管理、采样和算法控制方面给设计和制造带来了巨大的挑战。具体来说:(1)结构件采用高强度铝型材，挤压焊接技术(2)水冷板设计、水路流向、水流支路流量和制冷量分配(3)电池组内部温度与外部环境温度的隔离设计(4)电气间隙、爬电距离、绝缘设计匹配(5)电池采样和控制精度、绝缘设计和检测等。为了应对上述挑战，电池制造商需要有很强的开发验证和生产能力。

CTC技术。

电池组技术已经从CTP发展到CTC。随着电池集成技术的进步，零件的形状、材料和组合形式发生了变化，整体方向是集成和集成。新一代产品发布在乘用车和商用车上。

CTC乘用车技术。

2020年9月，特斯拉发布了与4680圆柱形电池相匹配的CTC技术，引起了业界的关注。电池上盖与车身地板集成成一个部件，车内座椅直接安装在地板上。为车内增加了10毫米的高度空间。从结构原理来看，其电池底部支撑板和电池布局都是CTP技术，但集成在电池组上。特斯拉表示，它可以减少10%的车辆重量，减少370个零件，降低7%的单位成本。2022年4月和5月，零跑汽车和比亚迪汽车发布的CTC和CTB技术原理念与特斯拉相结合。

商用CTC技术(或MTC、MTV技术)

商用车，如公交车、卡车等，一般设计成大功率(功率200kWh~450kWh)，多个电池组通过串并联获得所需的电压和功率，系统设计复杂，通过支架安装，造成空间利用率低。

以公交车为例，现有电池安装在车辆下部，如图5a所示，导致人员站立位置有台阶，人员上下车辆不方便。新一代电池安装在车辆顶部，如图5b所示。电池采用模块化到车辆的集成方式，与车辆一体化设计。体积利用率提高40%，重量和能量密度提高10%，可以帮助整车减肥150公斤。

综上所述，CTP技术已经得到了广泛的应用。通过三代技术的迭代创新，乘用车的续航能力已经超过1000公里。CTC技术目前正处于快速发展阶段。乘用车厂商发布的CTC，采用了电池上盖与车身地板的集成方式，与真正意义上的CTC存在较大差距。商用车的CTC(MTV)技术具有明显的应用优势和广阔的发展前景。随着新能源汽车对高能量密度、高能效率转换和高集成度的不断发展，三电系统(电池、电机、电控)的热管理需求不断增加。

集成热管理技术研究现状。

目前，新能源汽车热管理系统正在经历从常规单冷空调技术向热泵空调技术系统架构转型升级的过渡阶段。热泵空调可以简单类比一下我们平时抽水的水泵。两者的概念是一样的。热泵空调的工作过程不仅可以携带热量，夏季空调也可以使用，但与单冷空调相比，成本更高。新能源汽车传统的热泵空调技术主要由三套分布式系统组成:乘员舱热泵空调机组、电池专用热管理机组和电机电控热管理机组；乘客舱的温度控制主要依赖于热泵机组对空气的需求。

三源热泵整车热管理集成方案。

利用热泵、回收、Free-Cooling&Heating、超级阀门和模糊控制技术，可以实现三电系统与空气之间的废热转移/转换和低质量热的提升，加热或冷却驾驶室和电池，大大降低车辆系统PTC加热的功耗，解决或缓解冬季电动汽车里程衰减的问题，并已在众多商用新能源卡车上使用。根据运行模式和温度区域的不同，三源热泵系统的热源可以在电机电控、电池和空气之间自由切换。根据新能源车辆在使用中的不同工作条件，泵的有效性。

图6三源热泵系统冬季驾驶工况原理示意图。

新能源汽车热管理集成技术的发展趋势是深度耦合乘客舱的舒适性和三电系统的精确温度控制要求。随着电池系统热管理界面的设计将与整车耦合越来越深入，新一代绿色制冷剂的应用、整车电池热管理功能的整合、BMS和整车热管理控制的智能化将成为未来热管理集成系统的关键研究课题。高压电气系统集成新能源汽车由许多高压部件组成。随着新能源汽车的发展，高压电气集成是节省整车空间、提高产品可制造性、实现降低成本的重要手段。

子系统集成。

新能源汽车的关键部件主要包括整车控制器(VCU)、电池和电池管理系统、高压配电箱(PDU)、驱动电机、电机控制(MCU)、减速器、高低压电源转换器(DCDC)、车载充电器(OBC)、客车用气泵控制器、油泵控制器等，如下图7所示。

图7新能源汽车关键部件多合一组合图。

随着新能源技术的不断推广和应用，新能源部件从简单集成发展到高度集成。多合一集成电驱动系统在电能转换效率、机械空间紧凑、线束简化、成本等方面具有优势。目前，新能源部件的集成主要可以分为两条路线:一条路线是电驱动系统和高压电附件的独立集成。电驱动系统根据驱动电机、减速器和电机控制器的不同集成，形成常见的二合一或三合一。高压电附件根据低压电源转换器、车载充电器、高压配电箱、气泵控制器和油泵合同。

图8电驱动系统七合一。

为进一步提高集成度设计。

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