什么是電池包CCS集成母排?

博力 2024-01-15 68
電動車動力電池通常由若干個單體電芯串并聯組裝而成,來實現驅動電動車所需的高電壓、大電量,電芯的連接是動力電池成組的關鍵技術。在傳統的電池包中,通常使用busbar(母線)來完成電池組的串并聯,同時為了實時采集電芯電壓、電芯溫度和 busbar 溫度,需要在電芯或 busbar 表面布置溫度傳感器和電壓采樣線束,如像下圖所示。
圖 CATL在2019年CES展會期間展出的方形模組Busbar設計,來源:知化汽車
傳統線束母排在連接電池包時每一根線束到達一個電極,需要多根線束配合動力電池包中的多個電流信號,擠占較大的電池包空間,且線束在pack裝配時依賴人工固定端口,自動化程度低。 因此,隨著電池包集成技術的發展,以及自動化組裝要求的提高,采用FPC柔性線路板替代電池傳統線束的CCS集成母排被廣泛使用。
圖 采用FPC柔性線路板替代電池傳統線束的CCS集成母排,群友供圖
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一、什么是CCS集成母排

 

CCS(Cells Contact System,集成母排),主要由信號采集組件(FPC、PCB、FFC等)、塑膠結構件、銅鋁排等組成,通過熱壓合或鉚接等工藝連接成一個整體,實現電芯高壓串并聯,以及電池的溫度采樣、電芯電壓采樣功能,通過FPC/PCB和連接器組件提供溫度和電壓給BMS系統,屬于BMS系統的一部分。
圖 CCS集成母排結構,圖源網絡
采用FPC等作為信號采集組件的CCS集成母排,具有結構輕薄、集成度高等優點,有利于提升電池包空間利用率及組裝效率,符合汽車輕量化、零部件系統集成化及大模組化趨勢。

圖 上海車展捷威動力“海綿系統”采用CCS集成母排

CCS集成母排采用FPC或PCB等來替代傳統的線束連接。與傳統線束母排相比,CCS集成母排具有以下優勢:萬祥科技總結

1.一體熱壓成型,線路密封性好,耐候性好耐潮濕,耐氧化,耐腐蝕等,性能優異,可靠度高;

2.  客戶端安裝簡單,避免了線束過多連接的繁瑣,可自動化作業程度高,節約客戶裝配人工成本;

3.集成度高,體積小,輕薄,節約整體模組空間,使整體模組輕量化,便捷化;

4.共用性強,可制造性強,易于模塊化和標準化,節省開發成本;

5.線路有過流保護設計對電池電芯起到保護作用,安全性能高;

6.與電芯連接方式靈活,可多串多并,適用性廣。
CCS集成母排生產工藝如下圖所示:
 

 

圖 新能源汽車動力電池CCS貼片,圖源廣西安鑫新材料

 

圖 新能源汽車動力電池集成母排生產工藝流程圖

生產工藝流程簡述:

切膜:用切膜機對絕緣膜進行切割,制得產品所需要的尺寸,產生邊角料S1,同時用切割機將硅膠板、特氟龍板切割成所需要的尺寸。

清膜:切割后的膜片從切膜機中取下來,用眼睛查看膜片是否均勻,清理出不合格膜片。 

預裝配:硅膠板、特氟龍、絕緣膜片切割完成后,按照要求將特氟龍板、硅膠板、絕緣膜片、電子材料、鋁片、銅片等進行分層預組裝。

壓合:將預組裝完成的半成品放入模具,用壓機在電加熱160ºC下熱壓,使得絕緣膜、硅膠板等材料緊密粘合。

半成品 CCD(外觀和視覺檢測設備)檢測:主要是對半成品檢測異物、劃痕、壓痕、極耳不良、污染、腐蝕、凹點、極耳燒傷、字符模糊等外觀缺陷檢測,屬于物理檢測。

焊接:主要是對金屬件和注塑件的焊接,包括激光焊和超聲波焊接等,其中金屬件加工使用激光焊接,塑料件則采用超聲波焊接。

拆卸/插溫感:用緊固件鉚釘與已焊接壓合后的各種外購的鋁件、銅件、塑料件、溫感設備、進行緊固組裝。

成品 CCD 檢測:經過上述操作后檢測異物、劃痕、壓痕、極耳不良、污染、腐蝕、凹點、極耳燒傷等外觀缺陷檢測; 

清潔:采用棉布蘸酒精擦拭產品,進行清潔消毒,產生清潔廢氣G2。

成品檢驗:產品進行最后檢測,均為物理檢測。產生不合格品S4,產品經檢驗合格后包裝入庫。

二、新能源汽車銷量攀升,帶動FPC/CCS百億市場

 

在雙碳目標下,全球新能源汽車產業加速發展,新能源汽車銷量不斷攀升,根據研究機構EVTank發布的數據顯示,2022年全球新能源汽車銷量達到1082.4萬輛,同比增長61.6%。展望未來,EVTank預計全球新能源汽車的銷量在2025年和2030年將分別達到2542.2萬輛和5212.0萬輛,新能源汽車的滲透率價格持續提升并在2030年超過50%。
我們根據這一新能源汽車銷量預測數據,對 FPC/CCS 的市場空間進行測算:
新能源汽車電池模組平均數量:FPC 及 CCS 的單車用量與電池模組設計相關,主流車型以 7-12 個模組的用量居多,我們假設2022年新能源汽車電池模組平均數量約為 9 個,此后由于續航要求的提升,每年電池模組平均數量有所增長。
電池模組使用 FPC數量:根據聯贏激光微信公眾號數據,單個電池模組對應1個 CCS,1 個 CCS 一般配置 1-2 個 FPC,此處保守假設單個模組使用 1 個 FPC 進行測算。CCS 集合塑膠結構件、銅鋁排等結構件,CCS 單車價值有望達到 FPC的 2-3 倍。
FPC 價格:根據奕東電子招股說明書內容,每平方米排版數量分為 15 個以下,15-50 個,50 個以上三類,而每平方米排版越多的 FPC 售價也越高。根據披露數據 2021 年 1-9 月,每平方米 15 個以下的 FPC 單位售價為 878.58 元/平方米,則單個 FPC 售價為 58.57 元以上,假設平均單個 FPC 價格為 60 元,此后每年有所下滑,2022年單個 FPC 價格以55元計算。
CCS 單車價值量:根據聯贏激光微信公眾號披露,CCS 單車價值量約為 1000-1500 元,保守假設 2022 年為 1100 元,此后隨著汽車電池模組平均數量提升+單位售價下滑因素疊加呈現先增后減的態勢。
最終測算得到 2022年、2025 年FPC與 CCS 的合計市場空間為172.64 億元和 394.04 億元,復合增長率約31.7%。
表:FPC/CCS 市場規模測算
 

2022年

2025年

新能源汽車銷量(萬輛)

1082.4

2542.2

新能源汽車電池模組平均數量(個)

9

10

電池模組使用 FPC 數量(個)

1

1

FPC 價格(元/pcs)

55

45

單車 FPC 價值量(元)

495

450

FPC 市場空間(億元)

53.58

114.4

單車 CCS 價值量(元)

1100

1100

CCS 市場空間(億元)

119.06

279.64

數據來源:聯贏激光微信公眾號,天風證券研究所,艾邦預測,僅供參考

三、CCS集成母排產業鏈相關企業

 

CCS集成母排產業鏈包括上游的模切材料、銅鋁排、FPC/PCB等和設備廠商,下游的CCS集成母排生產商,以及應用端的動力電池廠商如寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、中航新創、捷威動力等,因CCS附加值比單純的FPC更高,因此也有不少FPC/PCB廠商進一步布局下游集成產品CCS。
模切材料相關供應商有:
賽伍技術
深圳市騰鑫精密電子芯材科技有限公司
深圳市唯酷光電有限公司
蘇州科谷納新材料
東莞市安派電子有限公司
常州回天新材料有限公司
東莞新材材料有限公司
......
銅鋁排相關供應商有:
達瑞新能源
深圳市長興新能源科技有限公司
浙江萊鎂益科技有限公司
蘇州方林科技
深圳市騰鑫精密電子芯材科技有限公司
......
FPC/PCB相關供應商有:
東山精密
弘信電子
奕東電子
中京電子
得潤電子股份有限公司
東莞市硅翔絕緣材料有限公司
......
CCS集成母排廠商:
蘇州萬祥科技股份有限公司、浙江賽英電力科技有限公司
安費諾(常州)連接系統有限公司
東莞市硅翔絕緣材料有限公司
蘇州斯普蘭蒂科技股份有限公司
安鑫新材料科技有限公司
深圳市馭能科技有限公司
湖北永創鑫電子有限公司
廈門弘信新能源科技股份有限公司
......
相關設備廠商:
聯贏激光
精海激光
深微智控
深圳市鑫臺銘智能裝備股份有限公司
蘇州久文新能源有限公司
廣東首鐳激光科技有限公司
深圳市華瀚激光科技有限公司
蘇州迅鐳激光科技有限公司
無錫恩索里克超聲智能有限公司
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注:本文綜合網絡信息整理,相關數據僅供參考
The End
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