CTC/CTB是新技术革命?特斯拉/零跑/比亚迪率先入局

技术 发布于:2022-07-23 00:15:11

在两个月前零跑汽车是率先发布了CTC电池技术,紧接着比亚迪在海豹发布会上也推出了新电池技术,并将其称之为CTB技术。

无独有偶,宁德时代在比亚迪之后也发布了第三代基于CTP技术的电池包,并且取了一个看起来非常霸气的名字——麒麟电池。

短短两三个月,关于电池包技术的这些英文词汇CTC、CTB、CTP不断涌现,普通人看着就头疼不已,而这篇文章将帮助大家简单易懂的去区分它们。

CTP、CTC、CTB,说到底都属于结构创新

电池续航能力一直是电动车一大痛点,提升续航的一大路径是提升电芯的能量密度。

在过去电池厂商们已经通过电池种类和化学配比上的研发,得到更高能量密度的三元锂电池,例如811、523等配比的电芯就是如此。

正如芯片技术的摩尔定律一样,磷酸铁锂电池和三元锂电池发展至今在电芯能量密度上已经很难有大的突破,因此从电池包结构入手成为了提升能量密度的另一大路径。

CTP、CTC、CTB正是归属于电池包的结构创新,简单而言是为了增加电池包的可用体积,多塞电芯来增长续航里程以及降低成本。

在过去,传统电池包是采用CTM(Cell To Module)的模式,先将电芯组成小模组,再将小模组布置到电池包中,有点像俄罗斯套娃,这种方式空间利用率仅有40%。

为了提升电池空间利用率,减少“中间商”,CTP技术应运而生,它全称是Cell To Pack,即电芯直接集成到电池包。

CTP技术的发展让电芯本身成为电池包的结构,省去传统小模组部分以及大量结构加强件,通过结构调整直接提高了电池包内部空间利用率和体积比能量密度,根据测算CTP方式可以比传统体积利用率提高15-20%。

根据公开的数据显示,比亚迪的刀片电池基于CTP技术集成后电池包可以达到60%的空间利用率,宁德时代从第一代CTP到第三代麒麟电池,其电池包体积利用率从55%提升到了67%。

但是CTP技术并没有突破电池包本身,电池包仍旧是一个独立的零部件,更极致的做法就是将电池包的结构与车辆底盘进行整合。

CTC和CTB技术则是在CTP的基础上,通过将电池系统和底盘或者车身进行高度融合的结果,举个简单易懂的例子,这种方案有点类似于现在手机不可拆卸电池的设计,CTC/CTB技术就是在整车设计之初就将电池融合进车身。

对于CTC和CTB来说,其实大体上都属于一个类型,只不过叫法上的差别罢了。

CTC全称为Cell to Chasis(电芯到底盘),将电芯直接整合到车辆底盘结构内,从而提升车身的空间利用率、车身扭转刚度的一种电池方案。

CTB的全称则是Cell to Body(电芯到车身),是比亚迪提出的一种电芯集成方式,实现电池车身一体化的转变,同样也是提高空间利用率。

CTC和CTB虽然说法不太一样,但是它们实际就是一样的内容,电池布置理念和方式是几乎一样的,毕竟现代汽车都是承载式车身,底盘部分和车身基本都是融为一体,彼此之间的分别已经不再明显。

同样是CTC/CTB,谁融合的更彻底?

先来说说零跑汽车,其号称是国内首家应用这项技术的车企,实际上特斯拉早在2019年就公布了这一技术,其Model Y车型是率先应用,不过国内车企首次应用倒这种说法也没什么问题。

虽然特斯拉和零跑都采用了CTC技术,但是它们的电池集成方案还是有所区别,主要分两种。

第一种是电池包底盘集成,它将电池包集成到车身底板框架中,从而代替地板,或者直接使用乘员舱地板作为电池的上盖,实现车身地板和底盘一体化设计;第二种是电池单体底盘集成,是将电池单体的壳体焊接或者胶粘,连接到底盘结构上,做到了真正的电池和底盘的融合。

它们区别在于究竟选择用电池包还是用电芯集成到车身底板框架中。

不过从难度来看,前者技术上相对简单,可靠性高,后者集成优势明显但不便于维修,而恰好零跑和特斯拉就是分别对应这两种类型。

零跑的CTC并不是直接将电芯集成到底盘上,而是将一块块由电芯组成的模组布置在底盘上,所以从体积利用率、成本优势、集成度来说比传统电池包是有所提升。

不过从提升幅度来看,特斯拉的CTC方案会更彻底,它将电芯直接安装在底板中(没有传统的模组),连接前后车身铸件,并将电池上盖取代座舱底板,目前特斯拉在德州生产的Model Y上已经实现了量产下线。

所以严格意义来说,零跑CTC并不算真正的CTC,应该算MTC,即(Module to Chasis,模组到底盘),电池模组布置在底盘上,而非电芯直接布置在底盘上。

那么比亚迪的CTB融合程度又如何呢,这里不得不提比亚迪的刀片电池,其刀片电池本身既是能量体,也是结构件,比亚迪将其融合进车身的整体设计中来,因此它和特斯拉一样也是直接采用电芯布置在车身底板中的方案。

从这个角度来看,特斯拉和比亚迪都属于同类,直接采用电芯布置在车身底板中,融合程度要更加的高。

CTC/CTB优势明显,缺点同样突出

CTC/CTB技术的引入,其最大的优势就是提高了电池包内部空间利用率和体积比能量密度。

少了层层包装,结构变得更加简单,少用材料也就节省了成本,同时可以塞进更多的电芯增加电池容量,也可以留出更多的空间给到车内乘坐空间。

在此前特斯拉的电池日发布会上,马斯克提到采用CTC+一体化压铸技术,可以节省370个零件,车重减少10%,度电成本降低7%。

这是特斯拉柏林超级工厂展示的CTC电池方案,特斯拉直接把4680圆柱形电芯排列在底盘上,电池舱前后直接连接起两个车身大型铸件,座舱地板没有了,以电池上盖代替,座椅则直接安装在电池上盖上。

最终电池结构体积减少10%、续航增加15%,并且随着CTC技术的应用,每GWH投资将减少55%,占用空间也将减少35%。

再来看看零跑汽车,根据其介绍采用CTC技术方案后能使电池包的零部件数量减少20%,结构件成本降低15%,电池布置空间增加14.5%,车身垂直空间增加10mm,尤其在续航方面,提升将达到10%。

正如前面所说,零跑与特斯拉最大的区别在于零跑集成到底盘上的并不是直接的电芯,而是经过整合的模组,所以零跑汽车以后还是有提升的空间。

比亚迪方面,官方并未强调其电池容量提升数据,而是着重于整体安全性。将车身与电池融为一体后,海豹整车强度会大幅提高,整车扭转刚度提升70%,整车扭转刚度可达到40500N·m/°。

另外电池和车身深度融合后也释放了大量的设计空间,垂向乘坐空间增加了10毫米。

显然采用CTC/CTB技术下,无论电池容量还是空间布置都是有很大优势的,不过还有不少容易被忽视的缺点,那就是电芯散热、防止热扩散、密封以及结构安全。

传统电池组中,电芯经过多级分装,散热问题可在多个环节中分散解决,而在CTC技术中,电芯密度更高,对整体的热管理也提出了更高的要求。

以特斯拉4680为例,其正极朝上,从车身横向布置,侧面冷却,胶粘剂填充,电池包一侧配置8个泄压阀。

在外媒对特斯拉4680拆解过程可以看到,采用CTC技术后电池包内将会采用大量的胶粘剂,包括导热胶、结构胶、密封胶。

用量最大的是结构胶,凝固之后能够提供一定强度,作为结构支撑;导热胶用来传导电芯或模组之间的发热,与水冷系统接触;密封胶水在接口密封,价值量含量最低。

伴随电池包结构的变化,水冷系统也随之发生变化,特斯拉的4680+CTC技术中,箱体底部就运用了云母板方案,发挥其绝缘性强、耐高温的作用。

零跑对其电池结构的描述是双骨架环形梁式结构,利用了车身的纵梁、横梁形成完整的密封结构,其车身结构梁与电池托盘共同形成多个环形结构,固定电池组,有效提高结构强度,使安全性更高。

而零跑在安全性上表示,其CTC技术经过超30项试验,其中8项远超国家标准,包括加热热失控、IPX8防水试验、5米高空跌落试验、挤压试验等,确保安全可靠,我们也期待能看到更多的细节发布。

比亚迪的CTB技术把车身地板与电池包上壳体合二为一,集成于电池上盖与门槛及前后横梁形成的平整密封面通过密封胶密封乘员舱,底部通过安装点与车身组装,而刀片电池的安全性在此前我们也已经熟知,因此在电池冷却方案上比亚迪并不会有太特别的变动。

除了结构安全、散热等因素,更严重的问题在于维修和更换。因为车身就是电池组本身,所以一旦发生故障需要对电池进行更换就变的更困难了。而在发生碰撞时,车身一旦受损报废,即使电池并无损伤也将退役。

写在最后:CTC/CTB一定是趋势

纵然采用CTC/CTB技术的电池面临不少结构问题、散热安全问题,但是只要是对的方向这些技术难点总会有突破。

类比手机电池,早期手机电池可拆卸更换占主流,但随着智能手机的不断发展,消费者对厚度、重量、性能等方面需求上升,最终走向集成化不可更换电池并发展出快充。

所以,无需纠结或担忧,电动车技术只会越来越成熟。

+1

周建强

简介:钢铁直男,花式不解风情

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