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電池車身一體化,真有那麼好嗎?比亞迪、特斯拉紛紛上車

電池車身一體化,真有那麼好嗎?比亞迪、特斯拉紛紛上車

從功能機到智慧機,在穩定性、輕薄度、防水性等多方面因素及利益驅使下,可拆卸電池退出了歷史舞臺。以蘋果為代表的廠商們將電池直接整合到手機中,俗稱“電池手機一體化”。

而今,這樣的設計也延續到了汽車領域。

隨著電動車及相關技術的發展愈加成熟,人們也不再滿足當下冗餘的結構設計:車身是單獨的車身,電池包是單獨的電池包,二者相加質量大容量小。

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所以,“

電池車身一體化

”便被適時地提了出來。有人叫CTC(Cell to Chassis)、也有人叫CTB(Cell to Body),都表達差不多的意思。

廠家宣傳得神乎其神,技術解析得天花亂墜,再加上一些不明就裡的文章和影片,這項技術好像就被渲染得非常厲害?

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電芯(Cell)、模組(Module)、電池包(Pack)、底盤(Chassis)。動力電池發展初期,電芯作為最小單元會首先構成模組,再由模組構成電池包,安裝在車輛底部。

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如此“

過度包裝

”造成的問題是,電池包的實際空間利用率不高,冗餘的結構設計不僅侵佔空間、還額外增加了重量,對電動車視之如命的續航里程並不友好。

所以,將模組的尺寸擴大甚至直接取消模組設計就變成新的發展方向。原因無他,可以在電池包有限的空間內放入更多的電芯,提高能量密度。

典型代表如比亞迪的刀片電池,採用CTP(Cell to Pack)技術,電芯一步到位直接匯聚成電池包。空間利用率提高50%,材料成本降低25%。此外還有寧德時代、蜂巢能源等公司都在佈局該技術。

至此,電池包作為一個單獨整體已經實現了空間利用率的最大化。

但與此同時,電池材料創新的步伐同樣趨緩,而人們對純電動車的里程焦慮卻從未減弱,矛盾漸顯。

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現階段的解決方案就是CTC,將電芯直接整合到車身(底盤),相當於突破了電池包的概念。這時候,電池包和車身都不再是單獨存在的個體,二者之間的冗餘結構被再次精簡,達到一種“你中有我、我中有你”的狀態。

所以從概念上來講,

CTC就是一種整合度更高的技術,類似手機行業的“電池手機一體化”

。用馬斯克的話來講就是,“沒必要往盒子裡再裝一個盒子。”

怎麼實現呢?其實很簡單。動力電池安裝於車底,冗餘部分就在於電池包上殼體和車身下地板之間,

將二者融為一體,就構成所謂的CTC技術。

道破天機,CTC也就比CTP再激進那麼一點點,算不上顛覆。至於這一概念的緣起,至今也無從考究。

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2020年9月的特斯拉電池日,馬斯克用飛機油箱為例來講述自家的CTC技術;零跑朱江明受手機電池結構創新的啟發,2016年率先提出CTC概念方案;比亞迪以高強度的蜂窩鋁板結構為靈感,2022年5月20日隨海豹預售一同釋出,叫CTB。

該說不說的,大家好像都是第一?

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接上文所述,CTC的本質就是將電池包上殼體和車身下地板合二為一,概念上好理解,但操作起來並不容易。

難點之一在於密封

。CTP時代,電池包和車身各自形成密封結構,二者之間透過機械連線即可滿足要求。CTC時代,電池包和車身相互融合,需要二者互相配合才能滿足密封要求。

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現階段解決方案有二。其一是將二合一面板集成於電池包,用電池包上殼體代替一部分車身下地板的結構,優先滿足電池的密封要求,再透過電池包上殼體密封車身。

其二是將二合一面板集成於車身,用車身下地板來代替原有的電池包上殼體,首先滿足車身密封要求,再透過車身下地板密封電池包。

特斯拉和比亞迪都採用了方案一

。優點是電池包本身的效能可以滿足,另外電池包與車身的密封相對簡單,被認為風險可控;缺點是電池包上殼體形狀受到一定限制,理論上效率提升不夠極致。

二者之間對比,特斯拉的方案要比比亞迪更加極致。比亞迪在車身結構上保留了安裝座椅的橫樑,而特斯拉取消了該橫樑,直接將座椅安裝於電池包殼體之上。

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零跑選擇了方案二

。理論上在整體層面可以獲得更加極致的效率和效能,但電池包結構被拆散,用車身下地板密封電池包較難實現,增加了安全隱患、降低了生產節拍。

不過嚴格來講,零跑的“CTC”並不屬於真正意義上的CTC,其電池內部依舊保留了模組結構,更準確的稱呼應該是

MTC(Module to Chassis)

,技術難度並沒有想象中那麼高。

尚未將電池內部空間利用到極致,零跑所謂的“CTC”不免有點搶佔概念之嫌。

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上圖為特斯拉CTC技術+4680電池

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上圖為比亞迪CTB技術

除密封要求之外,CTC技術的難點還在於電池強度設計和冷卻方案佈置等多方面。

以特斯拉和比亞迪來看,為保證強度,用結構膠作為電芯和箱體的連線方案;另外由於佈置空間受限,用水冷板作為電池包冷卻結構。

CTC的精髓在於整合,採用一體化設計之後,同時也相當於摒棄了“換電”方案。不論是單個電芯還是整個電池包,維修、更換的便利性和成本都受到很大影響。再進一步,維修成本上升導致保費上升;電池SOH下降但無法換電導致保值率下降。

以上種種,都需要在使用過程中進一步求證。

沒出問題不代表沒有問題,出問題之前也沒人知道會不會出問題,出問題可能需要一定時間而現在連實車都沒有。

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或許,我們也可以相信廠家已經解決了CTC技術全生命週期可能會遇到的各種問題?畢竟從現階段官方的宣傳口徑來看,該技術帶來的效果立竿見影。

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採用CTC技術+4680電芯和一體式壓鑄前/後車身地板的Model Y,車身重量減少10%,續航提升14%,整車零部件減少370個,單位成本下降7%。

零跑C11在CTC技術加持下,整車重量降低15kg,車身扭轉剛度提升25%,車身垂直空間增加10mm,電池佈置空間增加14。5%,續航提升10%,整車零部件減少20%,結構件成本降低15%。

基於CTB技術,比亞迪海豹動力電池的系統體積利用率提升至66%,系統能量密度提升了10%,車身扭轉剛度達到40500Nm/°,在保證車內高度的情況下,車身高度降低10mm。

一通宣傳猛如虎,

總結下來也不外乎三個優勢

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其一是空間利用率的提高。

以比亞迪海豹和零跑C11為例,車輛Z向(高度方向)空間均增加10mm。多出來的空間可以給乘員艙或電池包或離地間隙,當然也可以各部分都分一點,給電池包的話,就可以提升能量密度進而提升續航里程。

其二是結構件數量的減少。

一方面可以減少零件成本和工時成本,另一方面還可以降低整車質量,進而提升續航里程。

其三是車身剛度的增強。

電池包乃至電芯都作為結構件參與受力,車輛的安全性、操控性、NVH效能都會得到相應提升。

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是不是真的厲害?理論上講是沒有問題的,但CTC作為一項底層技術而汽車作為一個複雜整體,經過層層堆疊之後,很難切實感受到該技術帶來的量化提升。

你可以說CTC好,也可以說車好,但很難說搭載了CTC技術的車就一定好,更不能有意規避其背後潛藏的不足。換言之,

CTC是否值得被大肆宣揚?

誠然,技術進步有舍有得,最終能否成功,往往是舍和得之間的博弈,在矛盾中抓關鍵,在對立中找平衡。我們承認CTC技術的廣闊前景,我們歌頌先驅們帶來的技術進步,是舍還是得?只能交給時間和市場去驗證。

只是,

捨得之間應該公平公正,不能為了得,就避重就輕地將其粉飾成解決一切難題的利器。

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特斯拉用CTC,一方面基於自有的電芯及強大的三電系統和整合能力,另一方面也基於單一車型(Model Y)的火爆銷量。因為CTC傾向於標準化定製,一定程度上喪失了車身設計的靈活性,不利於平臺化的多車型佈局。

比亞迪用CTB,同樣基於自身從電芯、電控、電池到整車的全域自研能力。海豹能不能成為單一的爆款車型?從預售情況來看,有潛力。

曾毓群曾說:

“CTC電池技術將使新能源車成本直接和燃油車競爭。”

但寧德時代在大力發展CTC的同時,也不曾放棄換電方案。

除此之外還有Canoo、悠跑科技、LG、大眾、沃爾沃等公司都在佈局該技術,不論主機廠還是電池商,佈局與否都有其考量所在。但就現在來看,不乏一些偷換概念的主兒,為了CTC而CTC?

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