CTC/CTB是新技術(shù)革命?特斯拉/零跑/比亞迪率先入局
在兩個(gè)月前零跑汽車是率先發(fā)布了CTC電池技術(shù),緊接著比亞迪在海豹發(fā)布會(huì)上也推出了新電池技術(shù),并將其稱之為CTB技術(shù)。
無獨(dú)有偶,寧德時(shí)代在比亞迪之后也發(fā)布了第三代基于CTP技術(shù)的電池包,并且取了一個(gè)看起來非常霸氣的名字——麒麟電池。
短短兩三個(gè)月,關(guān)于電池包技術(shù)的這些英文詞匯CTC、CTB、CTP不斷涌現(xiàn),普通人看著就頭疼不已,而這篇文章將幫助大家簡(jiǎn)單易懂的去區(qū)分它們。

CTP、CTC、CTB,說到底都屬于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
電池續(xù)航能力一直是電動(dòng)車一大痛點(diǎn),提升續(xù)航的一大路徑是提升電芯的能量密度。
在過去電池廠商們已經(jīng)通過電池種類和化學(xué)配比上的研發(fā),得到更高能量密度的三元鋰電池,例如811、523等配比的電芯就是如此。
正如芯片技術(shù)的摩爾定律一樣,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池發(fā)展至今在電芯能量密度上已經(jīng)很難有大的突破,因此從電池包結(jié)構(gòu)入手成為了提升能量密度的另一大路徑。

CTP、CTC、CTB正是歸屬于電池包的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,簡(jiǎn)單而言是為了增加電池包的可用體積,多塞電芯來增長(zhǎng)續(xù)航里程以及降低成本。

在過去,傳統(tǒng)電池包是采用CTM(Cell To Module)的模式,先將電芯組成小模組,再將小模組布置到電池包中,有點(diǎn)像俄羅斯套娃,這種方式空間利用率僅有40%。

為了提升電池空間利用率,減少“中間商”,CTP技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,它全稱是Cell To Pack,即電芯直接集成到電池包。
CTP技術(shù)的發(fā)展讓電芯本身成為電池包的結(jié)構(gòu),省去傳統(tǒng)小模組部分以及大量結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件,通過結(jié)構(gòu)調(diào)整直接提高了電池包內(nèi)部空間利用率和體積比能量密度,根據(jù)測(cè)算CTP方式可以比傳統(tǒng)體積利用率提高15-20%。
根據(jù)公開的數(shù)據(jù)顯示,比亞迪的刀片電池基于CTP技術(shù)集成后電池包可以達(dá)到60%的空間利用率,寧德時(shí)代從第一代CTP到第三代麒麟電池,其電池包體積利用率從55%提升到了67%。
但是CTP技術(shù)并沒有突破電池包本身,電池包仍舊是一個(gè)獨(dú)立的零部件,更極致的做法就是將電池包的結(jié)構(gòu)與車輛底盤進(jìn)行整合。

CTC和CTB技術(shù)則是在CTP的基礎(chǔ)上,通過將電池系統(tǒng)和底盤或者車身進(jìn)行高度融合的結(jié)果,舉個(gè)簡(jiǎn)單易懂的例子,這種方案有點(diǎn)類似于現(xiàn)在手機(jī)不可拆卸電池的設(shè)計(jì),CTC/CTB技術(shù)就是在整車設(shè)計(jì)之初就將電池融合進(jìn)車身。

對(duì)于CTC和CTB來說,其實(shí)大體上都屬于一個(gè)類型,只不過叫法上的差別罷了。
CTC全稱為Cell to Chasis(電芯到底盤),將電芯直接整合到車輛底盤結(jié)構(gòu)內(nèi),從而提升車身的空間利用率、車身扭轉(zhuǎn)剛度的一種電池方案。
CTB的全稱則是Cell to Body(電芯到車身),是比亞迪提出的一種電芯集成方式,實(shí)現(xiàn)電池車身一體化的轉(zhuǎn)變,同樣也是提高空間利用率。

CTC和CTB雖然說法不太一樣,但是它們實(shí)際就是一樣的內(nèi)容,電池布置理念和方式是幾乎一樣的,畢竟現(xiàn)代汽車都是承載式車身,底盤部分和車身基本都是融為一體,彼此之間的分別已經(jīng)不再明顯。
同樣是CTC/CTB,誰融合的更徹底?
先來說說零跑汽車,其號(hào)稱是國(guó)內(nèi)首家應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的車企,實(shí)際上特斯拉早在2019年就公布了這一技術(shù),其Model Y車型是率先應(yīng)用,不過國(guó)內(nèi)車企首次應(yīng)用倒這種說法也沒什么問題。
雖然特斯拉和零跑都采用了CTC技術(shù),但是它們的電池集成方案還是有所區(qū)別,主要分兩種。
第一種是電池包底盤集成,它將電池包集成到車身底板框架中,從而代替地板,或者直接使用乘員艙地板作為電池的上蓋,實(shí)現(xiàn)車身地板和底盤一體化設(shè)計(jì);第二種是電池單體底盤集成,是將電池單體的殼體焊接或者膠粘,連接到底盤結(jié)構(gòu)上,做到了真正的電池和底盤的融合。
它們區(qū)別在于究竟選擇用電池包還是用電芯集成到車身底板框架中。

不過從難度來看,前者技術(shù)上相對(duì)簡(jiǎn)單,可靠性高,后者集成優(yōu)勢(shì)明顯但不便于維修,而恰好零跑和特斯拉就是分別對(duì)應(yīng)這兩種類型。
零跑的CTC并不是直接將電芯集成到底盤上,而是將一塊塊由電芯組成的模組布置在底盤上,所以從體積利用率、成本優(yōu)勢(shì)、集成度來說比傳統(tǒng)電池包是有所提升。
不過從提升幅度來看,特斯拉的CTC方案會(huì)更徹底,它將電芯直接安裝在底板中(沒有傳統(tǒng)的模組),連接前后車身鑄件,并將電池上蓋取代座艙底板,目前特斯拉在德州生產(chǎn)的Model Y上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)下線。
所以嚴(yán)格意義來說,零跑CTC并不算真正的CTC,應(yīng)該算MTC,即(Module to Chasis,模組到底盤),電池模組布置在底盤上,而非電芯直接布置在底盤上。

那么比亞迪的CTB融合程度又如何呢,這里不得不提比亞迪的刀片電池,其刀片電池本身既是能量體,也是結(jié)構(gòu)件,比亞迪將其融合進(jìn)車身的整體設(shè)計(jì)中來,因此它和特斯拉一樣也是直接采用電芯布置在車身底板中的方案。

從這個(gè)角度來看,特斯拉和比亞迪都屬于同類,直接采用電芯布置在車身底板中,融合程度要更加的高。
CTC/CTB優(yōu)勢(shì)明顯,缺點(diǎn)同樣突出
CTC/CTB技術(shù)的引入,其最大的優(yōu)勢(shì)就是提高了電池包內(nèi)部空間利用率和體積比能量密度。
少了層層包裝,結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單,少用材料也就節(jié)省了成本,同時(shí)可以塞進(jìn)更多的電芯增加電池容量,也可以留出更多的空間給到車內(nèi)乘坐空間。
在此前特斯拉的電池日發(fā)布會(huì)上,馬斯克提到采用CTC+一體化壓鑄技術(shù),可以節(jié)省370個(gè)零件,車重減少10%,度電成本降低7%。

這是特斯拉柏林超級(jí)工廠展示的CTC電池方案,特斯拉直接把4680圓柱形電芯排列在底盤上,電池艙前后直接連接起兩個(gè)車身大型鑄件,座艙地板沒有了,以電池上蓋代替,座椅則直接安裝在電池上蓋上。
最終電池結(jié)構(gòu)體積減少10%、續(xù)航增加15%,并且隨著CTC技術(shù)的應(yīng)用,每GWH投資將減少55%,占用空間也將減少35%。

再來看看零跑汽車,根據(jù)其介紹采用CTC技術(shù)方案后能使電池包的零部件數(shù)量減少20%,結(jié)構(gòu)件成本降低15%,電池布置空間增加14.5%,車身垂直空間增加10mm,尤其在續(xù)航方面,提升將達(dá)到10%。
正如前面所說,零跑與特斯拉最大的區(qū)別在于零跑集成到底盤上的并不是直接的電芯,而是經(jīng)過整合的模組,所以零跑汽車以后還是有提升的空間。

比亞迪方面,官方并未強(qiáng)調(diào)其電池容量提升數(shù)據(jù),而是著重于整體安全性。將車身與電池融為一體后,海豹整車強(qiáng)度會(huì)大幅提高,整車扭轉(zhuǎn)剛度提升70%,整車扭轉(zhuǎn)剛度可達(dá)到40500N·m/°。
另外電池和車身深度融合后也釋放了大量的設(shè)計(jì)空間,垂向乘坐空間增加了10毫米。

顯然采用CTC/CTB技術(shù)下,無論電池容量還是空間布置都是有很大優(yōu)勢(shì)的,不過還有不少容易被忽視的缺點(diǎn),那就是電芯散熱、防止熱擴(kuò)散、密封以及結(jié)構(gòu)安全。
傳統(tǒng)電池組中,電芯經(jīng)過多級(jí)分裝,散熱問題可在多個(gè)環(huán)節(jié)中分散解決,而在CTC技術(shù)中,電芯密度更高,對(duì)整體的熱管理也提出了更高的要求。
以特斯拉4680為例,其正極朝上,從車身橫向布置,側(cè)面冷卻,膠粘劑填充,電池包一側(cè)配置8個(gè)泄壓閥。

在外媒對(duì)特斯拉4680拆解過程可以看到,采用CTC技術(shù)后電池包內(nèi)將會(huì)采用大量的膠粘劑,包括導(dǎo)熱膠、結(jié)構(gòu)膠、密封膠。
用量最大的是結(jié)構(gòu)膠,凝固之后能夠提供一定強(qiáng)度,作為結(jié)構(gòu)支撐;導(dǎo)熱膠用來傳導(dǎo)電芯或模組之間的發(fā)熱,與水冷系統(tǒng)接觸;密封膠水在接口密封,價(jià)值量含量最低。
伴隨電池包結(jié)構(gòu)的變化,水冷系統(tǒng)也隨之發(fā)生變化,特斯拉的4680+CTC技術(shù)中,箱體底部就運(yùn)用了云母板方案,發(fā)揮其絕緣性強(qiáng)、耐高溫的作用。

零跑對(duì)其電池結(jié)構(gòu)的描述是雙骨架環(huán)形梁式結(jié)構(gòu),利用了車身的縱梁、橫梁形成完整的密封結(jié)構(gòu),其車身結(jié)構(gòu)梁與電池托盤共同形成多個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu),固定電池組,有效提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,使安全性更高。
而零跑在安全性上表示,其CTC技術(shù)經(jīng)過超30項(xiàng)試驗(yàn),其中8項(xiàng)遠(yuǎn)超國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),包括加熱熱失控、IPX8防水試驗(yàn)、5米高空跌落試驗(yàn)、擠壓試驗(yàn)等,確保安全可靠,我們也期待能看到更多的細(xì)節(jié)發(fā)布。
比亞迪的CTB技術(shù)把車身地板與電池包上殼體合二為一,集成于電池上蓋與門檻及前后橫梁形成的平整密封面通過密封膠密封乘員艙,底部通過安裝點(diǎn)與車身組裝,而刀片電池的安全性在此前我們也已經(jīng)熟知,因此在電池冷卻方案上比亞迪并不會(huì)有太特別的變動(dòng)。

除了結(jié)構(gòu)安全、散熱等因素,更嚴(yán)重的問題在于維修和更換。因?yàn)檐嚿砭褪请姵亟M本身,所以一旦發(fā)生故障需要對(duì)電池進(jìn)行更換就變的更困難了。而在發(fā)生碰撞時(shí),車身一旦受損報(bào)廢,即使電池并無損傷也將退役。
寫在最后:CTC/CTB一定是趨勢(shì)
縱然采用CTC/CTB技術(shù)的電池面臨不少結(jié)構(gòu)問題、散熱安全問題,但是只要是對(duì)的方向這些技術(shù)難點(diǎn)總會(huì)有突破。
類比手機(jī)電池,早期手機(jī)電池可拆卸更換占主流,但隨著智能手機(jī)的不斷發(fā)展,消費(fèi)者對(duì)厚度、重量、性能等方面需求上升,最終走向集成化不可更換電池并發(fā)展出快充。
所以,無需糾結(jié)或擔(dān)憂,電動(dòng)車技術(shù)只會(huì)越來越成熟。