隨著電動汽車的高速發(fā)展,電池的技術(shù)也在不斷突破,像我們常聽到的比亞迪刀片電池、固態(tài)電池以及換電技術(shù)等等。而就在近期,又一項非常革新的技術(shù)出現(xiàn)在視野中,而這項技術(shù)便是CTC電池底盤一體化技術(shù)。這項技術(shù)到底行不行?是雞肋般的存在,還是新機遇的出現(xiàn)?我們一起來聊一聊。
◆什么是CTC電池底盤一體化技術(shù)?
簡單一點來概括就是,將電芯直接集成于車輛底盤的工藝。它進一步加深了電池系統(tǒng)與電動車動力系統(tǒng)、底盤的集成, 減少零部件數(shù)量,節(jié)省空間,提高結(jié)構(gòu)效率,并且大幅度降低車重,增加電池續(xù)航里程,被認為是下一個階段決定新能源汽車競爭勝負的關(guān)鍵核心技術(shù)。
說的簡單一點,CTC電池底盤一體化技術(shù)就是將電芯集成到底盤中,讓其成為車輛底盤中的一部分。
想要實現(xiàn)這項技術(shù)并非只是簡單的將電芯集成到底盤中,電池系統(tǒng)集成主要是經(jīng)過一下幾個階段后才可以:
第一階段,CTM(Cell to Module):最開始的新能源產(chǎn)業(yè),希望將電芯標準化,進而利用規(guī)?;档统杀?,但是各種車型需求不同,電池廠家的電芯尺寸也難以統(tǒng)一,后來退而求其次,將電池系統(tǒng)標準化轉(zhuǎn)向了模組。過去幾年電池系統(tǒng)集成化的重點就是不斷提升標準化電池模組的尺寸,例如比較典型的590模組等。
第二階段,CTP(Cell to Pack):CTP就是直接將電芯集成在電池包上,這樣做就有效提升了電池包的空間利用率和能量密度。目前,寧德時代、比亞迪以及蜂巢能源等都擁有各自的CTP方案,大家耳熟能詳?shù)谋葋喌系镀姵?,就采用的CTP技術(shù)。
第三階段,CTC(Cell to Chassis):進化到CTC階段,不僅要電池重新排布,還要納入電驅(qū)電控系統(tǒng),使得電池、電機、電控、車載充電機、底盤高度集成,通過智能化動力域控制器,優(yōu)化動力分配、降低能耗。這對于整個制造鏈要求極高,要求主機廠、電池供應商等必須具備多項跨域的能力:車企大多要有具備電芯設計、三電系統(tǒng)高度集成的能力,電池企業(yè)需要在電機、底盤設計等板塊布局。目前國內(nèi)的零跑以及海外的特斯拉都已率先公布CTC方案,比亞迪、寧德時代等都在加速布局。
CTC技術(shù)就是直接跳過中間的所有環(huán)節(jié),直接將電芯與底盤進行結(jié)合,并對電機以及電控等核心部件進行整合。
◆CTC技術(shù)有什么優(yōu)勢?
首先是高適配,與整車匹配度提高,可快速柔性化批量生產(chǎn)。其次是底盤的高度集成化與模塊化,可跨平臺適配未來各級別、各類型的車型。同時,也正是因為高度的集成化與模塊化,更好地簡化零件數(shù)量及生產(chǎn)步驟,在降低成本的同時提升電池容量和續(xù)航里程。
高度集成化是CTC技術(shù)的最大優(yōu)點,能夠更好的優(yōu)化零件以及生產(chǎn)步驟,降低生產(chǎn)成本的同時,還可以提升電池容量。
◆CTC技術(shù)就沒有劣勢嗎?
當然有。首先就是不可換電,目前國家有政策向換電模式傾斜,各大廠商也都陸續(xù)推出了換電品牌以及支持換電的車型。但CTC技術(shù)是將電池與底盤一體化,因此使用CTC方案的車輛將不能適配換電補能。
其次,就是從維護角度來分析了,使用CTC方案的車輛,由于電池組和底盤是一體設計的,當車輛底盤區(qū)域受到碰撞形變后,維修方案將涉及更多的整體結(jié)構(gòu)件,成本亦會有所增加。
CTC也不光都是優(yōu)點,無法進行換電補能,以及后期維修成本高都是其無法解決的根本問題。
◆不同品牌之間CTC技術(shù)有何不同?
零跑:或成為國內(nèi)首個落地CTC技術(shù)的品牌
零跑汽車在4月時發(fā)布了自己的CTC方案,而本次發(fā)布的CTC方案并非業(yè)內(nèi)最為激進的“電芯-底盤”,而是使用了“電芯-模組-底盤”這一套模式。相較于前者,零跑這套方案多出了模組這一環(huán)節(jié),而相同的地方則是同樣省略了電池包,整體來說這更像是一個試探性的過渡方案。但從結(jié)果來看,零跑這套CTC方案還是有效地提升了車輛的綜合性能表現(xiàn)。
零跑這套方案并沒有省去模組這一部件,更像是CTP到CTC的一個過渡性方案,但即便如此依然值得我們稱贊,敢于向前邁出第一步已經(jīng)是很大的勇氣和魄力了。
零跑這次的方案中,創(chuàng)新性的應用了CTC雙骨架環(huán)形梁式結(jié)構(gòu),將電池骨架結(jié)構(gòu)和底盤車身結(jié)構(gòu)合二為一,既是車身底盤結(jié)構(gòu)又是電池結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)效率更高。其次,氣密性,通過車身設計實現(xiàn)電池密封,CTC技術(shù)借用底盤基本結(jié)構(gòu),利用車身縱梁、橫梁形成完整的密封結(jié)構(gòu),相對于傳統(tǒng)汽車,這絕對是一大創(chuàng)新。
同時,根據(jù)零跑官方公布的資料,這套CTC方案將零部件數(shù)量減少20%,結(jié)構(gòu)件成本減低15%,整車剛度提高25%,實現(xiàn)高度集成化和模塊化。還擁有極強的擴展性,可兼容智能化、集成化熱管理系統(tǒng)。未來可兼容800V高壓平臺,支持400kW超級快充等。
從最終的結(jié)果來看,這套方案也達到了一定的預期效果,零件減少、成本降低、續(xù)航增加、強度提升,綜合來看是比較成功的。
這套CTC方案將率先應用在C01車型上,如果不出意外,零跑C01(參數(shù)|詢價)也將是國內(nèi)第一款搭載CTC技術(shù)的量產(chǎn)車型。
從車型的具體表現(xiàn)來看,CTC技術(shù)可以為C01帶來更大電池容量的空間,相比傳統(tǒng)方案電池布置空間增加14.5%,實現(xiàn)更寬敞的駕乘空間,消除電池包與車身之間的安裝間隙,車身垂直空間增加10mm。
其次,CTC技術(shù)增加了電池空間利用率,提升10%續(xù)航的同時提高電池保溫性能。同時,采用了AI BMS大數(shù)據(jù)電池管理系統(tǒng),可以實時監(jiān)測,這樣基本上杜絕了因為電池或者電芯失效引發(fā)的安全問題。
特斯拉:CTC方案和一體化壓鑄技術(shù)
特斯拉在2020年就發(fā)布了全新的整包封裝技術(shù)CTC,特斯拉的方案是直接將電芯或是模組安裝在底盤上,電池組將作為車身結(jié)構(gòu)的一部分,連接前后兩個車身大型鑄件,取消原有座艙底板,取代以電池上蓋,座椅直接安裝在電池上蓋上。
特斯拉的方案更為直接一些,取消了模組這一環(huán)節(jié),直接將電芯放置在底盤內(nèi),并將座椅直接放置在上邊。
根據(jù)申請的專利以及公開信息進行匯總的話,特斯拉CTC技術(shù)有這樣幾個特點:
1、電池包上蓋與電芯粘接在一起,與座椅等車輛結(jié)構(gòu)件直接連接在一起;
2、電芯之間填充樹脂材料,起到熱保護和結(jié)構(gòu)性支撐的作用;
3、把以前的鋁絲連接改為Busbar連接,利用母排引腳將電連接和電池管理系統(tǒng)的采集板直接連接在一起;
4、電池包一側(cè)配置了8個泄壓閥,加強了熱失控管理;
特斯拉的這套方案有減少支撐件、減輕整車質(zhì)量、提升整體電池容量等優(yōu)勢,為車輛降低10%車重,增加14%續(xù)航里程,減少370個零件,單位成本下降7%,單位投資下降8%,大幅提升汽車生產(chǎn)制造的效率。并且,特斯拉最新的第三代圓柱電池4680電芯和上一代電芯都可以使用這套CTC方案。
這套方案通同樣也達到了減少零件、降低車重、增加續(xù)航的目的,并且制造成本進一步降低,整體來看是一套非常成功的設計方案。
除了CTC方案之外,特斯拉的一體化壓鑄技術(shù)也值得在這里介紹一下,這項技術(shù)是將前車身+底盤電池包+后車身組合成車身。特斯拉的一體壓鑄技術(shù)將大量減少車身零部件、降低車身復雜度并實現(xiàn)減重。根據(jù)特斯拉公布的材料,采用一體壓鑄技術(shù)的Model Y(參數(shù)|詢價)可以使下車體總成重量降低30%,制造成本下降40%。同時,壓鑄成型后的一體式車身無需再進行二次熱處理,大幅提高制造效率。
一體化壓鑄其實并不是什么新技術(shù),但通過與CTC技術(shù)的結(jié)合,可以將制造成本以及車身重量進一步壓低。但實際使用中,如果出現(xiàn)底盤磕碰的現(xiàn)象,那維修費用將會非常非常高。
比亞迪:海豹將采用CTB技術(shù)
比亞迪在2021年時推出了全新純電動e3.0平臺,將驅(qū)動電機、電機控制器、減速器、高壓配電箱、逆變器、車載充電器、整車控制器、電池管理系統(tǒng)等8大模塊整合,實現(xiàn)“八合一”動力系統(tǒng)集成。電池依然使用刀片電池,并將整車的驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向等功能深度融合。
比亞迪全新e3.0平臺實現(xiàn)了“八合一”動力系統(tǒng)集成,搭配比亞迪引以為傲的刀片電池,將帶來更好的駕乘體驗。
5月20日預售的全新車型海豹將會基于e3.0平臺所打造,并且還將會使用CTB電池車身一體化技術(shù)。簡單來說,海豹就是在“八合一”的基礎上更進一步地將電池做到了車身中,刀片電池把安全和強度融入作為整車的一部分。
比亞迪的CTB技術(shù)從結(jié)構(gòu)上來看依然有獨立的電池包,只是在安裝的時候?qū)㈦姵匕c車身進行硬鏈接,并使用封膠對其縫隙進行封裝,從而達到一體化的效果。
目前比亞迪的這套方案所曝光的資料還不多,從已經(jīng)曝光的圖片來看,比亞迪的CTB電池車身一體化技術(shù)是將車內(nèi)的地板面板與電池包上殼體合二為一,也就是說比亞迪在設計制造電池包的時候,把電池系統(tǒng)作為一個整體與車身集成,這樣的效果就是電池本身的密封及防水要求可以滿足,電池與成員艙的密封也相對簡單,整體的風險可控。
寧德時代:加速CTC研發(fā)布局
2020年8月,寧德時代宣布研發(fā)電池底盤一體化新技術(shù)。目前,寧德時代正在加快CTC的研發(fā)攻關(guān),并宣布計劃于2025年左右推出高度集成化的CTC技術(shù),有望在2028年前后升級至第五代智能化CTC。
寧德時代目前的CTC技術(shù)目前還屬于攻堅階段,并沒有發(fā)布最終的產(chǎn)品,作為電池行業(yè)的龍頭企業(yè),寧德時代自然不會放過CTC技術(shù)這個風口浪尖。
據(jù)悉,寧德時代的集成化CTC技術(shù)不僅會重新布置電池,還會納入包括電機、電控、DC/DC、OBC等動力部件。將電芯與車身、底盤、電驅(qū)動、熱管理及各類高低壓控制模塊等集成一體,使行駛里程突破1000km。
◆CTC技術(shù)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響
對于整車企業(yè)來說,CTC技術(shù)直接涉及到底盤,這是車企最為關(guān)心的核心部件。因此,擁有更多底盤研發(fā)經(jīng)驗的車企,在未來將會擁有更多的主導權(quán),而不具備開發(fā)優(yōu)勢的車企最終在底盤等硬件環(huán)節(jié)也將喪失主導權(quán)。
而對于電池企業(yè)來說,CTC技術(shù)的應用就要求電池制造商從更早的階段就介入車型設計中,這就要求電池企業(yè)具備更強的研發(fā)設計能力,以便于配合部分主機廠進行深度開發(fā)。預計未來將會出現(xiàn)更多的電池廠與主機廠的深度合作。
CTC技術(shù)的應用就意味著車企與電池廠商的結(jié)合將更加緊密,但這之間的主導權(quán)爭奪也自然會出現(xiàn),車企與電池廠商都希望按照各自的標準來執(zhí)行,而這很可能將關(guān)乎到未來整個行業(yè)的話語權(quán)。
此外,電池企業(yè)缺乏對車輛底盤的開發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)積累,因此在CTC的研發(fā)過程中很可能會失去對整個項目的主導權(quán),打破目前電池廠商的強勢地位。
◆CTC技術(shù)與換電技術(shù)誰更符合當下發(fā)展?
其實,這個問題還不好說。
在2021年時,國務院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》中,就提出了大力推動充換電網(wǎng)絡建設。因此目前以北汽新能源、蔚來、寧德時代、吉利等為首的各大品牌,都相繼推出各自的換電技術(shù)。
換電模式最大的優(yōu)勢就是補能耗時短,全程僅需數(shù)分鐘。此外,換電模式也使得這一技術(shù)在電池損耗管理、電池的可迭代性方面具有巨大優(yōu)勢。因此,換電技術(shù)在業(yè)內(nèi)一直備受關(guān)注。
換電目前已經(jīng)成為比較主流的一套電動車補能方案,北汽新能源、蔚來、寧德時代等企業(yè)都開始對換電進行布局。
而同樣是在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》中,也提出了要研發(fā)新一代模塊化高性能整車平臺,攻關(guān)純電動汽車底盤一體化設計、多能源動力系統(tǒng)集成技術(shù)。
變比于換電,CTC技術(shù)則是向著另一個方向發(fā)展,相比較于換電技術(shù),CTC技術(shù)則在降低成本、提高續(xù)航以及輕量化方面有著較大的優(yōu)勢,這也就使得各大廠商也愿意在CTC技術(shù)上進行布局。
而CTC技術(shù)相較于換電則沒有那么靈活,但成本低、增加續(xù)航以及車輛輕量化則是換電所不具備的優(yōu)勢。
總的來說,目前兩種技術(shù)還都屬于起步階段,并且各自存在其獨特的優(yōu)勢,這兩種技術(shù)都屬于未來電動車發(fā)展的趨勢之一,只是最終結(jié)果會傾向于誰,目前下定論還為時尚早。
全文總結(jié):CTC技術(shù)目前確實處在風口浪尖上,并且也是未來電池技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。以目前的情形來看,海外品牌中只有特斯拉將CTC技術(shù)進行了落地,而國內(nèi)也只有零跑以及比亞迪近期會將這一技術(shù)應用到量產(chǎn)車中。并且,這一技術(shù)如果大規(guī)模應用,還將對主機廠、電池企業(yè)以及整個供應鏈體系提出一套全新的標準。所以,目前想要將這項技術(shù)大規(guī)模應用,可能還需要很長一段時間。
來源:愛卡汽車
作者:羅鑫
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