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特斯拉打樣、比亞迪開張:“鲶魚”啟示錄之CTC電池方案

特斯拉打樣、比亞迪開張:“鲶魚”啟示錄之CTC電池方案

雖然被無數同行者樹為靶子、揚言超越,但馬斯克及其特斯拉引領的技術變革依舊是智能汽車行業的明燈。

3月22日,特斯拉柏林工廠将正式開工投産。作為特斯拉在歐洲的第一座工廠,柏林工廠除了加快特斯拉在歐洲的訂單傳遞步伐,更重要地,馬斯克奉行的“第一性原理”将再次在生産端得以實踐——前後一體壓鑄式車身工藝、4680電池和CTC電池車身一體化技術。

其中,被外界視為技術變革又一風口的CTC電池車身一體化技術也在柏林産Model Y和比亞迪海豹、零跑C01的漸次曝光中,得到更大範圍的關注。

特斯拉打樣、比亞迪開張:“鲶魚”啟示錄之CTC電池方案

CTP的超級變化形态

所謂CTC,也即Cell to Chassis,字面可簡單了解為電芯直接安裝到底盤上。

“老式的手電筒,就是一個金屬殼子,容納标準的電池。金屬殼子既是電池容納的殼體,也是電筒的本身結構,可以看作CTC結構。否則,就得做個電池盒,再塞到手電筒裡面(非CTC)。”某中國品牌新能源技術負責人接受牛車網采訪時如此類比道。

一般而言,新能源汽車動力電池由小到大的組裝關系為:電芯-模組-整包電池(PACK),電芯串并聯為模組、模組串并聯為PACK,加上配電子產品、電池管理系統(BMS)等,從硬、軟體上構成一個完整PACK。

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(圖檔轉載自電動勢《電池包技術發展路徑:從CTP到CTC》,侵删)

CTC方案前,最前沿的量産方案為CTP(Cell tp Pack),無模組技術,比亞迪刀片電池即是CTP技術最廣為人知的應用。

CTP技術通過取消模組設計,直接将電芯內建為電池包,電池包又作為整車結構件的一部分內建到車身地闆上。

這種方式減少了模組本身的側闆、端闆(模組結構件)和原本用于分隔模組以及幫助模組連接配接的橫梁、縱梁(電池包裝配支撐結構)等材料,整個電池結構極大簡化,利用空間得到釋放,同等尺寸的電池包容量得以擴充、電池組品質得以減輕,由此帶來電池能量密度的提高和成本的降低。

根據比亞迪釋出的資料,在體積一定的情況下,刀片電池能量密度比傳統磷酸鐵锂電池提升了50%,造價成本則下降了30%。

進一步到CTC方案來看,原有電池系統的箱體與車身結構合并,車身地闆作為電池上蓋,或者說電池包有獨立上蓋代替車身地闆,內建程度前所未有地提高。

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乘聯會秘書長崔東樹對牛車網指出:“CTC技術是一個比較強的整合技術,這使電池能量密度能更有效地提升、車輛設計更加輕量化,對整車形成更加獨立個性化設計,對車企來說是比較好的一個事情,也使車和電池設計能有更有效的比對。”

天風證券觀點認為,CTC方案是未來電動汽車電池成組技術的重要發展方向。随着電動汽車對于便捷性、輕量化的要求提升,CTC将逐漸成為技術研發和應用的重要方向。

根據某CTC內建底盤制造公司資料,其1.0産品已可實作車身減重15%,同時成本降低20%。

特斯拉打樣,比亞迪開張

縱觀國内外所有潛在玩家,目前最接近量産的依舊是“先驅者”特斯拉。

去年在柏林工廠舉辦的Giga Fest活動中,特斯拉展示了4680 Structural Battery(CTC)方案——4680電池包取消了模組設計,電芯密集排布在車輛底盤中,電池“上蓋”肩負密封電池與車身地闆兩項功能,座椅則可直接裝在電池包上。

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(4680 Structural Battery示意圖,源自Inside EVs)

采用CTC方案之後,電池包作為結構件的剛性、熱失控管理等都有更高的要求。

從特斯拉去年6月份公開的一份關于動力電池專利《INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM(專利号為US 2021/0159567 A1)》可知,它的解決方案是在電芯之間和電芯上下填充樹脂材料,增強結構支撐的同時起到熱保護的作用;而在熱失控管理方面,則是在電池包一側配備8個洩壓閥,以便發生熱失控時打開,降低電池起火風險。

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此外,電芯之間改為Busbar 連接配接;蛇形管布置與車橋方向平行,通過減少蛇形管長度而減少流阻,增加冷卻均勻性等,也都展現出特斯拉對量産CTC技術的準備。

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(4680電芯排列示意,圖檔内标注來源見右下角)

去年Q2馬斯克宣布不再出席後續财報會議。僅缺席了一個季度,老馬又在2021Q4财報會議中現身,原因是他要對産品路線圖做一次更新。沒有新車釋出的情況下,能讓馬斯克親自出山的就隻有第一批搭載4680 Structural Battery(CTC)方案的Model Y了。

在一條快要被淹沒的推文回複中,馬斯克提到,“新Model Y的結構電池将是另一級别的産品。”

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而在特斯拉CTC技術量産後最可能攪動的中國熱土上——

甯德時代,當仁不讓的世界動力電池巨頭,2025年才拿出成熟産品。

去年底,曾毓群透露甯德時代的CTP技術目前已更新疊代至第三代,并且2025年前後,甯德時代将推出第四代高度內建的CTC電池系統。到2028年,則計劃更新到第五代智能化CTC電動底盤系統。

比亞迪,電池技術發家、全産業鍊布局完善、初代目中國新能源汽車一哥,隻是在非官方口徑中不經意透露海豹将搭載這項最新技術。哪怕在此前e平台3.0釋出的重要時刻,也僅僅是将這一點用“電池車身一體化”一筆帶過。

于是乎,從官方口徑來看,國内廠商中最先吃到螃蟹的将會是是零跑C01。C01将在北京車展前夕釋出,目前的宣傳字首正是“首款采用CTC方案的量産車型”。

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其他國際車企來看,大衆和沃爾沃也已開始有所布局——大衆在去年的Power Day上宣布将在2023年量産标準電芯,同時以CTP和CTC的方式對電池系統結構進行優化;而沃爾沃則是确認在與Northvolt合作建造的全新電池工廠中導入方殼CTC工藝。

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敢問路在何方?

如此未來感的技術目前真正落地在望的事實上也隻有特斯拉一家。

業内人士對牛車網表示,CTC方案作為技術體系中的總體方案,方向上是對的,但目前做起來有三大難點:一是标準需要突破,否則電池系統認證沒法做;二是整車需要改變設計;三是整車生産工藝需要增加電池安裝、檢測,這在之前是沒有的。

目前國内主機廠其實也是沿着這三大難點在做循序漸進的嘗試。

特斯拉打樣、比亞迪開張:“鲶魚”啟示錄之CTC電池方案

某國内主機廠CTC方案的研發人員對牛車網表示,現在特斯拉已經落地了,(他們自己的CTC方案)樣品雖然已經發出去了,但距離真正的CTC依然還有差距——“雖然說起來是CTC,實際上還是有點CTP的影子,P到C的部分工作是主機廠完成的而已。”

所謂“有點CTP的影子”,大緻可了解為目前并不能“一步到位”做到電芯到底盤的內建程度,但模組到底盤大緻是可以實作的。

同時,“樣品已送出去了”,意味着主機廠并不一味地等待檢測标準的出爐,創新必然是産品先行與标準的。

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此外,前述業内人士也向牛車網提出了另一層面的問題,即主機廠與電池廠之間綁定與被綁定的關系。

他認為從标準化和容量最大化兩個方向會催生出标準化的電芯、模組(有利于标準化)和定制化的電芯設計(有利于容量最大化)。

站在主機廠角度,标準化的電芯或模組有利于行業規格統一,整個供應鍊安全也更有保障;而站在大電池廠的角度,做定制化電芯更能綁定主機廠,話語權也會更高。

由此也就不難了解為何特斯拉、比亞迪等新能源汽車頭部與甯德時代、LG化學等動力電池頭部都在搶奪這一賽道了。

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(圖源自東吳證券)

最後,行業觀點指出,CTC技術都是一樣的,差異的在于電池資源。如果電池不标準化,總會有綁定與被綁定的困境。未來整車CTC化倒是有可能促進電池的标準化,因為在設計過程中,主機廠就會自覺地将底盤尺寸往标準化上靠。

總結:

總的來說,CTC确實是未來電池技術方案發展的重要方向,但目前真正能實作量産的隻有西邊老馬一家,别無分号。同時,新方案帶來的産業上下遊重構,主機廠、電池廠角力,針對性檢測标準出爐等,都是未來大規模落地,實作動力電池平價化、車身輕量化的新問題。

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