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CTC“量产元年”,谁将成为行业中的“佼佼者”?
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一场疫情,还在不断向中国车市贩卖焦虑情绪。但作为旁观者,更想用“泥泞过后,皆是坦途”来提振信心。由此望向积极的一面,当下电动化转型的浪潮,没有因为诸多不可抗力的出现有所削弱。整个大盘的声量与增势,依旧维持在高点之上。

身处这条全新赛道,纵观那些真正准备充分的强者而言,并未等来想象中的怨天尤人、哀声载道,反而都能根据行业环境的骤变,迅速调整自身节奏,继续展现出手中握有的最强成果。

也正是基于上述背景,本篇文章更想展开聊聊一项近来饱受外界关注的动力电池技术。因为它的落地,智能电动车多方面的性能,再次出现巨大的进步。最终,得以成功普惠终端消费者。

看到这里,相信已经有不少读者猜出,今天的“主角”正是——CTC电池底盘一体化技术。正在进行中的2022,随着类似零跑、特斯拉、比亚迪等越来越多的车企入局其中,并接连拿出手中握有的底牌,大有一副“CTC量产元年”的意味。

那么,仅以目前掌握的信息,不禁好奇谁又将成为其中的“佼佼者”?

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结构优化,才是最终解

“动力电池,如同电动车的心脏。”

本段开篇,之所以抛出这样的观点,还是想要证明截至目前,前者对于后者仍具有十分重要的不可替代性。仔细观察不难发现,长久以来动力电池体系的创新,主要还是体现在电池材料与系统结构两个维度。

只不过,随着电池材料部分,尤其是能量密度的提升与进步逐渐趋缓,对于结构系统的创新,已然成为所有人追求的新方向。

换言之,当下影响电动车普及的最大阻碍,无外乎还是续航与成本。可由于锂电池能量密度的原因,其本身所能够提供的续航,已经接近目前理论上的“天花板”,所以很早期大家已经意识到这个问题,转而开始在生产制造工艺与相关结构上,寻求新的突破点。

目前大多数品牌为了“求稳”,依然选择采用——CTM传统电池集成方案,即“Cell to Module”。它的特点是先将电芯组成模具,然后再将数个模组集成为电池包,从下部与车身拼接在一起。


不可否认,站在技术储备稍弱的主机厂角度,CTM仍是其能够掌握最成熟的动力电池安装解决方案,但它的缺陷与短板也是显而易见的。综合而言,模组壳体与车身之间存在着一定的空隙,这也导致车身空间利用率较低,同时整车质量过高。

为此,经过一段时间的研发,CTP无模组电池集成方案,即“Cell to Pack”应运而生。相比CTM,它最大的特点就是跳过模组环节,直接将电芯集成在电池包上,变得更加简单。从而进一步提升了体积利用率、生产效率、能量密度都有所提升,零部件数量也有所减少。



不过,就像特斯拉CEO马斯克曾公开表示的一样,“没必要往盒子里再装一个盒子。”随后,他还举例说明:“原本飞机会把燃料箱放置在机翼之中,但为了更大程度利用空间,便拿掉燃料箱,直接用机翼来储存燃料,这样能容纳的燃料无疑更多。”

话语背后能够听出的含义,直指CTP依然只是过渡方案,并不是动力电池结构优化的最终解。也正因如此,文章开篇所提及,更为极致的CTC电池底盘一体化方案,即“Cell to Chassis”正式走向台前,并开始进入到落地阶段。

同时,相比CTP,CTC是动力电池系统更深层次拓展,直接将电池整合到底盘框架中,进而在结构上实现更高程度的集成化,并且还可以更大限度的优化电池包的重量与空间。

另外,也是非常重要的一点,CTC要求主机厂从更早的阶段,介入车型整体设计之中,这就要求其具备极强的自主研发设计能力。和CTP定义权更多掌握在动力电池供应商手中不同,这一次“主导权”已然交给了前者。

所以明知CTC将成为接下来电动车发展的绝对核心技术之一,但碍于“高门槛”的存在,并不是谁都能立马切入的赛道。

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CTC的优势是什么?

前有零跑C01,后有比亚迪海豹,都在大力宣传CTC技术的优势,也都在强调自家的技术可靠性。但说到底,CTC技术的优势有且仅有两个:

其中,最大的优势无非就是能在单位体积内塞入更多电芯,进而增加电池容量。当然,也可以选择在维持原有电芯容量的同时,留出更多的空间,给到乘坐空间或载物空间。

至于另外一个优势,就属于“买赠”附带了,因为结构更简单,不用多次打包,少用些材料也就节约了成本。

对于消费者来说,一方面,CTC技术可以提升续航里程,进一步削弱里程焦虑;另一方面,CTC技术在制造成本降低之后,理论上可以一定程度惠及消费者,让购车成本更低——当然,车企会不会如此做,就是另一个层面的考量了。

另外,虽然技术路线相同,但不同厂家对CTC技术的具体实施路径还是有差异的。

先说比亚迪,其CTB技术最大的特点就是采用自家的刀片电池,由于刀片电池本身就可以看做是一个最小单元的电池模组(几个电芯为一片,相当于用了比一般小箱子更小的箱子),因此,比亚迪的CTB技术看起来也是略显保守的,在安全性和可维修性方面保留了一点点后手。

相比之下,特斯拉的CTC技术可以说是最为激进的,其采用全新设计的4680电芯,电芯就直接布局在与底盘一体的电池仓内(小箱子大箱子全扔了),值得一提的是,其前排座椅的受力点也在整体的电池底盘上。

至于此前高调宣传称自己为国内首款采用CTC技术的零跑C01,其CTC方案则可以说是最保守的,它保留了将电芯封装为模组的步骤(也就是用了小箱子),只是将模组直接安装到底盘上,在可维修性方面甚至超过比亚迪。

03


CTC的缺点也很致命

只是,我个人并不是很看好CTC技术,因为它的硬伤同样明显。

对于90后及更早的人来说,相信对于可更换电池的手机一定记忆犹新。手机里装一块电池,再带一块备用电池,电池没电的时候直接换满电的新电池,手机原地满血复活。这样的场景对于今天的智能手机则不可实现,因为电池都采用了不可拆卸设计,电池没电了只能充电,由于电池的续航能力不给力,所以人们要么选择携带一个充电宝,要么外出使用共享充电宝,总之用起来变得更不方便了。而电池损坏之后,也只能找专业的维修机构,付出更高的成本。

跟手机类似,不可拆卸的CTC技术也有类似的缺点。大家知道,在解决续航焦虑的方案中,有一种模式叫做换电,蔚来就是换电技术的忠实拥护者,而CTC技术则从源头上杜绝了换电技术的可操作性。

更严重的问题在于维修和更换。因为车身就是电池组本身,所以在发生碰撞时,车身一旦受损,电池组势必跟着遭殃,虽然各个厂家都宣称其CTC技术在安全方面的保障有多高,但大家心里都明白,一根筷子肯定比三根筷子更容易被折断。

更换也是一大难题,因为电芯材料的电化学特性,电池在经过一段时间的使用之后,会因为活性下降,造成容量衰减到影响正常使用,到时候必然要更换。此时,和底盘合为一体的电池组无法单独更换,只能是拆开底盘,更换里面的电芯,而对电池包的加工需要工厂级的环境,对安装技术也有着非常高的要求,更换之后是否能达到应有安全标准也需测试。

这么一套流程打下来,付出的成本相比独立的电池包又高了不少。

还有一个容易被忽视的缺点,那就是电芯散热和防止热扩散。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,电芯直接抱团,对整体的热管理也提出了更高的要求。


站在消费者的立场来说,CTC技术最直观的缺点就是手中的这辆车很可能变成一次性用品,一旦撞了或损坏,最佳方案不是维修,而是换车。这样一来,很可能导致其保险费用大幅上涨,毕竟羊毛都是出在羊身上的。

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头部新能源车企CTC技术有何差异?

CTC技术作为未来的发展趋势,并非零跑汽车一家独有,特斯拉在2020年就发布了整包封装技术CTC解决方案,而比亚迪也发布了与之类似的CTB电池车身一体化技术,那么,这三家车企的电池底盘一体化技术有何差异呢?

首先,在集成和装配方式上,特斯拉CTC方案中直接将电芯或模组安装在底盘上,电池包上盖板集成了地板和座椅支架,前后一体化压铸车身底盘中间无横梁,电池包结构本身做了很强的横向力学强化,侧向受力和弯矩全由电池包承担,侧向预留空间较大,以泡沫塑料填充;与特斯拉CTC类似,比亚迪CTB方案中独立电池包集成了地板功能,但提供侧向强度和扭转刚度的横向钢梁还留在车上,而非结合到电池上盖板中,侧面预留空间比特斯拉CTC方案小;零跑CTC方案是将电池直接集成在底盘上,利用车身部件密封电池,没有传统电池包概念,把电池与底盘融为一体,该结构更极致紧凑,集成度更高,技术更先进,对制造工艺的要求也更高,还大大增强了车身扭转刚度和弯曲刚度,同时也能减少车身异响与震动,提升车辆NVH性能。

零跑CTC方案示意图,图片来源:零跑汽车

其次,在空间利用率方面,特斯拉CTC和比亚迪CTB技术路线对车内乘客垂直空间均有提升,但由于电池包上部要做加强或缓冲设计,同样边界条件下,电池布局空间会降低。零跑CTC方案中由于无独立电池包,因此车内乘客垂直空间和电池布局空间都有提升。同时,三种方案对车身性能均有影响,其中特斯拉CTC技术使车身结构刚性更强,散热较好;比亚迪CTB技术侧向强度和扭转刚度更高,可拆卸性更强,但散热效果不如特斯拉CTC方案;零跑CTC技术电池下托盘与车身门槛和横梁有着更紧密、更牢固的连接,与车身电池舱形成高刚性的腔体结构,大大增强了车身扭转刚度和弯曲刚度。车身刚度越强,车身耐久性、整车操控性和安全性也越强,同时也能减少车身异响与震动,提升车辆NVH性能。最后,在可维修度方面,特斯拉CTC方案中因电池包集成了地板和座椅横梁功能,因此维修起来相对复杂,需要先拆内饰,再拆PACK,且无法实现换电;比亚迪CTB方案中电池维修起来相对简单,仅拆除PACK单独维修即可,保留换电可能性;零跑CTC方案中,电池托盘可单独拆卸维修,也比较方便,零跑克服了难度和挑战,率先实现量产。

零跑CTC双骨架环形梁式结构,图片来源:零跑汽车

综合来看,三家车企相关技术的本质区别在于技术思路不同,特斯拉CTC和比亚迪CTB技术两者本质上是以CTP技术为基础的拓展,保留了独立电池包形态,简化车身与电池包集成部件的结构。零跑CTC技术的本质是去除了电池包概念,实现无电池包化,应用了CTC双骨架环形梁式结构,将电池骨架结构和底盘车身结构合二为一,既是车身底盘结构又是电池结构,整体结构效率更高。这也是零跑CTC与比亚迪CTB、特斯拉CTC最大的区别,真正体现整车一体化架构的概念。

05

CTC加速产业链重构,未来谁能掌握更多话语权?

三家车企的电池底盘一体化技术路线虽然有些许差异,但从车企规划下一代产品来看,高度集成的电动化平台以及动力电池大模组/无模组,甚至直接集成到底盘的方案应用将成为趋势。

由于CTC方案从电池系统集成的角度进一步加深了电池系统与电动车动力系统、底盘的集成,用较少零部件数量,提升生产效率。因此,业内认为,随着该方案大规模应用,新能源汽车产业链分工将有所改变。

国海证券在相关研报中指出,未来CTC产业趋势将呈现如下三个方面:一、具备技术研发优势的主机厂将掌控更多CTC主导权;二、以轻资产运营的主机厂将交由第三方主导CTC开发;三、第三方主导CTC开发场景下电池企业和底盘供应商将展开竞争合作,此时产业链上的底盘系统集成、电池系统、热管理、线控等领域的供应商将受益。

零跑汽车作为造车新势力第一梯队车企之一,此次提出的CTC方案相对来说更具前瞻性,未来也将在这一领域拥有更多主导权。当然,作为一家还处于成长阶段的整车企业,零跑汽车对动力电池的更新迭代,背后离不开其所一贯秉承的创新精神。

对于创新,零跑汽车董事长朱江明曾提出:“零跑的创新一定要基于电动车和燃油车的差异去创新,而不是盲目地去搞创新。”动力电池作为电动车与燃油车最核心的差异点之一,存在诸多待优化项。早在2016年,朱江明从手机电池由分离式变成机身一体化中获取灵感,和团队开始着手研发电池底盘一体化集成技术。经过多年研发,零跑CTC方案经过了CTP方案阶段和工程实践阶段验证,于今年正式进入量产阶段,零跑C01正是全球首款搭载无电池包CTC技术的电动轿车。

在研发方面,零跑汽车一向坚持核心零部件全域自研,业内人士分析,零跑CTC技术的发布及量产,不仅代表着零跑汽车7年来全域自研的最高水准,也将推动全球动力电池向3.0时代加速迈进。

来源:贤集网

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