CTP/CTC(CTB),实际就是动力电池的集成度走高的一种趋势。我们现在动力电池装车最主流的方式还是Cell to Module:单体电芯组成模组,模组组成箱体,箱体组装成系统,然后系统装车。
如下图所示,电芯组成模组,多个模组一起集成PACK,PACK组成系统,装载在汽车底盘上。
这种模式沿用了很多年,技术成熟,工艺可靠。电芯作为最里层的动力源,被一层又一层的外壳保护得很好。
但其中有个弊病就是电芯到模组到箱体到系统再到装车,工序多、外壳占用空间多,那么能否省掉其中的工序,就能降低加工成本且提高空间利用率,在企业盈利提高的同时还能有效提高车辆续航,岂不是两全其美的事情。
所以,CTM→CTP→CTC(CTB),就这么一步步走下来。
电芯作为能源中心,被层层包裹(模组/箱体),这种传统物理架构的空间利用率偏低,设计良好的方形电芯的系统成组率大概可以达到65-70%,而圆柱形电芯的系统成组率大概只有55-60%。
CTM现阶段依旧是最成熟的电池包架构,市面上大部分新出的电动车型依旧采用的这种架构。
上汽大众ID.4X的电池包,由8个模组(多个电芯组成一个模组)构成,模组之间用高压铜排连接,有着隔热、阻燃设计。
CTP(Cell to Pack)
无模组模式,直接取消了传统模组,多个电芯直接组成PACK,如比亚迪的刀片电池等,PACK装载在汽车底盘上。
比亚迪将正极片、负极片,先模切裁断成单片,在隔膜中按照设定的层数叠成极芯,并通过热压将极片与隔膜固定。极片长度约1000mm,条状的正负极片,需要有序地插入折叠隔膜里,这对工艺要求是十分苛刻的——极片需要平整地插入,同时要保证插入的深度,需要刚刚好。
比亚迪的CTP无模组方案,电芯实际充当了模组,而取消了模组的保护壳体,由刀片电池本身来充当电池的梁,这样大幅提高了空间利用率,也提高了系统能量密度(单位体积装更多的电芯。)
同样的,宁德时代也推出了CTP模式。
2022年3月,宁德时代推出了CTP3.0(麒麟电池)。
根据资料,采用 CTP 3.0 技术的 LFP 电池能量密度可达 160Wh/kg,NCM 电池则可达 250Wh/kg;若比较最新的 4680 系统,宁德时代称 CTP 3.0 技术可以在相同的条件下,提升 13%的能量密度。
由此可见,CTP是从架构更改中着手,有效提高电池系统能量密度,让同样重量、体积的电池系统可以提供更高的续航,让更多的电动乘用汽车可以达到1000公里续航的标准。
5月份的新闻,宁德时代的CTP技术也开始推向了国外的商用车型。
虽然无模组方式有很多优点,但这样的无模组也意味着取消了模组的保护(如去掉了边梁等),外来的冲击原本是由模组来承担,现在则需要电芯本身来承受冲击力,对于电芯的安全保障是下降的。现在厂家的方法是在电芯材质和构造上提升强度,比如铝型材直接挤压成型等。另外电池集成度越高,也就意味着后续的维护、保养、更换需要的成本就越高。
CTC(Cell to chassis)
直接电芯集成(一体化)到汽车的底盘上。以特斯拉为例,CTC的电芯成组,上面就是地板(电芯外壳)和座椅横梁,和底盘集成一体,然后再装配在车身上,这样可以利用电芯本身的机械构造来承担一部分框架的作用,能有效减少电池包的体积,增加空间利用率。
CTC技术除了能间接降低车身重量,提高电池包空间利用率这些好处外。关键又能和利益扯上关系,因为一体化集成,减少了大量的焊接(连接)工序,从而提高了生产效率,减少了中间的机器人,这就能降低成本。
据特斯拉的相关数据,CTC+一体化压铸,可节省370个零件,车重下降10%,电池结构体积-10%。
不过本来圆柱体的电芯在成组的空间利用率上就比不过方形电芯(圆柱叠加圆柱,之间不可避免有多处空隙),设计好的方形电芯成组的空间利用率可以达到80%以上,而4680(圆柱体)+CTC的成组空间利用率大概只有70%以上。
但集成度高的CTC也有弊端,类比特斯拉,电池和底盘集成一起,一旦电池有问题了,就是要动底盘了,对动力电池售后的维护/维修就不是很友好了。
因为集成度高,电池组的上盖又做了车身地板,一旦电池组需要维修,预计价格会比现在的更加昂贵。
CTB(Cell to Body)
和CTC的电芯集成到底盘上类似,CTB是把电芯集成到车身上,实际两者的意思大致相同。
比亚迪的CTB技术,车身地板和电池上盖集成,下方就是电芯。
至于比亚迪宣传的,CTB技术能够提高整体能量密度,提高舒适性,操控性,还能提高安全性:刀片电池能作为车身架构的一部分,并承受车辆碰撞产生的部分伤害,有效避免人员的伤害。但这样的架构改变对于电池的安全是否有负面影响,个人觉得还是需要后续市场的实际反馈。
运用CTB技术的比亚迪车型是今年发售的海豹系列。
在汽车上,走高度集成的路线不止是电池系统,也见于新能源车的各个方面,比如新能源车的电子电气架构(EEA)的集成。
随着智能自动驾驶和智能座舱的发展,传统的基于ECU的分布式电子电气架构势必要向域集中的电子电气架构发展。汽车芯片通过整合,比如将从多个ECU收集的数据在同一个域控制器中统一处理,比如将上百个ECU浓缩到数个DCU或MCU里面。
EEA的发展,从分布式到域集中到域融合,到车载电脑和区域导向架构,到最终的车辆云计算的电子电气架构,实际也是走着高度集成化的道路。
所以说,哪种更有发展前景,肯定是集成度越高(保障安全和实用效果的前提下)的CTC/CTB代表着未来。但这也并非意味着现阶段的CTC/CTB是成熟的技术,毕竟车企的宣传肯定是往好的说的。具体怎么样,是否在保障安全的背景下提高了集成度,还是得看市场上真实的数据反馈了。
(图片来源网络,侵删!)
参考资料:
1、https://baijiahao.baidu.com/s?id=1728815096196215614&wfr=spider&for=pc
2、https://baijiahao.baidu.com/s?id=1734248045242012773&wfr=spider&for=pc
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:Will.liu
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延伸阅读:
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