未來,電動汽車行業(yè)或?qū)⒚媾R大變革,續(xù)航里程、座艙空間等方面都將有進(jìn)一步被開發(fā)的可能。
面臨可能發(fā)生的變化,這次車企站在了純電動車的角度去思考創(chuàng)新的可能——“零跑的創(chuàng)新一定要基于電動車和燃油車的差異去創(chuàng)新。”在零跑CTC電池底盤一體化技術(shù)的發(fā)布會上,零跑汽車董事長朱江明如是說。
4月25日,零跑發(fā)布了智能電動CTC電池底盤一體化技術(shù),而即將搭載CTC技術(shù)上市的零跑C01將成為全球首款無獨立電池包的電動汽車。
動力電池“瘦身”大挑戰(zhàn)
車身輕量化是汽車行業(yè)亙古不變的話題,而單位體積下裝更多電量,逐步提升續(xù)航里程是電動汽車亙古不變的話題。
兩個目標(biāo)重疊一起,需求就很明確了:動力電池一定要瘦身!
目前新能源汽車的瘦身計劃有兩個突圍方向。一方面從材料路線,主要是通過研究不同的正極材料,例如多種磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等,帶來能量密度和續(xù)航的提升。另一方面則是從工程技術(shù)路線出發(fā),從改良電池體積、電池包輕量化設(shè)計等方面實現(xiàn)續(xù)航的提升。
就當(dāng)前階段而言,固態(tài)電池、碳硅負(fù)極等新材料距離大規(guī)模應(yīng)用落地還有一定距離。而現(xiàn)階段圍繞三元鋰電池做材料創(chuàng)新,也似乎陷入了安全性、能量密度、經(jīng)濟(jì)性的不可能三角。
一條路受阻,就要在另一條路上做突破。近幾年來,電池創(chuàng)新更多出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和迭代上。
這一方向最新的進(jìn)展是CTC,電芯直接集成到底盤。
CTC技術(shù)出現(xiàn)之前,動力電池從“電芯-模組-電池包”的標(biāo)準(zhǔn)化模組結(jié)構(gòu)過渡到普遍采用Cell to Pack的CTP(無模組電池)結(jié)構(gòu),使電模組零部件數(shù)量進(jìn)一步減少,提升空間利用率,實現(xiàn)降本增效。
CTC直接將電芯安裝在底盤之上,電池骨架結(jié)構(gòu)和底盤車身結(jié)構(gòu)合二為一。簡而言之,就是車身、電池和底盤形成一個融為一體,大幅提升電池包的體積密度。
零跑是國內(nèi)最早發(fā)布CTC方案的企業(yè),根據(jù)零跑公布的數(shù)據(jù)顯示,CTC技術(shù)使零跑C01整車垂直空間增加10mm,電池布置空間增加14.5%,同時搭配AI BMS大數(shù)據(jù)電池管理系統(tǒng),能夠讓整車?yán)m(xù)航里程提升10%。
這正是CTC結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢:通過減少冗余結(jié)構(gòu)和零部件數(shù)量的輕量化設(shè)計提高續(xù)航、降低成本,達(dá)到更高的結(jié)構(gòu)效率。
各家CTC方案有何差異?
憑借這些優(yōu)勢,CTC基本成為新能源領(lǐng)域的發(fā)展“共識”,除了零跑之外,特斯拉、寧德時代、比亞迪等也對CTC技術(shù)有相關(guān)布局。
2020年9月特斯拉在電池日發(fā)布了4680電芯、CTC技術(shù)和一體化壓鑄技術(shù),并宣布其柏林工廠將采用CTC技術(shù)生產(chǎn)Model Y。
另一方面,動力電池供應(yīng)商也在研發(fā)CTC技術(shù)。寧德時代計劃在2025年實現(xiàn)集成化CTC技術(shù),LG新能源也曾公開CTC相關(guān)技術(shù)專利。
但是很顯然,CTC的技術(shù)落地的難度并不小。特斯拉的專利顯示,采用CTC方案之后,電池包作為結(jié)構(gòu)件的剛性、熱失控管理等都有更高的要求。
也就是說,保障電池包的氣密性、CTC后的底盤碰撞安全性、有效防止熱蔓延都是需要設(shè)計和工程的創(chuàng)新來同步實現(xiàn)。
另外,維修問題也是車企必須跨過的門檻。傳統(tǒng)電池包主要通過螺栓和車身連接,而CTC結(jié)構(gòu)中如果電池內(nèi)部出現(xiàn)損耗需要維修,就需要拆換車身,這是否會對車身結(jié)構(gòu)造成影響還尚不可得知,這意味著維修過程中乘員艙可能會再次面臨密閉性風(fēng)險。
這些難點都是CTC技術(shù)遲遲難以在量產(chǎn)中實現(xiàn)的原因,直到今天才有零星的車企開始應(yīng)用。那么,零跑和特斯拉面臨這些難題表現(xiàn)如何?
從實現(xiàn)電池密封結(jié)構(gòu)的路徑看,特斯拉與零跑的CTC技術(shù)有很大差異。簡單來說,前者的方案是“無底板車身+密封電池”,優(yōu)先保證了電池本身的封閉性能;而后者的方案是“完整車身+電池托盤”,去掉了電池包的上蓋,優(yōu)先保證的是乘員艙的密閉性。
根據(jù)此前特斯拉公布的資料,特斯拉的方案是將電芯直接排列在底盤上,取消了座艙底板,座椅直接安裝在電池包上蓋。電池結(jié)構(gòu)作為一個整體與車身集成,在電池的集成度上更為徹底,也滿足了電池系統(tǒng)的封閉需求。
為了增強(qiáng)車輛底盤應(yīng)對橫向碰撞的剛性,特斯拉還在座椅的承載件和電池上蓋之間加了一層橫向布置的結(jié)構(gòu)件。
另外,特斯拉電芯的側(cè)面冷卻方式以及膠粘劑填充結(jié)構(gòu)也對導(dǎo)熱起到一定阻隔的效果。
而從零跑發(fā)布的資料來看,零跑則是直接將電池模組放在底盤上,保留了完整的車身框架,用下車體框架來密封電池。
目前來看,零跑C01是利用車身縱梁、橫梁形成完整的密封結(jié)構(gòu),讓車身與電池結(jié)構(gòu)互補(bǔ),使電池抗沖擊能力及車身扭轉(zhuǎn)剛度得到提升。
CTC技術(shù)的安全性很大程度上需要考量工程組裝結(jié)構(gòu)。從這一點來看,特斯拉與零跑的結(jié)構(gòu)組裝技術(shù)是一致的。而如果從電池的密封性能來考量,特斯拉的封閉電池方案或許會讓風(fēng)險更可控。
零跑表示將會開放其CTC技術(shù),我們也期待會看到更多的細(xì)節(jié)披露。
CTC vs換電,行業(yè)會迎來變局嗎?
不過,在CTC成為技術(shù)風(fēng)口之前,另一項技術(shù)也在同時甚至早于CTC技術(shù)發(fā)展——換電技術(shù)。
據(jù)悉,零跑的CTC技術(shù)可以兼容800V的高壓平臺、400kW的快充,并可以實現(xiàn)家用式充電。而由于電池結(jié)構(gòu)也是車身底盤結(jié)構(gòu)的一部分,電池的拆卸可能變得困難,換電技術(shù)也就很難應(yīng)用于這一車型。一定程度來說,換電技術(shù)就站在了CTC技術(shù)的對立一方。
雖然換電技術(shù)與CTC技術(shù)在同一輛車上互不兼容,但這并不代表這兩種技術(shù)在同一個市場內(nèi)沒有共存的空間,二者在市場中也不是后者替代前者的關(guān)系。恰恰相反,在生機(jī)勃勃的新能源市場,無論是換電還是CTC技術(shù)都有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛢r值。
換電模式最大的優(yōu)勢就是補(bǔ)能耗時極短,全程僅需數(shù)分鐘。此外,換電車電分離的模式也使得這一技術(shù)在電池?fù)p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。4月27日,寧德時代宣布與愛馳汽車就EVOGO換電項目展開合作,簽署合作協(xié)議框架,共同開發(fā)組合換電版車型,此舉顯示出寧德時代把換電服務(wù)市場蛋糕做大的決心。
不過,在正式形成全國統(tǒng)一的換電標(biāo)準(zhǔn)之前,換電模式實現(xiàn)互換還有很長的路要走。此外,除了蔚來,目前換電模式的對象主要是網(wǎng)約車、出租車等對充電時間極為敏感、電池消耗量大的運營性質(zhì)車輛。
一位接近寧德時代的人士表示,“當(dāng)電動車的滲透率上升時,應(yīng)用場景也會增多,需求就會出現(xiàn)多元化,不會是一種技術(shù)路線包打天下的局面,作為龍頭老大,必須要有多種技術(shù)和產(chǎn)品布局,來適應(yīng)這種多元化的市場。”
CTC不僅是技術(shù)的革新,對行業(yè)也將帶來很大影響。2021年11月,國務(wù)院發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)提出研發(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(shè)計、多能源動力系統(tǒng)集成技術(shù)。
在降成本、高續(xù)航、輕量化等優(yōu)勢的吸引下,未來越來越多的車企會愿意開始CTC技術(shù)的布局,在新能源乘用車方面或許會更為明顯。因此,CTC電池技術(shù)無疑是未來新能源汽車行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。
技術(shù)的變更總得經(jīng)過市場檢驗。CTC技術(shù)的實際表現(xiàn)如何,還需要在搭載這一技術(shù)的車型上市后才能印證。
不過,當(dāng)技術(shù)尚處于概念階段時,往往看起來比較遙遠(yuǎn);但當(dāng)技術(shù)開始落地的時候,進(jìn)展往往會超出預(yù)期。零跑率先量產(chǎn)CTC技術(shù),已經(jīng)足以說明在新能源賽道上,中國品牌完全有機(jī)會“借道超車”。
在發(fā)布會上,零跑宣布:“零跑將對CTC技術(shù)免費開放共享。”這或?qū)又袊男履茉雌囈煌蛏�、走得更遠(yuǎn)。
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