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為什么動力電池一定要干掉“中間商”?

時(shí)間:2024-01-16 08:25來源:節(jié)點(diǎn)AUTO 作者:天璣
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2016年,特斯拉給動力電池做了一點(diǎn)調(diào)整,它將電池包的布局改成了縱向大模組,整車只有四個(gè)動力電池模組,這讓Model 3的電池利用率上了一個(gè)臺階。誰也沒想到這個(gè)小小的調(diào)整,會在日后成為電池行業(yè)的發(fā)展趨勢,還讓CTC成為了焦點(diǎn)。
CTC已經(jīng)是電池行業(yè)不可逆的發(fā)展趨勢,電池廠和車企都在布局。但是,這條路不僅不好走,而且還有很大的爭議。
前不久,哪吒汽車CEO張勇就在微博上對CTC“開炮”,他表示CTC對車企降本有用,對用戶沒用。張勇還在評論中補(bǔ)充,哪吒也會推出CTC技術(shù)的量產(chǎn)車。這反應(yīng)了CTC爭議的焦點(diǎn),車企和電池廠為什么一定要做CTC?

01 什么是CTC?
1766年,世界上誕生了第一輛汽車,當(dāng)時(shí)的動力是蒸汽。在此后一百年間,汽車的動力先后出現(xiàn)了燃油和電力兩種,這三種動力并存了很長一段時(shí)間。但是,蒸汽動力由于外燃機(jī)技術(shù)效能過低被市場淘汰,燃油動力由于石油依賴問題,被各國列入了被替代名單中,電力在此背景下成為了汽車動力模式的“最優(yōu)解”。
不過,電力有兩個(gè)缺點(diǎn),那就是電池的成本過高和能量密度低,而CTC以及CTP、CTB可以解決這兩個(gè)問題。
在展開之前,先說清楚這些英文縮寫是什么意思。其中的C”是“Cell”的縮寫,也就是“電芯”,“T”是“To”,“P”是“Pack”,也就是電池包的整包,“C”是“Chassis”,也就是底盤,“B”是“Body”,指車身。字上不難看出,這三種方案都是圍繞電芯做文章,涉及到了汽車的底盤和車身,可見它們的方向是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,而非材料創(chuàng)新(動力電池的創(chuàng)新方向分為材料和結(jié)構(gòu))。
在結(jié)構(gòu)上,動力電池經(jīng)過了多輪“進(jìn)化”。行業(yè)最早的結(jié)構(gòu)是MTP(Module to Pack),這種結(jié)構(gòu)奠定了動力電池的結(jié)構(gòu)雛形,包括電芯、模組和電池包三部分。一個(gè)模組由多個(gè)電芯組成,多個(gè)模組加上BMS、配重模塊等零部件組成一個(gè)電池包,然后裝在車內(nèi)。大眾 ID.3 使用的就是MTP結(jié)構(gòu)電池,其電池包由殼體、電池模組、電池控制模塊和電池管理系統(tǒng)等組成。
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MTP有一個(gè)致命缺點(diǎn),那就是對于電池包的空間利用率極低,僅有40%,其中電芯對模組的空間利用率只有80%,模組對電池包的空間利用率為50%。當(dāng)電池材料無法取得突破的情況下,電池創(chuàng)新只能從結(jié)構(gòu)上入手,此時(shí)這個(gè)缺點(diǎn)就讓車企和電池廠難以忍受。也就是說,哪吒上CTC也是無奈之舉。
但是,CTC真的對消費(fèi)者沒用嗎?這個(gè)問題還要從動力電池結(jié)構(gòu)的研究說起。
先來看CTC,它的設(shè)計(jì)邏輯是把電池算作車身結(jié)構(gòu)的一部分,目前有兩種模式。第一種是直接把電池包集成到底盤上,或者使用乘員艙地板做電池包的上蓋,零跑走的就是這個(gè)路線。第二種是把電池單體連接到底盤結(jié)構(gòu)上。這是目前最激進(jìn)的路線,采用這種路線的是特斯拉。兩者相比,零跑的電池包多了模組,相同之處是都去掉了電池包。
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正如馬斯克曾經(jīng)舉過的一個(gè)例子,原本飛機(jī)的構(gòu)架是把燃料箱放在機(jī)翼之中,但為了更大程度地利用空間,我們可以拿掉燃料箱、直接用機(jī)翼來儲存燃料。把燃料箱挪到機(jī)翼上的結(jié)果是,飛機(jī)內(nèi)的空間利用率更大了。零跑首款搭載CTC技術(shù)的車型是C01,它的車身垂直空間上增加了10mm,同時(shí)電池容量空間比傳統(tǒng)方案增加了14.5%,續(xù)航提升了10%。
CTP和CTC的本質(zhì)都一樣,都是為了精簡電池結(jié)構(gòu),得到更大的空間利用率和更長的續(xù)航。
CTPMTP的基礎(chǔ)上去掉了模組,直接將電芯做成電池包。CTP有兩種思路,一種是將電池包看成一個(gè)完整大模組替代多個(gè)小模組的結(jié)構(gòu),逐步減少端側(cè)板等結(jié)構(gòu)件,寧德時(shí)代的麒麟電池和蜂巢能源的短刀電池是這一路線的代表。另一種是直接去掉模組,以電池本身作為強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件,比亞迪的刀片電池是代表,這種路線也被稱為CTB。
以刀片電池為例,它雖然采用能量密度低于三元鋰的磷酸鐵鋰材料,但得益于集成效率能達(dá)到86%以上,體積利用率提升了50%以上,其能量密度較傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池提高了大約 9%,體積能量密度達(dá)320Wh/L,已經(jīng)可以比肩三元鋰電池。
對比MTP,這三種方案的基本邏輯是相同的,那就是去掉“中間商”。對車企來說,這樣可以用更低的成本,推出續(xù)航不弱于搭載三元鋰電池的車型。而三元鋰電池一直應(yīng)用于高端市場,這就為車企“價(jià)格戰(zhàn)”或者拓寬市場空間提供了有力支撐。同時(shí),消費(fèi)者也能買到更有性價(jià)比的汽車。

02 CTC會是動力電池的終局嗎?

如果說MTP是電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的1.0時(shí)代,那CTC和CTP就是2.0時(shí)代。在材料還沒取得突破的情況下,CTC和CTP是電池行業(yè)滿足市場要求的最優(yōu)手段。但是,這前面需要加上“目前”兩個(gè)字。動力電池的發(fā)展歷史來看,它的革命性變革都發(fā)生在材料突破上,結(jié)構(gòu)創(chuàng)新更適合做過渡。

最早應(yīng)用的動力電池是鉛酸電池,由英國發(fā)明家托馬斯·帕克在1884年設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí),搭載鉛酸電池的電動車的續(xù)航里程約為40-65公里,最高時(shí)速約30公里/小時(shí),不能滿足消費(fèi)者的需求。而且鉛酸電池具有體積大、質(zhì)量大、能量密度小、功率密度低的特點(diǎn),如果想增加續(xù)航,只能搭載體積更大的電池,總之就是不實(shí)用。

相比之下,燃油車的出現(xiàn)時(shí)間雖然比電動車晚,但由于汽油更實(shí)用,燃油車反而更早走上了街頭。鉛酸電池被淘汰和燃油車的后來居上,給動力電池行業(yè)提供了血的教訓(xùn),那就是一切都應(yīng)以實(shí)用為先。

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1997年,豐田推出了搭載鎳氫電池的普銳斯混動,給行業(yè)提供了新的方向。但是,除了豐田外,大多數(shù)車企用的不是鎳氫電池,而是我們最熟知的鋰電池。

這是因?yàn)?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; letter-spacing: 0.578px; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">鎳氫電池有三個(gè)至關(guān)重要的缺陷,分別是循環(huán)壽命低、能量密度低、快充和低溫性能差,這三點(diǎn)都是電動汽車補(bǔ)能體驗(yàn)的關(guān)鍵,哪怕占了一條,都會嚴(yán)重影響體驗(yàn)。鋰電池在這三點(diǎn)和空間利用率、低溫性能上都比相比鎳氫電池有優(yōu)勢。

當(dāng)然,鋰電池的低溫性能也不見得有多好,搭載鋰電池的電動汽車在冬季,續(xù)航普遍要打骨折,可見鎳氫電池在低溫情況下的表現(xiàn)有多差。

從鉛酸到鎳氫,再到鋰,動力電池的進(jìn)步本質(zhì)上是材料的進(jìn)步,因此結(jié)構(gòu)創(chuàng)新更適合做企業(yè)的過渡選擇。

另外,就算CTC、CTP是電池行業(yè)的終局,也需要不斷“創(chuàng)新”,因?yàn)樗鼈儽旧碛芯窒蕖?/strong>

在市場上,關(guān)于CTC、CTP的局限性,有很多傳言,流傳最廣的是不能換電和維修費(fèi)用高,如果細(xì)究,有些傳言是站不住腳的。

據(jù)多份第三方調(diào)研顯示,消費(fèi)者購車時(shí)首要考慮的因素就是續(xù)航,而換電是目前最高效的補(bǔ)能方式,可以減少消費(fèi)者的續(xù)航焦慮。但是,這個(gè)問題需要全面看。

換電的效率確實(shí)高,蔚來的第三代換電站,完成換電流程只需要四分四十秒,和加油體驗(yàn)相差無幾。不過,換電模式需要在終端上兩頭發(fā)力,一頭是汽車,背后是車企和電池廠,另一頭是換電站,背后也是車企和電池廠,這兩頭都需要更大規(guī)模投入。

據(jù)業(yè)內(nèi)分析,蔚來三代換電站的成本大概在150萬-200萬元。2023年,蔚來新建1035 座換電站,累計(jì)建成 2350 座,投入有多大可想而知。換電站的運(yùn)營成本也很高,蔚來一個(gè)換電站一年的運(yùn)營成本在30萬-40萬元左右。李斌不久前對媒體表示,Nio Power實(shí)現(xiàn)盈利還需要幾年時(shí)間,單個(gè)換電站一天60單可以實(shí)現(xiàn)盈利,但蔚來整個(gè)換電網(wǎng)絡(luò)距離這個(gè)平衡點(diǎn)仍有差距。

更重要的是,當(dāng)前車企和消費(fèi)者有更“高效”的選擇,那就是可油可電的混動模式,CTC、CTP是否支持換電就不那么重要了。

CTC技術(shù)真正的局限在于,由于電池和底盤、車身的設(shè)計(jì)是一體,如果發(fā)生車身的碰撞事故,電池也可能會連帶著被換掉,這會增加維修成本,這和車企都在推廣一體化壓鑄技術(shù)是相似的。

另外,我再補(bǔ)充一個(gè)“傳言”,那就是隨著結(jié)構(gòu)創(chuàng)新成為電池行業(yè)的發(fā)展趨勢,電池廠商和車企的競爭會變多,電池包領(lǐng)域的格局會被改寫。

由于CTC涉及汽車底盤制造,這是車企的優(yōu)勢地帶,隨著電池廠商推出CTP方案,它們也在向底盤方向滲透。同時(shí),車企隨著CTC方案,也在向電池包、電池模組領(lǐng)域滲透,雙方的交集變多了,競爭不可避免。而在二者的夾擊下,首當(dāng)其的是第三方電池包企業(yè),它們的市場份額會被蠶食。

03 結(jié)語

在材料創(chuàng)新上,動力電池行業(yè)目前有兩個(gè)方向,一個(gè)是鈉離子電池,另一個(gè)是固態(tài)電池。鈉離子電池有很多優(yōu)點(diǎn),比如儲量是鋰資源的440倍、耐低溫,但由于它的能量密度低于鋰離子,所以更適合應(yīng)用在A00級市場,與磷酸鐵鋰互補(bǔ)。江淮釔為旗下的“花仙子鈉電版”,是全球首款搭載鈉離子電池汽車,它的電池包容量是23.2kWh,CLTC工況下的續(xù)航只有230km。

固態(tài)電池使用固體電解質(zhì),替代了傳統(tǒng)鋰電池中的電解液和隔膜,相比鋰離子電池,有著更好的安全性和更高的能量密度。但應(yīng)用時(shí)間較長,電池行業(yè)龍頭寧德時(shí)代的計(jì)劃,到2030年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的商品化。

總的來看,盡管動力電池短期內(nèi)在材料上還無法取得突破,只能依靠結(jié)構(gòu)創(chuàng)新滿足當(dāng)前日益增長的市場需求。這個(gè)結(jié)果雖有遺憾,但也有驚喜,那便是中國企業(yè)在材料和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域都擁有不可忽視的地位,中國企業(yè)只能望“洋”興嘆的日子已經(jīng)過去了。

(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 動力電池
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