電動車企扎堆搞 CTC 技術(shù)，到底有啥區(qū)別？
頭部的新能源汽車中，特斯拉早在 2020 年的電池日活動上就講解了 CTC 技術(shù)，認(rèn)為這項技術(shù)能夠省掉 370 個車身零部件，減輕 10% 的車身重量，而另一個頭部玩家比亞迪也在今年發(fā)布了 CTB 技術(shù)（本質(zhì)上仍然為 CTC 技術(shù)）。
▲ 特斯拉展示 CTC 技術(shù)
動力電池行業(yè)的頭部玩家寧德時代也積極發(fā)展 CTC 技術(shù)，前華為智能汽車解決方 BU 智能車控領(lǐng)域總經(jīng)理蔡建永加入了寧德時代將會全力推進(jìn) CTC 電池底盤一體化業(yè)務(wù)。
而國內(nèi)的新造車企業(yè)零跑也在 4 月份正式對外公布了其 CTC 技術(shù)，可將其首款轎車 C01 的續(xù)航提升到 700 公里以上。
此外，哪吒、大眾、沃爾沃等車企都將會在 CTC 技術(shù)方法發(fā)力，哪吒汽車更是明確了要在明年推出這一產(chǎn)品。
從這些車企的動作來看，CTC 技術(shù)無疑已經(jīng)成為了今年動力電池領(lǐng)域最熱的話題之一了。
新能源汽車發(fā)展到現(xiàn)在，動力電池的發(fā)展已經(jīng)到了天花板，急需破局之道。從化學(xué)材料上來看，三元鋰電池的天花板逐漸顯現(xiàn)，而固態(tài)電池距離量產(chǎn)仍然有很長的道路要走。
在這種情況之下，特斯拉、比亞迪這樣的新能源汽車行業(yè)巨頭和寧德時代這樣的動力電池大佬都開始在電池的封裝技術(shù)層面做布局。
從眾多車企和電池企業(yè)的動作來看，目前新能源汽車領(lǐng)域頭部的車企都已經(jīng)加入了 CTC 大軍，在可以預(yù)見的未來，這一技術(shù)或?qū)⒊蔀橹饕膭恿﹄姵胤庋b技術(shù)。
那么，CTC 技術(shù)的主要難點是什么？主要分為哪些技術(shù)路徑？目前已經(jīng)發(fā)布的車企主要采用了哪些路徑？
01.車身結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計 集成電芯也有難度
首先我們先簡單地了解一下 CTC 技術(shù)，其全稱為 Cell to Chassis，即電芯到底盤。字面意思理解，就是把電芯直接放置到車輛底盤中，區(qū)別于此前底盤和電池包分離的設(shè)計。
而之所以這么做，主要是為了通過提升空間利用率的方式提升電池的能量密度。將電芯直接集成到底盤之后，可以節(jié)約大量的材料，相應(yīng)地擴(kuò)大了可裝置電芯的體積，車企通過增加更多的電芯，增加體積能量密度，從而實現(xiàn)更長的續(xù)航表現(xiàn)。
另一方面，由于節(jié)省了比較多的材料，也降低了動力電池的成本。
從上面的描述來看，CTC 技術(shù)確實存在很多優(yōu)點，但目前還沒有大規(guī)模量產(chǎn)的事實也說明了這項技術(shù)還存在一定的難度。
整體來看，CTC 技術(shù)存在多個核心技術(shù)點。
首先，Cell to Chassis 意味著傳統(tǒng)的車輛底盤結(jié)構(gòu)需要做出一定的改變。
一位車身工程師告訴車東西，為了節(jié)省成本，大多數(shù)車企會從供應(yīng)商處直接拿電池包，然后根據(jù)電池包來設(shè)計車身結(jié)構(gòu)。
車身、電池包和底盤構(gòu)成一個三明治結(jié)構(gòu)，電池包處在車身和底盤之間，也就是說，電池包一直處在車身結(jié)構(gòu)的保護(hù)之中，不會直接承受外部撞擊。
而 CTC 技術(shù)則將電芯直接集成到了車輛底盤上，電池包成為底盤的一部分，車廂內(nèi)部底板擔(dān)當(dāng)了傳統(tǒng)電池包的上蓋，電芯和下托盤被塞進(jìn)了車身里，讓電池包也成為車身受力結(jié)構(gòu)之一。
▲ 零跑汽車發(fā)布的 CTC 技術(shù)
這讓傳統(tǒng)的車身和電池包分開設(shè)計的模式不再適用，車身設(shè)計師從一開始設(shè)計車身時就要考慮到底盤電芯的布局情況，這對大部分車身設(shè)計師來說都是一個不小的考驗。
另一方面，CTC 技術(shù)也給車身設(shè)計的靈活性造成了一定的影響，對于規(guī)模比較大的車企來說，它們都會設(shè)計一個通用的汽車平臺，可以延伸出各種車型，而在電池方面做的改變也就是拉長縮短等操作。
但采用了 CTC 技術(shù)之后，在車身結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的時候，會導(dǎo)致底盤的電池結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，最終導(dǎo)致設(shè)計成本的增加。
更重要的是，電芯和車身底盤集成在一起之后，維修的成本和技術(shù)難度也會隨之提升。
從這點來看，CTC 最關(guān)鍵的技術(shù)之一的就是車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計。
接著讓我們把目光放到電池包本身，CTC 技術(shù)非常重要的一個要素就是徹底取消了模組和 Pack，直接將電芯集成到底盤里面。
▲ 特斯拉 CTC 技術(shù)
這也意味著車輛底盤內(nèi)需要直接鋪上電芯，而沒有了模組和 PACK 結(jié)構(gòu)的保護(hù)，就需要對電芯做好絕緣支撐。
除了電芯方面所必需的一些設(shè)計，電池?zé)峁芾淼确矫嬉残枰M(jìn)行更新設(shè)計。
電芯和電芯直接排列在一起，意味著一旦一個電芯發(fā)生熱失控，就很容易傳導(dǎo)到臨近的電芯，從而導(dǎo)致整個電池的熱失控。
在設(shè)計的時候就需要考慮水冷板究竟放在什么位置以及泄壓閥如何設(shè)計，這些問題直接關(guān)系到車輛和乘客的安全，所以這方面的設(shè)計絲毫馬虎不得。而整個電池包的 BMS 設(shè)計也非常重要。
整體來看，如果想要采用 CTC 技術(shù)，那么對車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電池包的設(shè)計都會生產(chǎn)一定的影響，這些主要難點也就成為 CTC 技術(shù)最關(guān)鍵的地方。
02.分為兩種途徑 均已到達(dá)量產(chǎn)前夜
目前來看，CTC 技術(shù)還比較新，也只有少數(shù)幾家車企展示了自己的方案和產(chǎn)品，大多數(shù)車企還沒有產(chǎn)品展出。
從已經(jīng)發(fā)布的產(chǎn)品來看，CTC 技術(shù)主要有兩種體現(xiàn)形式。一種是目前多個車企采用的方式 —— 將電芯直接集成到車輛底盤中。
這一方式有點接近智能手機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展思路：從最開始電池可拆卸轉(zhuǎn)變成為電池一體化設(shè)計。
具體來看，車企直接取消了電池包的上板結(jié)構(gòu)，或者說將車輛內(nèi)底板作為電池組的上板結(jié)構(gòu)，然后將電芯布置在托盤上，將托盤和車身內(nèi)底板組合在一起，形成新的車身結(jié)構(gòu)。
▲ 特斯拉電池專利截圖
車輛的座椅可以直接安裝在電池包上方，進(jìn)一步擴(kuò)大車身的空間結(jié)構(gòu)，而在電池布局上也可以增加更多的電芯，續(xù)航也可以因此實現(xiàn)提升。
那么，這種方式是如何應(yīng)對技術(shù)上的難題呢？這方面不同車企的策略有所不同，在車身結(jié)構(gòu)方面，特斯拉采用了前后一體式壓鑄技術(shù)更改了車身結(jié)構(gòu)，前后兩個大件可以直接拼接成車輛底盤，可以提前把底盤的空間預(yù)留好，為電芯集成做好準(zhǔn)備。
而比亞迪也采用了全新的車型平臺 e3.0，雖然還不清楚比亞迪是怎么做的，但在新的車型平臺也一定會對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。
散熱方面，目前大多還采用的水冷板散熱，特斯拉的方案中，水冷板是放在電芯的正上方，這樣方便阻隔電芯的熱量不會上傳到駕駛艙，而電池包的泄壓閥則在電芯下方，進(jìn)一步保證了電池包的安全性。而電芯之間則采用了低密度的膠，降低了彼此之間熱傳導(dǎo)的風(fēng)險。
零跑的方案中則在電芯下方采用了水冷板、隔熱層，而在電芯的上面同樣也采用了隔熱層，防止熱量上升到座艙內(nèi)部。
另一種是滑板底盤，同時涵蓋了 CTC 技術(shù)、線控技術(shù)等，將車輛底盤的行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車輛的乘員艙完全解耦，底盤和車體直接獨立。
車東西此前曾經(jīng)觀看過悠跑科技所設(shè)計的滑板底盤，通過遙控裝置，車輛底盤可以自如完成前進(jìn)后退，甚至是自動泊車的一系列指令。
▲ 悠跑科技 UP 超級底盤
這一設(shè)計方式類似于燃油車時代的非承載式結(jié)構(gòu)，底盤和車身分離設(shè)計。但不同的是，這種滑板底盤的能力更加強大，可以說是車輛的靈魂所在。
只要底盤和車身達(dá)成一致的通訊協(xié)議，就可以根據(jù)滑板底盤制造各種車型。
得益于此前的非承載式車身結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，采用滑板地板之后并不需要花費過多精力進(jìn)行車身的重新設(shè)計，幾乎可以照搬此前的非承載式車身設(shè)計方案。
電池包結(jié)構(gòu)和散熱對于滑板底盤來說尤為關(guān)鍵，Lucid CEO 兼 CTO Peter Rawlinson 曾經(jīng)解讀過如何對滑板底盤進(jìn)行安全保護(hù)和散熱。他認(rèn)為電池組與車輛的車身外殼結(jié)合，本就可以增加汽車的結(jié)構(gòu)剛度，使汽車更便于操作，穩(wěn)定了汽車尾部碰撞緩沖區(qū)的中央結(jié)構(gòu)，吸收能量，保護(hù)乘客不受碰撞，同時也能保護(hù)電池。
而 Lucid 的方案中，電芯基本上是倒置安裝的，電池向下散熱，同時還有一層額外的冷卻劑。
不過，目前這一技術(shù)也沒有實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，頭部企業(yè) Rivian 和 Lucid 目前正處在產(chǎn)能爬坡階段，遲遲未能完成大規(guī)模交付。除此之外，其他滑板底盤企業(yè)均未實現(xiàn)量產(chǎn)。
▲ 電動 R1T 皮卡
整體來看，將電芯直接集成到底盤里已經(jīng)成為車企之間共同的選擇了。因此，目前在 CTC 技術(shù)方面發(fā)力的車企也明顯增多了。
特斯拉、比亞迪、零跑已經(jīng)發(fā)布過了自己的 CTC 方案，大眾和沃爾沃也在 2021 年就已經(jīng)提出了 CTC 方案，未來也將會投入量產(chǎn)，而哪吒汽車也在其電池分享會上表示將會在明年推出 CTC 技術(shù)。
在電池企業(yè)方面，寧德時代早在 2020 年 8 月份就提出了要發(fā)展 CTC 技術(shù)，目前還迎來了華為車 BU 高管的加盟，其量產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)該也會很快亮相。
此外，其他的動力電池企業(yè)如蜂巢能源等也已經(jīng)加速了這方面的布局。
目前來看，CTC 技術(shù)或許真的能夠成為電池技術(shù)的一個重要突破點，對于緩解續(xù)航焦慮，提升電池安全性來說都非常重要。
03.三家車企已經(jīng)發(fā)布 主要策略較為類似
雖然已經(jīng)有多家車企公布了自己的 CTC 計劃，但現(xiàn)階段來看，只有特斯拉、比亞迪和零跑進(jìn)行了產(chǎn)品發(fā)布，并且已經(jīng)有很多產(chǎn)品圖了。
從產(chǎn)品設(shè)計方面來看，這三家車企都是選擇上述的第一種形式，直接采用了 CTC 技術(shù)。不過，從設(shè)計細(xì)節(jié)上來看的話，這三家企業(yè)的策略上也存在一些不同之處。
下面主要從結(jié)構(gòu)、電芯集成和制造工藝三個方面對特斯拉、比亞迪和零跑的方案進(jìn)行對比。
從結(jié)構(gòu)上來看，特斯拉可能是做出改變最徹底的企業(yè)。根據(jù)特斯拉柏林工廠和得州工廠流出來的圖片來看，其 CTC 技術(shù)徹底打通了電池包和車廂的聯(lián)系。
▲ 特斯拉座椅直接安裝在電池上
電池包上方設(shè)有一根橫梁，前排座椅直接安裝到了橫梁上，而后排的固定結(jié)構(gòu)則與電池包無關(guān)。
這樣一來，前排兩個座椅的下壓力直接由電池包承受，同時前排乘客和后排乘客的腳部位置的力也直接由電池包承受。
比亞迪和零跑的方案則比較接近。零跑汽車在發(fā)布會上展示的圖片顯示，其 CTC 方案在原來的車輛底盤上仍然保留了車身上的骨架環(huán)形梁式結(jié)構(gòu)。
▲ 零跑 CTC 技術(shù)展示
電池包的上板直接和底盤的結(jié)構(gòu)梁焊接在了一起，相當(dāng)于既是車廂的底板又是電池的上板結(jié)構(gòu)。車輛座椅則直接安裝到了車身的結(jié)構(gòu)梁上。電池包則只承擔(dān)了前后排乘客腳步空間的力。
從曝光的圖片來看，比亞迪和零跑的設(shè)計非常相似，也將車廂的底板和電池的上板結(jié)構(gòu)合二為一，座椅的設(shè)計方案也比較類似。
▲ 比亞迪 CTB 技術(shù)
雖然特斯拉、比亞迪和零跑的方案略有不同，但這些方案之間并沒有好壞之分。
在這些方案中，車內(nèi)乘客距離電芯都只隔了一個電池上板結(jié)構(gòu)，因此，這三家車企都需要做緩沖設(shè)計，避免車主大力踩底板時直接壓到電芯，減少不必要的麻煩。
另一方面，在電芯上方增加隔熱材料也非常必要，這樣可以避免發(fā)生熱失控之后，熱量在第一時間傳遞到乘客艙。
車身結(jié)構(gòu)之外，電芯集成也是非常關(guān)鍵的一點，這也是三家車企差別最大的地方。
還是先從特斯拉看起，關(guān)于特斯拉的電芯已經(jīng)非常明確了，無論是柏林工廠展示的圖片還是得州工廠展示的圖片，其 CTC 技術(shù)都和 4680 電芯緊密相連。
▲ 特斯拉底盤布滿了 4680 電池
特斯拉主要通過 4680 電芯在底盤上進(jìn)行排列組合，內(nèi)部沒有模組，一眼看過去全是密密麻麻的 4680 電芯。根據(jù)特斯拉展示的圖片來看，一列約有 34 個，一共分為 24 列，中間有水冷板進(jìn)行散熱。
從這點來看，特斯拉真正貫徹了 Cell to Chassis。
目前比亞迪還沒有曝光過 CTC 電池的內(nèi)部圖片，但根據(jù)此前海豚電池包的設(shè)計，可以猜測其做法與特斯拉類似，采用了刀片電池直接集成到底盤的方式。
與特斯拉的圓柱電池不同，比亞迪的刀片電池更長，幾乎橫貫車身，并且在 CTP 時代就已經(jīng)取消了模組，目前很有可能會直接采用刀片電池集成到底盤。
▲ 比亞迪刀片電池
而零跑的做法則略有不同。從結(jié)構(gòu)圖上來看，零跑的 CTC 采用了模組集成到底盤中的方式，采用了 7 個大模組，這樣節(jié)省的零部件數(shù)量有限，空間利用率并沒有達(dá)到最好。
所以從這點來看，零跑的策略更像是 MTC，而不是 CTC。
▲ 零跑 CTC 技術(shù)仍然有電池模組
不過這也跟零跑汽車沒有參與電芯開發(fā)分不開，比亞迪一直都在采用自己的電芯，特斯拉最近也在積極生產(chǎn) 4680 電芯，自產(chǎn)電芯的好處就是這兩家企業(yè)在開發(fā) CTC 的時候可以提前根據(jù)自己的電芯標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)。
對于零跑來說，目前并沒有自產(chǎn)電芯的能力，主要還是從供應(yīng)商處購買電芯，直接集成模組則更加高效便捷。
而從制造工藝上來看，特斯拉革新了制造工藝，采用了前后一體壓鑄技術(shù)，與 CTC 技術(shù)起了相輔相成的作用，可以更高效地制造車身，而比亞迪和零跑方面在車身制造工藝上并沒有太大的改變，在未來也有可能會引入一體壓鑄技術(shù)。
整體來看，特斯拉和比亞迪的 CTC 方面，無論從結(jié)構(gòu)上，還是從整體設(shè)計上，都更加徹底，而零跑并不具備電芯集成的能力，還有很大的提升空間。
但這三家車企都已經(jīng)邁出了關(guān)鍵的一步，相信之后還會有更多車企加入到這一行列。
04.結(jié)語：電池技術(shù)革新迫在眉睫
在目前的新能源汽車領(lǐng)域，動力電池仍然是非常重要的一個零部件，甚至決定了一輛電動汽車的下限。但目前其發(fā)展遇到了一定的瓶頸，始終無法進(jìn)一步突破。
車企和電池汽車主要從兩個方面來尋找解決方案，一是從化學(xué)體系方面入手，研發(fā)新的化學(xué)體系，研發(fā)固態(tài)電池等方式，但進(jìn)展并不明顯。
另一種方法就是通過改進(jìn)封裝工藝，在單位體積內(nèi)塞入更多的電芯。在這條路徑上，車企和電池企業(yè)推出了 CTP 技術(shù)，即 cell to Pack，取消電池模組；現(xiàn)階段又推出了 CTC 技術(shù)。
但這對于目前的電池行業(yè)來說還不夠，在原材料價格持續(xù)瘋漲的情況下，還需要推動電池技術(shù)的革新。
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