3月22日,特斯拉柏林工厂将正式开工投产。作为特斯拉在欧洲的第一座工厂,柏林工厂除了加快特斯拉在欧洲的订单交付步伐,更重要地,马斯克奉行的“第一性原理”将再次在生产端得以实践――前后一体压铸式车身工艺、4680电池和CTC电池车身一体化技术。
CTP的超级变化形态
所谓CTC,也即Cell to Chassis,字面可简单理解为电芯直接安装到底盘上。
“老式的手电筒,就是一个金属壳子,容纳标准的电池。金属壳子既是电池容纳的壳体,也是电筒的本身结构,可以看作CTC结构。否则,就得做个电池盒,再塞到手电筒里面(非CTC)。”某中国品牌新能源技术负责人接受牛车网采访时如此类比道。
一般而言,新能源 汽车 动力电池由小到大的组装关系为:电芯-模组-整包电池(PACK),电芯串并联为模组、模组串并联为PACK,加上配电模块、电池管理系统(BMS)等,从硬、软件上构成一个完整PACK。
CTC方案前,最前沿的量产方案为CTP(Cell tp Pack),无模组技术,比亚迪刀片电池即是CTP技术最广为人知的应用。
CTP技术通过取消模组设计,直接将电芯集成为电池包,电池包又作为整车结构件的一部分集成到车身地板上。
这种方式减少了模组本身的侧板、端板(模组结构件)和原本用于分隔模组以及帮助模组连接的横梁、纵梁(电池包装配支撑结构)等材料,整个电池结构极大简化,利用空间得到释放,同等尺寸的电池包容量得以扩展、电池组质量得以减轻,由此带来电池能量密度的提高和成本的降低。
根据比亚迪发布的数据,在体积一定的情况下,刀片电池能量密度比传统磷酸铁锂电池提升了50%,造价成本则下降了30%。
进一步到CTC方案来看,原有电池系统的箱体与车身结构合并,车身地板作为电池上盖,或者说电池包有独立上盖代替车身地板,集成程度前所未有地提高。
乘联会秘书长崔东树对牛车网指出:“CTC技术是一个比较强的整合技术,这使电池能量密度能更有效地提升、车辆设计更加轻量化,对整车形成更加独立个性化设计,对车企来说是比较好的一个事情,也使车和电池设计能有更有效的匹配。”
天风证券观点认为,CTC方案是未来电动 汽车 电池成组技术的重要发展方向。随着电动 汽车 对于便捷性、轻量化的要求提升,CTC将逐渐成为技术研发和应用的重要方向。
根据某CTC集成底盘制造公司数据,其1.0产品已可实现车身减重15%,同时成本降低20%。
特斯拉打样,比亚迪开张
纵观国内外所有潜在玩家,目前最接近量产的依旧是“先驱者”特斯拉。
去年在柏林工厂举办的Giga Fest活动中,特斯拉展示了4680 Structural Battery(CTC)方案――4680电池包取消了模组设计,电芯密集排布在车辆底盘中,电池“上盖”肩负密封电池与车身地板两项功能,座椅则可直接装在电池包上。
采用CTC方案之后,电池包作为结构件的刚性、热失控管理等都有更高的要求。
从特斯拉去年6月份公开的一份关于动力电池专利《INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM(专利号为US 2021/0159567 A1)》可知,它的解决方案是在电芯之间和电芯上下填充树脂材料,增强结构支撑的同时起到热保护的作用;而在热失控管理方面,则是在电池包一侧配备8个泄压阀,以便发生热失控时打开,降低电池起火风险。
此外,电芯之间改为Busbar 连接;蛇形管布置与车桥方向平行,通过减少蛇形管长度而减少流阻,增加冷却均匀性等,也都展现出特斯拉对量产CTC技术的准备。
去年Q2马斯克宣布不再出席后续财报会议。仅缺席了一个季度,老马又在2021Q4财报会议中现身,原因是他要对产品路线图做一次更新。没有新车发布的情况下,能让马斯克亲自出山的就只有第一批搭载4680 Structural Battery(CTC)方案的Model Y了。
在一条快要被淹没的推文回复中,马斯克提到,“新Model Y的结构电池将是另一级别的产品。”
而在特斯拉CTC技术量产后最可能搅动的中国热土上――
宁德时代,当仁不让的世界动力电池巨头,2025年才拿出成熟产品。
去年底,曾毓群透露宁德时代的CTP技术目前已升级迭代至第三代,并且2025年前后,宁德时代将推出第四代高度集成的CTC电池系统。到2028年,则计划升级到第五代智能化CTC电动底盘系统。
比亚迪,电池技术发家、全产业链布局完善、初代目中国新能源 汽车 一哥,只是在非官方口径中不经意透露海豹将搭载这项最新技术。哪怕在此前e平台3.0发布的重要时刻,也仅仅是将这一点用“电池车身一体化”一笔带过。
于是乎,从官方口径来看,国内厂商中最先吃到螃蟹的将会是是零跑C01。C01将在北京车展前夕发布,当前的宣传前缀正是“首款采用CTC方案的量产车型”。
其他国际车企来看,大众和沃尔沃也已开始有所布局――大众在去年的Power Day上宣布将在2023年量产标准电芯,同时以CTP和CTC的方式对电池系统结构进行优化;而沃尔沃则是确认在与Northvolt合作建造的全新电池工厂中导入方壳CTC工艺。
敢问路在何方?
如此未来感的技术当前真正落地在望的事实上也只有特斯拉一家。
业内人士对牛车网表示,CTC方案作为技术体系中的总体方案,方向上是对的,但当前做起来有三大难点:一是标准需要突破,否则电池系统认证没法做;二是整车需要改变设计;三是整车生产工艺需要增加电池安装、检测,这在之前是没有的。
当前国内主机厂其实也是沿着这三大难点在做循序渐进的尝试。
某国内主机厂CTC方案的研发人员对牛车网表示,现在特斯拉已经落地了,(他们自己的CTC方案)样品虽然已经发出去了,但距离真正的CTC依然还有差距――“虽然说起来是CTC,实际上还是有点CTP的影子,P到C的部分工作是主机厂完成的而已。”
所谓“有点CTP的影子”,大致可理解为当前并不能“一步到位”做到电芯到底盘的集成程度,但模组到底盘大致是可以实现的。
同时,“样品已送出去了”,意味着主机厂并不一味地等待检测标准的出炉,创新必然是产品先行与标准的。
此外,前述业内人士也向牛车网提出了另一层面的问题,即主机厂与电池厂之间绑定与被绑定的关系。
他认为从标准化和容量最大化两个方向会催生出标准化的电芯、模组(有利于标准化)和定制化的电芯设计(有利于容量最大化)。
站在主机厂角度,标准化的电芯或模组有利于行业规格统一,整个供应链安全也更有保障;而站在大电池厂的角度,做定制化电芯更能绑定主机厂,话语权也会更高。
由此也就不难理解为何特斯拉、比亚迪等新能源 汽车 头部与宁德时代、LG化学等动力电池头部都在抢夺这一赛道了。
最后,行业观点指出,CTC技术都是一样的,差异的在于电池资源。如果电池不标准化,总会有绑定与被绑定的困境。未来整车CTC化倒是有可能促进电池的标准化,因为在设计过程中,主机厂就会自觉地将底盘尺寸往标准化上靠。
总结:
总的来说,CTC确实是未来电池技术方案发展的重要方向,但目前真正能实现量产的只有西边老马一家,别无分号。同时,新方案带来的产业上下游重构,主机厂、电池厂角力,针对性检测标准出炉等,都是未来大规模落地,实现动力电池平价化、车身轻量化的新问题。