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解读零跑CTC电池底盘一体化技术,安全与续航能否兼得?

易车原创 随着电动车市场的火爆发展,电池的形态以及装配方式也呈现出五花八门的技术路线,电池种类方面,我们常听到4680电池、刀片电池、固态电池等等;电池的装配方式上也由最初的电芯(Cell)→模组→电池包的形式发展为CTP的大模组形式再到如今我们的主题CTC技术,先不展开说它们到底各自的技术原理和优缺点,但我们可以概括一下这种进化方式的内在逻辑是什么,其实简单来说就是减熵,熵在热力学中代表着一个体系的混乱程度,熵越大,意味着物体内部越混乱;熵越小,意味着物体内部越有序。那么类比到车辆这个体系来说,降低混乱度就是未来发展的趋势。

说到这你可能还是不理解,那么我简单举几个例子,原先车内的设计是追求豪华与用料的考究,如今智能电动车则装个Pad就搞定,怎么简约怎么来;原先车内复杂的物理按键密密麻麻,如今语音交流就能实现大部分功能;原先特斯拉的后车体有70多个零部件,运用一体压铸技术后直接缩减到1个,大大降低成本并提升装配效率。怎么样是不是悟出一个道理,大道至简?没错,现如今车辆的设计越发符合事物的发展规律而不是一味的堆料,如何满足功能性和易用性的同时降本增效才是重点。

那么此次正逢零跑汽车带来了他们的CTC电池底盘一体化技术分享会,我们就来好好聊聊这个技术到底如何?能否满足电动车安全性的同时提升续航里程,实现全方位的技术进步。

01 零跑CTC技术解析

零跑CTC(cell -to -chassis)技术是指将电池、底盘和下车身进行集成设计,简化产品设计和生产工艺的前沿技术。通过减少冗余的结构设计,有效减少零部件数量,在提升空间利用率和系统比能的同时,车身与电池结构互补,使电池抗冲击能力及车身扭转刚度得到大幅度提升。看到这我们应该着重理解两个词,一是集成、二是简化。没错现如今的技术理念就是做减法。

减法减在哪了呢?我们首先了解一下电池布置的发展历程,看看和之前的技术路线相比,CTC技术到底有哪些提升。

动力电池1.0时代(VDA/MEB标准化模组)

我们知道动力电池结构一般是电芯(Cell)→模组→电池包,电芯是最小单元,模组是由电芯组成为了提高整个电池系统的安全性,电池包就是一个个模组组成的,在1.0时代电池包开发简单但无法灵活进行电量和电压配组且零部件多,系统成本较高。

动力电池2.0时代(CTP大模组技术)

从1.0到2.0时代的进化就是减掉模组这个中间层,把电芯直接集成在电池包上,即CTP(Cell to Pack),这样的好处是减少了模组之间存留的空隙,体积利用率提升15%-20%,整个电池包的体积能量密度随之提高。另外零件数量减少15-20%,生产效率提升30%,但没有了模组,对于单体电芯的安全性和可靠性就提出了更高的要求,以前一个电芯出了问题可以通过BMS电池管理系统在局部模组内进行控制以免影响整个电池包,但去掉模组后,一个电芯出了问题可能殃及整个电池,因此之前一般是使用磷酸铁锂这种相对安全性高的电芯。

动力电池3.0时代(CTC电池底盘一体化技术)

接下来说到CTC即Cell to Chassis,就是更加激进的形式了,传统概念是将电芯直接集成到了车辆的底盘上,连电池包都去掉不要了,但零跑此次的策略是模组集成,并且去掉电池包上盖与整车集成,这样一变零部件数量能减少20%,结构件成本减低15%,提高整车刚度25%,实现高度集成化和模块化。

据了解,零跑在CTC技术研发中最大的难点是既要集成化,又要相对模块化,这是一个矛盾点。零跑也在这方面下了大功夫。接下来我们看看零跑的CTC结构具体是什么样的。

首先结构:电池和底盘一体化设计,创新性的应用了CTC双骨架环形梁式结构,将电池骨架结构和底盘车身结构合二为一,既是车身底盘结构又是电池结构,整体结构效率更高。

其次气密性:通过车身设计实现电池密封,CTC技术借用底盘基本结构,利用车身纵梁、横梁形成完整的密封结构,相对于传统汽车这是一大创新。

有了结构上的优化和提升对于整车层面会带来哪些帮助呢?

首先是高适配,与整车匹配度提高,可快速柔性化批量生产。达到高度集成化和模块化,可跨平台适配未来各级别、类型车型。

第二强扩展,可兼容智能化、集成化热管理系统。未来可兼容800V高压平台,支持400kW超级快充。并且有新意的一点是零跑提出未来可实现“加油式”充电:充电5分钟,续航200+km。

聊完了CTC电池技术,接下来我们结合产品来说,看看创新的电池技术到底能为新车带来哪些本质提升呢?

02 C01车型将首次搭载CTC技术,会带来哪些提升?

零跑C01将会是全球首款搭载CTC技术的量产轿车,将会是一款旗舰级的中大型电动轿车。有了CTC技术的加持整车将会有“1357”四大产品优势。

首先来说“1”,代表的是全球首款CTC技术量产轿车,亮点一:可以提供更大空间,CTC带来更大电池容量空间,相比传统方案电池布置空间增加14.5%;实现更宽敞的驾乘空间,消除电池包与车身之间的安装间隙,车身垂直空间增加10mm,使用户拥有更舒适的高度空间以及更优秀的车身姿态。

亮点二:更长的续航:CTC增加电池空间利用率,提升10%续航的同时提高电池保温性能,让C01轻松拥有综合工况700+公里的超长真续航,AI BMS能耗经济性管理,为超长续航提供充分保障。

亮点三:提供更强的性能:CTC让车身扭转刚度提升25%,达3++++,整车重量降低15kg,助力C01的驾驶性能、操控性进一步提升。

亮点四是保障安全:CTC采用了车身电池一体化架构,通过了近30多项电池安全试验,远超国家标准8项,让C01无限逼近安全极限。同时,AI BMS提供全时主动守护。

其次来说“3”,代表着这辆车可以实现3秒级的百公里加速水平,出色的加速表现也和自研的三合一油冷电驱总成息息相关。另外隐藏式门把手、溜背式车身设计,可实现Cd0.226超低风阻。CTC技术也让整车轻量化减重5%。

接下来是“5”,车身长5050mm,轴距达到2930mm,满足中大型轿车尺寸。319mm的后排腿部乘坐空间,处于同级别领先水平,满足了用户的后排乘坐体验。后备箱空间达到496L,前后双备箱,并且全车共19处储物空间满足日常出行的需求。

最后来说“7” 这辆车配备了90kWh大容量动力电池。使得综合工况下可实现700+的续航里程,另外零跑自研的AI BMS大数据智能电池管理系统也会为电池安全保驾护航。

总结来说C平台电动中大型轿车,同时也是全球首款搭载可量产CTC技术的轿车,拥有3秒级零百加速,5米级车长,700+续航表现。是品牌向上的车型,预计将于5月首发亮相启动预售。

03 众多车企押宝CTC,电池安底盘上安全吗?

CTC(Cell to Chassis)技术目前正处于从概念到量产的阶段。2020年9月在电池日上发布了4680电芯、CTC技术和一体化压铸技术,并宣布其柏林工厂将采用CTC技术生产Model Y。2022年3月,零跑发布了旗下第四款车型C01,预计5月首发,或将成为首款搭载CTC电池技术的量产车型。

其实当技术还处于概念阶段的时候,往往看起来比较遥不可及;但当技术开始走向落地时,进展往往会超出预期。

因此我们也来看看都有哪些企业押宝这一技术?他们各自的优劣势又是什么? 

1、 特斯拉

的概念是电池既是能源设备,也是结构本身。在2020年9月的电池日上,发布了全新的整包封装技术 CTC(Cell to Chassis),即取消电池包设计,直接将电芯或模组安装在车身上。应用CTC技术后的新架构是物理层面的创新,将电池组作为车身结构的一部分,连接前后两个车身大型铸件,取消原有座舱底板,取代以电池上盖,座椅直接安装在电池上盖上。

--CTC技术有助于将车辆的结构平台进一步单元化,从而进一步降低制造成本。马斯克曾表示,采用了CTC技术后,配合一体化压铸技术,可以节省370个零部件,为车身减重10%,将每千瓦时的电池成本降低7%。

--CTC技术并非仅适用4680电芯,同样适用其2170电芯,预计未来还会兼容其它尺寸电芯。目前柏林工厂将采用CTC技术生产

特斯拉的4680结构电池方案具有以下特点:

4680 电芯正极朝上放置,从车身横向布置,电芯采用侧面冷却的方式;

通过胶粘剂填充电芯上下以及电芯之间的距离,提高整个电池系统的强度、刚度和抗扭、抗剪切力,胶除了结构连接之外,对导热也起到一定阻隔的效果;

电池的上盖涵盖了密封电池和车身地板的两个功能,由多个结构加强结合在一起,前排座椅的承载结构所在箱盖有加强设计,座椅承载件横向布置,对整车横向碰撞起到加强作用;

该方案属于承载式车身技术路线,是将电池框架与车身下车体集成,在装配时在上方整个车身完成装配(车身+前铸件+后铸件)后,再将结构电池与车身完成连接。

2、 Canoo

Canoo是一家来自美国加州的电动汽车初创公司,于2017年12月成立。成立四年多来,共推出了三款车型。分别是 Lifestyle Vehicle、Muti-Purpose Delivery Vehicle和Pickup Truck。

另外最为出名的是它家的滑板底盘,在2019年即推出了滑板式底盘,并提出将电池和底盘合二为一的方案。采用的滑板式底盘结构中,并没有设计单独的动力电池包,而是将动力电池组与底盘融为一体,在减轻底盘重量的同时也可以降低一部分成本。并且它家的三款车型均基于其滑板底盘式纯电平台开发。

不同于将电芯直接集成到底盘的方案,的方案是将模组集成到底盘。从公布的专利看,的方案主要是将模组布置在底盘中间,由纵横梁构建的隔间内,前后四个模组沿轴向、中间四个模组沿横向:

--两侧模组沿着轴向方向进行布置,这样可以作为底盘的纵向结构件,增强底盘的刚度,以抵抗在前后碰撞时造成的形变;同样,中间的模组横向进行布置,可以增强在侧碰时的刚度,抵御侧碰带来的形变。

--由于没有电池箱体,对模组的密封与防护由支架的上盖和底板来完成。将支架与模组密封起来。此外为了加强对底部冲击的防护,在底板的外面增加了一层底部防护板。

3、 比亚迪

前不久比亚迪宣布停产燃油车全力转向电动化时代,可见在转型这方面的决心是巨大的,早在2021年9月8日,发布了全新e平台3.0。e3.0平台全系标配刀片电池,通过电池车身一体化、纯电专属传力路径强化电动汽车的车身强度。发布会上还公布了基于纯电专属e平台3.0中型平台打造的全新概念车ocean-X,并宣布ocean-X上会采用CTC电池车身一体化技术。

海豹作为e3.0平台将要推出的最重磅的车型之一,预计也将搭载CTC技术。从目前 CTC 技术基础来看,采用 CTC 技术的车型相较于 CTP 技术,电池容量将比后者高出约 5%-10% 。

4、 宁德时代

宁德时代计划在2025年实现集成化CTC,2030年实现智能化CTC。

根据宁德时代董事长曾毓群介绍,宁德时代的集成化CTC技术不仅会重新布置电池,还会纳入包括电机、电控、DC/DC、OBC等动力部件。宁德时代的CTC技术,将电芯与车身、底盘、电驱动、热管理及各类高低压控制模块等集成一体,使行驶里程突破1000公里;并通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗,百公里电耗有望降至12度以下。

其实国内外还有许多企业都重视起了CTC技术,国外像福特沃尔沃大众LG集团,国内初创公司悠跑科技以滑板底盘为主打,也会应用CTC技术作为动力支持。

因此有这么多家大牌车企和电池厂商都入局这一技术,相信安全性是可以保障的,并且可以大幅降低成本和开发效率,相信这一技术可以引领未来的潮流。

04 写在最后

了解完CTC这一技术后我们应该也对此抱有更大的期许了,也印证了开头我们提出的减熵概念,在如今这个智能化、电动化的时代,不仅车辆的性能要好,安全、高效以及低碳等目标也要逐个实现。CTC方案是目前纯电动车电池与整车集成的发展趋势,也是众多新兴技术崛起的一个缩影。希望未来这些高质、高效的技术能不断涌现,并且早日实现量产,使得智能电动车行业能发展的更加健全与完善,让我们拭目以待。

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