3月22日,特斯拉柏林工廠將正式開工投產(chǎn)。作為特斯拉在歐洲的第一座工廠,柏林工廠除了加快特斯拉在歐洲的訂單交付步伐,更重要地,馬斯克奉行的“第一性原理”將再次在生產(chǎn)端得以實踐――前后一體壓鑄式車身工藝、4680電池和CTC電池車身一體化技術(shù)。
CTP的超級變化形態(tài)
所謂CTC,也即Cell to Chassis,字面可簡單理解為電芯直接安裝到底盤上。
“老式的手電筒,就是一個金屬殼子,容納標準的電池。金屬殼子既是電池容納的殼體,也是電筒的本身結(jié)構(gòu),可以看作CTC結(jié)構(gòu)。否則,就得做個電池盒,再塞到手電筒里面(非CTC)。”某中國品牌新能源技術(shù)負責人接受牛車網(wǎng)采訪時如此類比道。
一般而言,新能源 汽車 動力電池由小到大的組裝關(guān)系為:電芯-模組-整包電池(PACK),電芯串并聯(lián)為模組、模組串并聯(lián)為PACK,加上配電模塊、電池管理系統(tǒng)(BMS)等,從硬、軟件上構(gòu)成一個完整PACK。
CTC方案前,最前沿的量產(chǎn)方案為CTP(Cell tp Pack),無模組技術(shù),比亞迪刀片電池即是CTP技術(shù)最廣為人知的應(yīng)用。
CTP技術(shù)通過取消模組設(shè)計,直接將電芯集成為電池包,電池包又作為整車結(jié)構(gòu)件的一部分集成到車身地板上。
這種方式減少了模組本身的側(cè)板、端板(模組結(jié)構(gòu)件)和原本用于分隔模組以及幫助模組連接的橫梁、縱梁(電池包裝配支撐結(jié)構(gòu))等材料,整個電池結(jié)構(gòu)極大簡化,利用空間得到釋放,同等尺寸的電池包容量得以擴展、電池組質(zhì)量得以減輕,由此帶來電池能量密度的提高和成本的降低。
根據(jù)比亞迪發(fā)布的數(shù)據(jù),在體積一定的情況下,刀片電池能量密度比傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池提升了50%,造價成本則下降了30%。
進一步到CTC方案來看,原有電池系統(tǒng)的箱體與車身結(jié)構(gòu)合并,車身地板作為電池上蓋,或者說電池包有獨立上蓋代替車身地板,集成程度前所未有地提高。
乘聯(lián)會秘書長崔東樹對牛車網(wǎng)指出:“CTC技術(shù)是一個比較強的整合技術(shù),這使電池能量密度能更有效地提升、車輛設(shè)計更加輕量化,對整車形成更加獨立個性化設(shè)計,對車企來說是比較好的一個事情,也使車和電池設(shè)計能有更有效的匹配?!?/p>
天風證券觀點認為,CTC方案是未來電動 汽車 電池成組技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著電動 汽車 對于便捷性、輕量化的要求提升,CTC將逐漸成為技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的重要方向。
根據(jù)某CTC集成底盤制造公司數(shù)據(jù),其1.0產(chǎn)品已可實現(xiàn)車身減重15%,同時成本降低20%。
特斯拉打樣,比亞迪開張
縱觀國內(nèi)外所有潛在玩家,目前最接近量產(chǎn)的依舊是“先驅(qū)者”特斯拉。
去年在柏林工廠舉辦的Giga Fest活動中,特斯拉展示了4680 Structural Battery(CTC)方案――4680電池包取消了模組設(shè)計,電芯密集排布在車輛底盤中,電池“上蓋”肩負密封電池與車身地板兩項功能,座椅則可直接裝在電池包上。
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。
從特斯拉去年6月份公開的一份關(guān)于動力電池專利《INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM(專利號為US 2021/0159567 A1)》可知,它的解決方案是在電芯之間和電芯上下填充樹脂材料,增強結(jié)構(gòu)支撐的同時起到熱保護的作用;而在熱失控管理方面,則是在電池包一側(cè)配備8個泄壓閥,以便發(fā)生熱失控時打開,降低電池起火風險。
此外,電芯之間改為Busbar 連接;蛇形管布置與車橋方向平行,通過減少蛇形管長度而減少流阻,增加冷卻均勻性等,也都展現(xiàn)出特斯拉對量產(chǎn)CTC技術(shù)的準備。
去年Q2馬斯克宣布不再出席后續(xù)財報會議。僅缺席了一個季度,老馬又在2021Q4財報會議中現(xiàn)身,原因是他要對產(chǎn)品路線圖做一次更新。沒有新車發(fā)布的情況下,能讓馬斯克親自出山的就只有第一批搭載4680 Structural Battery(CTC)方案的Model Y了。
在一條快要被淹沒的推文回復中,馬斯克提到,“新Model Y的結(jié)構(gòu)電池將是另一級別的產(chǎn)品?!?/p>
而在特斯拉CTC技術(shù)量產(chǎn)后最可能攪動的中國熱土上――
寧德時代,當仁不讓的世界動力電池巨頭,2025年才拿出成熟產(chǎn)品。
去年底,曾毓群透露寧德時代的CTP技術(shù)目前已升級迭代至第三代,并且2025年前后,寧德時代將推出第四代高度集成的CTC電池系統(tǒng)。到2028年,則計劃升級到第五代智能化CTC電動底盤系統(tǒng)。
比亞迪,電池技術(shù)發(fā)家、全產(chǎn)業(yè)鏈布局完善、初代目中國新能源 汽車 一哥,只是在非官方口徑中不經(jīng)意透露海豹將搭載這項最新技術(shù)。哪怕在此前e平臺3.0發(fā)布的重要時刻,也僅僅是將這一點用“電池車身一體化”一筆帶過。
于是乎,從官方口徑來看,國內(nèi)廠商中最先吃到螃蟹的將會是是零跑C01。C01將在北京車展前夕發(fā)布,當前的宣傳前綴正是“首款采用CTC方案的量產(chǎn)車型”。
其他國際車企來看,大眾和沃爾沃也已開始有所布局――大眾在去年的Power Day上宣布將在2023年量產(chǎn)標準電芯,同時以CTP和CTC的方式對電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化;而沃爾沃則是確認在與Northvolt合作建造的全新電池工廠中導入方殼CTC工藝。
敢問路在何方?
如此未來感的技術(shù)當前真正落地在望的事實上也只有特斯拉一家。
業(yè)內(nèi)人士對牛車網(wǎng)表示,CTC方案作為技術(shù)體系中的總體方案,方向上是對的,但當前做起來有三大難點:一是標準需要突破,否則電池系統(tǒng)認證沒法做;二是整車需要改變設(shè)計;三是整車生產(chǎn)工藝需要增加電池安裝、檢測,這在之前是沒有的。
當前國內(nèi)主機廠其實也是沿著這三大難點在做循序漸進的嘗試。
某國內(nèi)主機廠CTC方案的研發(fā)人員對牛車網(wǎng)表示,現(xiàn)在特斯拉已經(jīng)落地了,(他們自己的CTC方案)樣品雖然已經(jīng)發(fā)出去了,但距離真正的CTC依然還有差距――“雖然說起來是CTC,實際上還是有點CTP的影子,P到C的部分工作是主機廠完成的而已?!?/p>
所謂“有點CTP的影子”,大致可理解為當前并不能“一步到位”做到電芯到底盤的集成程度,但模組到底盤大致是可以實現(xiàn)的。
同時,“樣品已送出去了”,意味著主機廠并不一味地等待檢測標準的出爐,創(chuàng)新必然是產(chǎn)品先行與標準的。
此外,前述業(yè)內(nèi)人士也向牛車網(wǎng)提出了另一層面的問題,即主機廠與電池廠之間綁定與被綁定的關(guān)系。
他認為從標準化和容量最大化兩個方向會催生出標準化的電芯、模組(有利于標準化)和定制化的電芯設(shè)計(有利于容量最大化)。
站在主機廠角度,標準化的電芯或模組有利于行業(yè)規(guī)格統(tǒng)一,整個供應(yīng)鏈安全也更有保障;而站在大電池廠的角度,做定制化電芯更能綁定主機廠,話語權(quán)也會更高。
由此也就不難理解為何特斯拉、比亞迪等新能源 汽車 頭部與寧德時代、LG化學等動力電池頭部都在搶奪這一賽道了。
最后,行業(yè)觀點指出,CTC技術(shù)都是一樣的,差異的在于電池資源。如果電池不標準化,總會有綁定與被綁定的困境。未來整車CTC化倒是有可能促進電池的標準化,因為在設(shè)計過程中,主機廠就會自覺地將底盤尺寸往標準化上靠。
總結(jié):
總的來說,CTC確實是未來電池技術(shù)方案發(fā)展的重要方向,但目前真正能實現(xiàn)量產(chǎn)的只有西邊老馬一家,別無分號。同時,新方案帶來的產(chǎn)業(yè)上下游重構(gòu),主機廠、電池廠角力,針對性檢測標準出爐等,都是未來大規(guī)模落地,實現(xiàn)動力電池平價化、車身輕量化的新問題。