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#电池包 #汽车轻量化
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近日乘联会发布的汽车市场分析报告显示:2022年1-4月新能源汽车累计销量达到135.21万辆,同比增速超过了128%。据预测称,2022年国内新能源汽车累计销量有望突破600万辆。随着汽车电动化的蓬勃发展,电动汽车在安全性、动力性、轻量化等方面的需求也在不断提升。
电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30-45%,而新能源汽车动力电池又占据电池驱动系统约75-85%的成本构成。为了实现更高的电量、减重降本,电池的集成趋势已经由小模组发展为大模组、超长模组,甚至无模组方案。电池到底盘CTC、电池到车辆CTV等概念相继提出,动力电池集成开始向以整车需求为主的方向大步进军。本期我们就来来聊一聊动力电池结构从CTP到CTC、CTV的演变。
一、电池CTP技术
传统的动力电池的组成过程是从电芯(Cell)设计成模组(Module),再装成电池包(Pack),形成了“电芯-模组-电池包”的三级装配模式。而CTP技术(Cell To Pack)通过取消模组设计,直接将电芯集成为电池包。
传统的动力电池装配技术与CTP技术对比
1.1 CTP技术路线及应用案例
国内外典型的CTP产品技术有:宁德时代CTP、比亚迪“刀片电池”、德国大众MEB、奥迪PPE、Tesla 4680电池包等。此外,长城汽车的蜂巢能源、国轩高科等电池企业也都在研发自己的CTP技术。
目前CTP有以下几种技术路线:
一是小模组整合为大模组的方案,以宁德时代CTP技术为代表,宁德时代以高镍三元锂电池为主。2021年以来,宁德时代CTP电池包相继在特斯拉Model 3、Model Y、小鹏G3、小鹏P7、蔚来ES6等高性价比爆款车型规模导入。据悉,还将为蔚来ET7、荣威RES33及哪吒多款今年上市或未来上市的新车型。
宁德时代CTP高集成动力电池开发平台
(图片来源:宁德时代)
二是彻底取消模组的方案,以比亚迪刀片电池为代表,比亚迪刀片电池专攻磷酸铁锂电池。比亚迪亦明确宣布旗下全系车型搭载刀片电池。2021年比亚迪乘用车销售近60万辆,2022年计划推出不少于20款新车,包括汉DM-i、秦Plus DM-i、宋MAX DM-i等爆款车型的DMi版本。
比亚迪刀片电池
有一点是,比亚迪与宁德时代推出的CTP技术,都是基于方形电池上的结构性创新。除方形CTP电池外,包括捷威动力、远景动力、宝创新能源等软包电池企业也在积极探索CTP方案。其中,捷威动力基于软包大模组概念推出的积木电池技术已成熟。
捷威动力积木电池
二、CTC/CTV/CTB技术
自从推出第一代CTP电池技术后,电池结构的创新成为了诸多电池企业减重降本增效的重要手段,CTC(Cell to Chassis,电池到底盘)和CTV(Cell To Vehicle,电池到车辆)逐渐成为技术研发和应用的重要方向。其中,CTC的电池高度集成化技术将是新一轮电动化底盘的核心技术之一。
CTC电池集成方案是直接将电芯集成在地板框架内部,将地板上下板作为电池壳体。它是CTP方案的进一步集成,完全使用地板的上下板代替电池壳体和盖板,与车身地板和底盘一体化设计,从根本上改变了电池的安装形式。
传统技术 vs CTP vs CTC
(图片来源:电动势)
CTC实现了更高程度集成化、简化总装工艺和降低成本。预计制造耗时将缩短约10%,续航里程可提升约15%。但对于电池包与车身的安装来说,如果需要维修或更换电池包,需要拆除座椅横梁,去掉密封胶,维修相对复杂,对于维修的便利性问题还需要进一步研究。
那么何为CTB技术呢?CTB技术最早用了源于特斯拉的结构电池技术( structural battery)。2020年9月马斯克在特斯拉电池日上发布的结构性电池。特斯拉把电池内置到了车身,将电池平铺在底盘上,和电池包的上盖合二为一。行业认为特斯拉很快就做到了从cell to pack直接跳跃到了cell to body,也即CTB技术。
2021年特斯拉Giga Fest活动中,展示了4680 Structural Battery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。
特斯拉4680结构电池方案
(图片来源:牛车网)
此外,还有业内人士将直接把电池“模组”或电池块吊装在底盘里面(直接把电池包给简化掉)即以整车为主体需求进行集成的方案,称之为CTV(Cell To Vehicle)。目前,随着新能源汽车滑板底盘技术不断升温,CTV的概念也逐渐被行业所认知,因此CTB的概念在行业也不断淡化。
Benteler 一体化电池
2.1 应用案例
CTC应用案例
为了进一步提高续航里程及成本优化,宁德时代正加快CTC技术的攻关研究,计划于2025年前后推出第四代高度集成化的CTC电池系统;更长远来看,宁德时代将于2028年前后有望升级为第五代智能化的CTC电动底盘系统。
宁德时代CTC技术
在行业还普遍处于传统模组1.0时代向CTP大模组技术过渡之时,零跑汽车先人一步,实现了CTC技术量产落地。今年5月,全球首款无电池包CTC技术量产电动车,零跑C01首发亮相并正式启动预售。
零跑全球首发无电池包CTC技术
CTB应用案例
5月12日,比亚迪宣布海豹将于一周后(5月20日)开启预售。新车最大看点就是采用了基于e平台3.0打造的CTB电池车身一体化技术。e平台3.0的车型将全系标配刀片电池,并将刀片电池与整个车身融为一体,打造纯电专属的传递路径,让整车刚性再加强,具备“超五星"的安全标准。
比亚迪e平台3.0电池车身一体化
三、总结
从CTP到CTC、CTV,动力电池结构不断创新,更大程度地降低电池包的重量和空间。电池集成技术使新能源汽车轻量化进阶,成本继续降低,乘坐空间方面也更加充裕,也进一步减轻了消费者对电动汽车的续航里程的焦虑。
欧阳明高在近期的电动汽车百人会上指出:在整车系统集成迭代趋势方面,CTC等高度集成技术预计会加速到来。
归根结底,汽车厂商研发CTC、CTB技术是与电池供应商争话语权。不管是哪家主机厂都不愿意沦为电池供应商的傀儡,花费巨额自己研发的产品最终被电池包给卡了脖子。
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