從CTP、CTC、CTB淺談電動(dòng)汽車動(dòng)力電池集成技術(shù)

文/赫炎 設(shè)計(jì)/邱洪濤

5月20日，比亞迪汽車海洋系列新車型海豹正式上市，并開(kāi)啟預(yù)售。根據(jù)官方介紹，該車型是比亞迪汽車首款搭載CTB技術(shù)的e平臺(tái)3.0車型，應(yīng)用了CTB電池車身一體化技術(shù)。那么，CTB是什么技術(shù)？想了解電動(dòng)汽車的消費(fèi)者肯定是想首先了解一下這個(gè)CTB到底是什么，而有購(gòu)買電動(dòng)汽車意向的消費(fèi)者肯定不止看了這款車的介紹，在看其他車型介紹時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，其他車型有的應(yīng)用了CTP技術(shù)，還有的車型應(yīng)用了CTC技術(shù)，那到底這些都是什么技術(shù)，相互之間有什么關(guān)系？本文就這些問(wèn)題，簡(jiǎn)要介紹一下這些電動(dòng)汽車動(dòng)力電池集成技術(shù)，以方便消費(fèi)者了解電動(dòng)汽車的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

近些年，隨著新能源汽車的發(fā)展，最常應(yīng)用的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池等動(dòng)力電池，在已掌握的電池技術(shù)方面達(dá)到了性能極限，短時(shí)間內(nèi)還很難從體積能量密度和質(zhì)量能量密度等方面得到發(fā)展。因此，只能從整車結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化，在有限的空間內(nèi)，最大程度地裝載更多的電池，以保證車輛在行駛中的性能和續(xù)航里程。

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池傳統(tǒng)的集成方式就是將電芯集成在模組中，英文是Cell to Module，簡(jiǎn)稱CTM。以前對(duì)動(dòng)力電池的集成化重點(diǎn)是在不斷提升標(biāo)準(zhǔn)化電池模組的尺寸方面，例如典型的355、390和590等模組，但這種集成方式的空間利用率僅有40%，很大程度上限制了其它部件的空間。由此催生了CTP、CTC、CTB等新的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池集成技術(shù)。除了比亞迪海豹的CTB，在更早時(shí)間有多家企業(yè)應(yīng)用CTP技術(shù)，零跑汽車則全球首發(fā)無(wú)電池包的CTC。

CTP（Cell to Pack）電池?zé)o模組技術(shù)

該技術(shù)最早由寧德時(shí)代于2019年提出，后來(lái)比亞迪汽車、蜂巢能源等陸續(xù)發(fā)布了各自的CTP方案。CTP技術(shù)主要是通過(guò)取消電池模組設(shè)計(jì)，直接將電芯集成為電池包，再把電池包作為整車結(jié)構(gòu)的一部分集成到車身底板上，這樣的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)提高了空間利用率，電芯裝的多，模組的端板結(jié)構(gòu)少，質(zhì)量減輕，續(xù)航里程也就相對(duì)提高。CTP技術(shù)有兩個(gè)典型代表，一個(gè)是寧德時(shí)代CATL，將小模組變?yōu)楦蟮哪＝M，讓更多的電芯集成在一個(gè)大模組里，如特斯拉標(biāo)續(xù)版Model 3采用了4個(gè)寧德時(shí)代的大模組磷酸鐵鋰電池；另一個(gè)代表是比亞迪汽車的“刀片電池”，采用了無(wú)模組設(shè)計(jì)。CTP技術(shù)在電芯安全得到保證的前提下，減少了內(nèi)部線纜和結(jié)構(gòu)件，使整個(gè)電池包的體積能量密度和質(zhì)量能量密度均得到了提升。綜合而言，應(yīng)用CTP技術(shù)，可以使電池包的體積利用率提升10%～20%，電池包的零部件數(shù)量減少30%～40%，生產(chǎn)效率提高30%～50%，能量密度達(dá)到200Wh/kg以上，而且使電池的制造周期和成本大大降低。

在實(shí)際應(yīng)用中，比亞迪汽車的刀片電池應(yīng)用CTP技術(shù)，空間利用率達(dá)到了60%，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。寧德時(shí)代通過(guò)應(yīng)用CTP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升了電池包體積利用率，從第一代電池包的利用率55%提高到到第三代麒麟電池的67%。

CTC（Cell to Chassis）電池底盤一體化技術(shù)

CTC技術(shù)是將電芯直接集成在汽車底盤上，核心也是去模組化，實(shí)現(xiàn)更高程度的車身、底盤一體化。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的代表是特斯拉，取消了車身底板的橫梁，將其集成在電池上蓋，電池的外框直接充當(dāng)?shù)妆P的骨架結(jié)構(gòu)，與底盤形成了集成化設(shè)計(jì)。該技術(shù)進(jìn)一步加深了電池系統(tǒng)與動(dòng)力系統(tǒng)、底盤等的集成度，減少了零部件數(shù)量，提升了空間利用率，還提高了結(jié)構(gòu)效率，大幅減輕了車輛的質(zhì)量，增加了續(xù)航里程。

零跑汽車采用CTC技術(shù)后，有效提升了車輛的各項(xiàng)表現(xiàn)：零部件數(shù)量減少20%，結(jié)構(gòu)件成本降低15%，整車剛度提升25%，實(shí)現(xiàn)了高集成化和模塊化。擁有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，可兼容智能化、集成化的熱管理系統(tǒng)。在空間方面，取消了電池上部結(jié)構(gòu)，減少了冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在整車垂直空間增加了10mm，使電池布置空間增加14.5%。同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用CTC技術(shù)，零跑的綜合續(xù)航里程提升了10%，還加快了充電速度；整車扭轉(zhuǎn)剛度提升25%，輕量化系數(shù)達(dá)到2.4，提升了20%；在開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行了底部球擊、擠壓、熱擴(kuò)散等近30項(xiàng)的多輪嚴(yán)苛試驗(yàn)，以確保電池安全，其中的8項(xiàng)安全測(cè)試結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

再以特斯拉為例，其CTC技術(shù)采用一體壓鑄技術(shù)，節(jié)省了370個(gè)零件，零部件減少15%～20%，整車質(zhì)量減輕10%，結(jié)構(gòu)件成本降低15%，提升了車身剛度，電池結(jié)構(gòu)體積減少10%，1kWh的成本減少7%。再輔以空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化，能使續(xù)航里程提升15%～20%。特斯拉計(jì)劃將CTC技術(shù)應(yīng)用于柏林工廠生產(chǎn)的Model Y車型上。特斯拉預(yù)測(cè)，隨著CTC技術(shù)得到應(yīng)用，1GWh的投資將減少55%，占用空間將減少35%。

CTC技術(shù)的特點(diǎn)是，需要電池制造商更早介入車型設(shè)計(jì)階段，也就要求電池制造商具備較強(qiáng)的研發(fā)設(shè)計(jì)能力，配合主機(jī)廠進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)。同時(shí)，對(duì)相應(yīng)的底盤技術(shù)要求也更高，具有較高的技術(shù)壁壘。

CTB（Cell to Body）電池車身一體化技術(shù)

CTB技術(shù)是由比亞迪汽車首先提出的一種全新的電池集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從車身一體化向電池車身一體化的演進(jìn)。應(yīng)用CTB技術(shù)，把車身地板、面板與電池包上殼體合二為一，集成于電池上蓋與門檻及前橫梁形成的平整密封面，乘員艙密封采用密封膠，底部通過(guò)安裝點(diǎn)與車身組裝，即在設(shè)計(jì)制造電池包時(shí)，把電池系統(tǒng)作為一個(gè)整體與車身集成，電池本身的密封和防水要求可以滿足，電池與乘員艙的密封也相對(duì)簡(jiǎn)單，使風(fēng)險(xiǎn)可控。例如因?yàn)镃TB技術(shù)的應(yīng)用，使比亞迪海豹的車身主體具備完整的受力結(jié)構(gòu)，保證了車身的安全性，整車抗扭剛度超過(guò)40000Nm/°，使車身整體更穩(wěn)定，同時(shí)使車輛的操控性和舒適性得到大幅提升；提升了電池包的體積能量密度和質(zhì)量能量密度，續(xù)航里程達(dá)到700km，四驅(qū)版0～100km/h加速時(shí)間為3.8s、能耗為12.7kWh/100km。在抗壓方面，刀片電池、上蓋板和地板緊密排列，構(gòu)成“類蜂窩”三明治結(jié)構(gòu)，具有更好的安全性，測(cè)試數(shù)據(jù)表明，應(yīng)用CTB技術(shù)的比亞迪海豹順利通過(guò)了50t重型載貨車碾壓極端測(cè)試。

結(jié)語(yǔ)

目前，CTP、CTC和CTB技術(shù)主要還是在造車新勢(shì)力企業(yè)研發(fā)推廣。究其根源，傳統(tǒng)燃油汽車企業(yè)由于考慮到車型平臺(tái)化和沿用性等原因，雖然也在發(fā)展電動(dòng)車型，但主要還是沿用了油改電的方案為主，轉(zhuǎn)為專項(xiàng)研發(fā)電動(dòng)平臺(tái)還需時(shí)日，需要過(guò)程。此外，還存在一個(gè)問(wèn)題，隨著電池集成度不斷提升，這些新技術(shù)將使電池企業(yè)參與到底盤的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，由此引來(lái)傳統(tǒng)整車企業(yè)與電池企業(yè)關(guān)系發(fā)生微妙的變化，傳統(tǒng)整車企業(yè)有可能受到挑戰(zhàn)，誰(shuí)主誰(shuí)從將是未來(lái)企業(yè)間需要探索的領(lǐng)域，只有解決好這個(gè)問(wèn)題，新技術(shù)才能真正走向廣泛地推廣應(yīng)用。