電動(dòng)車(chē)企扎堆搞 CTC 技術(shù)，到底有啥區(qū)別？
頭部的新能源汽車(chē)中，特斯拉早在 2020 年的電池日活動(dòng)上就講解了 CTC 技術(shù)，認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)能夠省掉 370 個(gè)車(chē)身零部件，減輕 10% 的車(chē)身重量，而另一個(gè)頭部玩家比亞迪也在今年發(fā)布了 CTB 技術(shù)（本質(zhì)上仍然為 CTC 技術(shù)）。
▲ 特斯拉展示 CTC 技術(shù)
動(dòng)力電池行業(yè)的頭部玩家寧德時(shí)代也積極發(fā)展 CTC 技術(shù)，前華為智能汽車(chē)解決方 BU 智能車(chē)控領(lǐng)域總經(jīng)理蔡建永加入了寧德時(shí)代將會(huì)全力推進(jìn) CTC 電池底盤(pán)一體化業(yè)務(wù)。
而國(guó)內(nèi)的新造車(chē)企業(yè)零跑也在 4 月份正式對(duì)外公布了其 CTC 技術(shù)，可將其首款轎車(chē) C01 的續(xù)航提升到 700 公里以上。
此外，哪吒、大眾、沃爾沃等車(chē)企都將會(huì)在 CTC 技術(shù)方法發(fā)力，哪吒汽車(chē)更是明確了要在明年推出這一產(chǎn)品。
從這些車(chē)企的動(dòng)作來(lái)看，CTC 技術(shù)無(wú)疑已經(jīng)成為了今年動(dòng)力電池領(lǐng)域最熱的話題之一了。
新能源汽車(chē)發(fā)展到現(xiàn)在，動(dòng)力電池的發(fā)展已經(jīng)到了天花板，急需破局之道。從化學(xué)材料上來(lái)看，三元鋰電池的天花板逐漸顯現(xiàn)，而固態(tài)電池距離量產(chǎn)仍然有很長(zhǎng)的道路要走。
在這種情況之下，特斯拉、比亞迪這樣的新能源汽車(chē)行業(yè)巨頭和寧德時(shí)代這樣的動(dòng)力電池大佬都開(kāi)始在電池的封裝技術(shù)層面做布局。
從眾多車(chē)企和電池企業(yè)的動(dòng)作來(lái)看，目前新能源汽車(chē)領(lǐng)域頭部的車(chē)企都已經(jīng)加入了 CTC 大軍，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，這一技術(shù)或?qū)⒊蔀橹饕膭?dòng)力電池封裝技術(shù)。
那么，CTC 技術(shù)的主要難點(diǎn)是什么？主要分為哪些技術(shù)路徑？目前已經(jīng)發(fā)布的車(chē)企主要采用了哪些路徑？
01.車(chē)身結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計(jì) 集成電芯也有難度
首先我們先簡(jiǎn)單地了解一下 CTC 技術(shù)，其全稱(chēng)為 Cell to Chassis，即電芯到底盤(pán)。字面意思理解，就是把電芯直接放置到車(chē)輛底盤(pán)中，區(qū)別于此前底盤(pán)和電池包分離的設(shè)計(jì)。
而之所以這么做，主要是為了通過(guò)提升空間利用率的方式提升電池的能量密度。將電芯直接集成到底盤(pán)之后，可以節(jié)約大量的材料，相應(yīng)地?cái)U(kuò)大了可裝置電芯的體積，車(chē)企通過(guò)增加更多的電芯，增加體積能量密度，從而實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航表現(xiàn)。
另一方面，由于節(jié)省了比較多的材料，也降低了動(dòng)力電池的成本。
從上面的描述來(lái)看，CTC 技術(shù)確實(shí)存在很多優(yōu)點(diǎn)，但目前還沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)的事實(shí)也說(shuō)明了這項(xiàng)技術(shù)還存在一定的難度。
整體來(lái)看，CTC 技術(shù)存在多個(gè)核心技術(shù)點(diǎn)。
首先，Cell to Chassis 意味著傳統(tǒng)的車(chē)輛底盤(pán)結(jié)構(gòu)需要做出一定的改變。
一位車(chē)身工程師告訴車(chē)東西，為了節(jié)省成本，大多數(shù)車(chē)企會(huì)從供應(yīng)商處直接拿電池包，然后根據(jù)電池包來(lái)設(shè)計(jì)車(chē)身結(jié)構(gòu)。
車(chē)身、電池包和底盤(pán)構(gòu)成一個(gè)三明治結(jié)構(gòu)，電池包處在車(chē)身和底盤(pán)之間，也就是說(shuō)，電池包一直處在車(chē)身結(jié)構(gòu)的保護(hù)之中，不會(huì)直接承受外部撞擊。
而 CTC 技術(shù)則將電芯直接集成到了車(chē)輛底盤(pán)上，電池包成為底盤(pán)的一部分，車(chē)廂內(nèi)部底板擔(dān)當(dāng)了傳統(tǒng)電池包的上蓋，電芯和下托盤(pán)被塞進(jìn)了車(chē)身里，讓電池包也成為車(chē)身受力結(jié)構(gòu)之一。
▲ 零跑汽車(chē)發(fā)布的 CTC 技術(shù)
這讓傳統(tǒng)的車(chē)身和電池包分開(kāi)設(shè)計(jì)的模式不再適用，車(chē)身設(shè)計(jì)師從一開(kāi)始設(shè)計(jì)車(chē)身時(shí)就要考慮到底盤(pán)電芯的布局情況，這對(duì)大部分車(chē)身設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)都是一個(gè)不小的考驗(yàn)。
另一方面，CTC 技術(shù)也給車(chē)身設(shè)計(jì)的靈活性造成了一定的影響，對(duì)于規(guī)模比較大的車(chē)企來(lái)說(shuō)，它們都會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)通用的汽車(chē)平臺(tái)，可以延伸出各種車(chē)型，而在電池方面做的改變也就是拉長(zhǎng)縮短等操作。
但采用了 CTC 技術(shù)之后，在車(chē)身結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致底盤(pán)的電池結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本的增加。
更重要的是，電芯和車(chē)身底盤(pán)集成在一起之后，維修的成本和技術(shù)難度也會(huì)隨之提升。
從這點(diǎn)來(lái)看，CTC 最關(guān)鍵的技術(shù)之一的就是車(chē)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
接著讓我們把目光放到電池包本身，CTC 技術(shù)非常重要的一個(gè)要素就是徹底取消了模組和 Pack，直接將電芯集成到底盤(pán)里面。
▲ 特斯拉 CTC 技術(shù)
這也意味著車(chē)輛底盤(pán)內(nèi)需要直接鋪上電芯，而沒(méi)有了模組和 PACK 結(jié)構(gòu)的保護(hù)，就需要對(duì)電芯做好絕緣支撐。
除了電芯方面所必需的一些設(shè)計(jì)，電池?zé)峁芾淼确矫嬉残枰M(jìn)行更新設(shè)計(jì)。
電芯和電芯直接排列在一起，意味著一旦一個(gè)電芯發(fā)生熱失控，就很容易傳導(dǎo)到臨近的電芯，從而導(dǎo)致整個(gè)電池的熱失控。
在設(shè)計(jì)的時(shí)候就需要考慮水冷板究竟放在什么位置以及泄壓閥如何設(shè)計(jì)，這些問(wèn)題直接關(guān)系到車(chē)輛和乘客的安全，所以這方面的設(shè)計(jì)絲毫馬虎不得。而整個(gè)電池包的 BMS 設(shè)計(jì)也非常重要。
整體來(lái)看，如果想要采用 CTC 技術(shù)，那么對(duì)車(chē)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電池包的設(shè)計(jì)都會(huì)生產(chǎn)一定的影響，這些主要難點(diǎn)也就成為 CTC 技術(shù)最關(guān)鍵的地方。
02.分為兩種途徑 均已到達(dá)量產(chǎn)前夜
目前來(lái)看，CTC 技術(shù)還比較新，也只有少數(shù)幾家車(chē)企展示了自己的方案和產(chǎn)品，大多數(shù)車(chē)企還沒(méi)有產(chǎn)品展出。
從已經(jīng)發(fā)布的產(chǎn)品來(lái)看，CTC 技術(shù)主要有兩種體現(xiàn)形式。一種是目前多個(gè)車(chē)企采用的方式 —— 將電芯直接集成到車(chē)輛底盤(pán)中。
這一方式有點(diǎn)接近智能手機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展思路：從最開(kāi)始電池可拆卸轉(zhuǎn)變成為電池一體化設(shè)計(jì)。
具體來(lái)看，車(chē)企直接取消了電池包的上板結(jié)構(gòu)，或者說(shuō)將車(chē)輛內(nèi)底板作為電池組的上板結(jié)構(gòu)，然后將電芯布置在托盤(pán)上，將托盤(pán)和車(chē)身內(nèi)底板組合在一起，形成新的車(chē)身結(jié)構(gòu)。
▲ 特斯拉電池專(zhuān)利截圖
車(chē)輛的座椅可以直接安裝在電池包上方，進(jìn)一步擴(kuò)大車(chē)身的空間結(jié)構(gòu)，而在電池布局上也可以增加更多的電芯，續(xù)航也可以因此實(shí)現(xiàn)提升。
那么，這種方式是如何應(yīng)對(duì)技術(shù)上的難題呢？這方面不同車(chē)企的策略有所不同，在車(chē)身結(jié)構(gòu)方面，特斯拉采用了前后一體式壓鑄技術(shù)更改了車(chē)身結(jié)構(gòu)，前后兩個(gè)大件可以直接拼接成車(chē)輛底盤(pán)，可以提前把底盤(pán)的空間預(yù)留好，為電芯集成做好準(zhǔn)備。
而比亞迪也采用了全新的車(chē)型平臺(tái) e3.0，雖然還不清楚比亞迪是怎么做的，但在新的車(chē)型平臺(tái)也一定會(huì)對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。
散熱方面，目前大多還采用的水冷板散熱，特斯拉的方案中，水冷板是放在電芯的正上方，這樣方便阻隔電芯的熱量不會(huì)上傳到駕駛艙，而電池包的泄壓閥則在電芯下方，進(jìn)一步保證了電池包的安全性。而電芯之間則采用了低密度的膠，降低了彼此之間熱傳導(dǎo)的風(fēng)險(xiǎn)。
零跑的方案中則在電芯下方采用了水冷板、隔熱層，而在電芯的上面同樣也采用了隔熱層，防止熱量上升到座艙內(nèi)部。
另一種是滑板底盤(pán)，同時(shí)涵蓋了 CTC 技術(shù)、線控技術(shù)等，將車(chē)輛底盤(pán)的行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車(chē)輛的乘員艙完全解耦，底盤(pán)和車(chē)體直接獨(dú)立。
車(chē)東西此前曾經(jīng)觀看過(guò)悠跑科技所設(shè)計(jì)的滑板底盤(pán)，通過(guò)遙控裝置，車(chē)輛底盤(pán)可以自如完成前進(jìn)后退，甚至是自動(dòng)泊車(chē)的一系列指令。
▲ 悠跑科技 UP 超級(jí)底盤(pán)
這一設(shè)計(jì)方式類(lèi)似于燃油車(chē)時(shí)代的非承載式結(jié)構(gòu)，底盤(pán)和車(chē)身分離設(shè)計(jì)。但不同的是，這種滑板底盤(pán)的能力更加強(qiáng)大，可以說(shuō)是車(chē)輛的靈魂所在。
只要底盤(pán)和車(chē)身達(dá)成一致的通訊協(xié)議，就可以根據(jù)滑板底盤(pán)制造各種車(chē)型。
得益于此前的非承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用滑板地板之后并不需要花費(fèi)過(guò)多精力進(jìn)行車(chē)身的重新設(shè)計(jì)，幾乎可以照搬此前的非承載式車(chē)身設(shè)計(jì)方案。
電池包結(jié)構(gòu)和散熱對(duì)于滑板底盤(pán)來(lái)說(shuō)尤為關(guān)鍵，Lucid CEO 兼 CTO Peter Rawlinson 曾經(jīng)解讀過(guò)如何對(duì)滑板底盤(pán)進(jìn)行安全保護(hù)和散熱。他認(rèn)為電池組與車(chē)輛的車(chē)身外殼結(jié)合，本就可以增加汽車(chē)的結(jié)構(gòu)剛度，使汽車(chē)更便于操作，穩(wěn)定了汽車(chē)尾部碰撞緩沖區(qū)的中央結(jié)構(gòu)，吸收能量，保護(hù)乘客不受碰撞，同時(shí)也能保護(hù)電池。
而 Lucid 的方案中，電芯基本上是倒置安裝的，電池向下散熱，同時(shí)還有一層額外的冷卻劑。
不過(guò)，目前這一技術(shù)也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，頭部企業(yè) Rivian 和 Lucid 目前正處在產(chǎn)能爬坡階段，遲遲未能完成大規(guī)模交付。除此之外，其他滑板底盤(pán)企業(yè)均未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
▲ 電動(dòng) R1T 皮卡
整體來(lái)看，將電芯直接集成到底盤(pán)里已經(jīng)成為車(chē)企之間共同的選擇了。因此，目前在 CTC 技術(shù)方面發(fā)力的車(chē)企也明顯增多了。
特斯拉、比亞迪、零跑已經(jīng)發(fā)布過(guò)了自己的 CTC 方案，大眾和沃爾沃也在 2021 年就已經(jīng)提出了 CTC 方案，未來(lái)也將會(huì)投入量產(chǎn)，而哪吒汽車(chē)也在其電池分享會(huì)上表示將會(huì)在明年推出 CTC 技術(shù)。
在電池企業(yè)方面，寧德時(shí)代早在 2020 年 8 月份就提出了要發(fā)展 CTC 技術(shù)，目前還迎來(lái)了華為車(chē) BU 高管的加盟，其量產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)該也會(huì)很快亮相。
此外，其他的動(dòng)力電池企業(yè)如蜂巢能源等也已經(jīng)加速了這方面的布局。
目前來(lái)看，CTC 技術(shù)或許真的能夠成為電池技術(shù)的一個(gè)重要突破點(diǎn)，對(duì)于緩解續(xù)航焦慮，提升電池安全性來(lái)說(shuō)都非常重要。
03.三家車(chē)企已經(jīng)發(fā)布 主要策略較為類(lèi)似
雖然已經(jīng)有多家車(chē)企公布了自己的 CTC 計(jì)劃，但現(xiàn)階段來(lái)看，只有特斯拉、比亞迪和零跑進(jìn)行了產(chǎn)品發(fā)布，并且已經(jīng)有很多產(chǎn)品圖了。
從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面來(lái)看，這三家車(chē)企都是選擇上述的第一種形式，直接采用了 CTC 技術(shù)。不過(guò)，從設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上來(lái)看的話，這三家企業(yè)的策略上也存在一些不同之處。
下面主要從結(jié)構(gòu)、電芯集成和制造工藝三個(gè)方面對(duì)特斯拉、比亞迪和零跑的方案進(jìn)行對(duì)比。
從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，特斯拉可能是做出改變最徹底的企業(yè)。根據(jù)特斯拉柏林工廠和得州工廠流出來(lái)的圖片來(lái)看，其 CTC 技術(shù)徹底打通了電池包和車(chē)廂的聯(lián)系。
▲ 特斯拉座椅直接安裝在電池上
電池包上方設(shè)有一根橫梁，前排座椅直接安裝到了橫梁上，而后排的固定結(jié)構(gòu)則與電池包無(wú)關(guān)。
這樣一來(lái)，前排兩個(gè)座椅的下壓力直接由電池包承受，同時(shí)前排乘客和后排乘客的腳部位置的力也直接由電池包承受。
比亞迪和零跑的方案則比較接近。零跑汽車(chē)在發(fā)布會(huì)上展示的圖片顯示，其 CTC 方案在原來(lái)的車(chē)輛底盤(pán)上仍然保留了車(chē)身上的骨架環(huán)形梁式結(jié)構(gòu)。
▲ 零跑 CTC 技術(shù)展示
電池包的上板直接和底盤(pán)的結(jié)構(gòu)梁焊接在了一起，相當(dāng)于既是車(chē)廂的底板又是電池的上板結(jié)構(gòu)。車(chē)輛座椅則直接安裝到了車(chē)身的結(jié)構(gòu)梁上。電池包則只承擔(dān)了前后排乘客腳步空間的力。
從曝光的圖片來(lái)看，比亞迪和零跑的設(shè)計(jì)非常相似，也將車(chē)廂的底板和電池的上板結(jié)構(gòu)合二為一，座椅的設(shè)計(jì)方案也比較類(lèi)似。
▲ 比亞迪 CTB 技術(shù)
雖然特斯拉、比亞迪和零跑的方案略有不同，但這些方案之間并沒(méi)有好壞之分。
在這些方案中，車(chē)內(nèi)乘客距離電芯都只隔了一個(gè)電池上板結(jié)構(gòu)，因此，這三家車(chē)企都需要做緩沖設(shè)計(jì)，避免車(chē)主大力踩底板時(shí)直接壓到電芯，減少不必要的麻煩。
另一方面，在電芯上方增加隔熱材料也非常必要，這樣可以避免發(fā)生熱失控之后，熱量在第一時(shí)間傳遞到乘客艙。
車(chē)身結(jié)構(gòu)之外，電芯集成也是非常關(guān)鍵的一點(diǎn)，這也是三家車(chē)企差別最大的地方。
還是先從特斯拉看起，關(guān)于特斯拉的電芯已經(jīng)非常明確了，無(wú)論是柏林工廠展示的圖片還是得州工廠展示的圖片，其 CTC 技術(shù)都和 4680 電芯緊密相連。
▲ 特斯拉底盤(pán)布滿了 4680 電池
特斯拉主要通過(guò) 4680 電芯在底盤(pán)上進(jìn)行排列組合，內(nèi)部沒(méi)有模組，一眼看過(guò)去全是密密麻麻的 4680 電芯。根據(jù)特斯拉展示的圖片來(lái)看，一列約有 34 個(gè)，一共分為 24 列，中間有水冷板進(jìn)行散熱。
從這點(diǎn)來(lái)看，特斯拉真正貫徹了 Cell to Chassis。
目前比亞迪還沒(méi)有曝光過(guò) CTC 電池的內(nèi)部圖片，但根據(jù)此前海豚電池包的設(shè)計(jì)，可以猜測(cè)其做法與特斯拉類(lèi)似，采用了刀片電池直接集成到底盤(pán)的方式。
與特斯拉的圓柱電池不同，比亞迪的刀片電池更長(zhǎng)，幾乎橫貫車(chē)身，并且在 CTP 時(shí)代就已經(jīng)取消了模組，目前很有可能會(huì)直接采用刀片電池集成到底盤(pán)。
▲ 比亞迪刀片電池
而零跑的做法則略有不同。從結(jié)構(gòu)圖上來(lái)看，零跑的 CTC 采用了模組集成到底盤(pán)中的方式，采用了 7 個(gè)大模組，這樣節(jié)省的零部件數(shù)量有限，空間利用率并沒(méi)有達(dá)到最好。
所以從這點(diǎn)來(lái)看，零跑的策略更像是 MTC，而不是 CTC。
▲ 零跑 CTC 技術(shù)仍然有電池模組
不過(guò)這也跟零跑汽車(chē)沒(méi)有參與電芯開(kāi)發(fā)分不開(kāi)，比亞迪一直都在采用自己的電芯，特斯拉最近也在積極生產(chǎn) 4680 電芯，自產(chǎn)電芯的好處就是這兩家企業(yè)在開(kāi)發(fā) CTC 的時(shí)候可以提前根據(jù)自己的電芯標(biāo)準(zhǔn)來(lái)開(kāi)發(fā)。
對(duì)于零跑來(lái)說(shuō)，目前并沒(méi)有自產(chǎn)電芯的能力，主要還是從供應(yīng)商處購(gòu)買(mǎi)電芯，直接集成模組則更加高效便捷。
而從制造工藝上來(lái)看，特斯拉革新了制造工藝，采用了前后一體壓鑄技術(shù)，與 CTC 技術(shù)起了相輔相成的作用，可以更高效地制造車(chē)身，而比亞迪和零跑方面在車(chē)身制造工藝上并沒(méi)有太大的改變，在未來(lái)也有可能會(huì)引入一體壓鑄技術(shù)。
整體來(lái)看，特斯拉和比亞迪的 CTC 方面，無(wú)論從結(jié)構(gòu)上，還是從整體設(shè)計(jì)上，都更加徹底，而零跑并不具備電芯集成的能力，還有很大的提升空間。
但這三家車(chē)企都已經(jīng)邁出了關(guān)鍵的一步，相信之后還會(huì)有更多車(chē)企加入到這一行列。
04.結(jié)語(yǔ)：電池技術(shù)革新迫在眉睫
在目前的新能源汽車(chē)領(lǐng)域，動(dòng)力電池仍然是非常重要的一個(gè)零部件，甚至決定了一輛電動(dòng)汽車(chē)的下限。但目前其發(fā)展遇到了一定的瓶頸，始終無(wú)法進(jìn)一步突破。
車(chē)企和電池汽車(chē)主要從兩個(gè)方面來(lái)尋找解決方案，一是從化學(xué)體系方面入手，研發(fā)新的化學(xué)體系，研發(fā)固態(tài)電池等方式，但進(jìn)展并不明顯。
另一種方法就是通過(guò)改進(jìn)封裝工藝，在單位體積內(nèi)塞入更多的電芯。在這條路徑上，車(chē)企和電池企業(yè)推出了 CTP 技術(shù)，即 cell to Pack，取消電池模組；現(xiàn)階段又推出了 CTC 技術(shù)。
但這對(duì)于目前的電池行業(yè)來(lái)說(shuō)還不夠，在原材料價(jià)格持續(xù)瘋漲的情況下，還需要推動(dòng)電池技術(shù)的革新。
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