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  • 全方位 解讀零跑CTC電池底盤一體化技術

      糾錯  2022/5/4 17:33:00  糾錯 推薦指數: ★★★   加入收藏

     隨著電動車市場的火爆發展,電池的形態以及裝配方式也呈現出五花八門的技術路線,電池種類方面,我們常聽到4680電池、刀片電池、固態電池等等;電池的裝配方式上也由最初的電芯(Cell)→模組→電池包的形式發展為CTP的大模組形式再到如今我們的主題CTC技術,先不展開說它們到底各自的技術原理和優缺點,但我們可以概括一下這種進化方式的內在邏輯是什么,其實簡單來說就是減熵,熵在熱力學中代表著一個體系的混亂程度,熵越大,意味著物體內部越混亂;熵越小,意味著物體內部越有序。那么類比到車輛這個體系來說,降低混亂度就是未來發展的趨勢。

    說到這你可能還是不理解,那么我簡單舉幾個例子,原先車內的設計是追求豪華與用料的考究,如今智能電動車則裝個Pad就搞定,怎么簡約怎么來;原先車內復雜的物理按鍵密密麻麻,如今語音交流就能實現大部分功能;原先特斯拉的后車體有70多個零部件,運用一體壓鑄技術后直接縮減到1個,大大降低成本并提升裝配效率。怎么樣是不是悟出一個道理,大道至簡?沒錯,現如今車輛的設計越發符合事物的發展規律而不是一味的堆料,如何滿足功能性和易用性的同時降本增效才是重點。

    那么此次正逢零跑汽車帶來了他們的CTC電池底盤一體化技術分享會,我們就來好好聊聊這個技術到底如何?能否滿足電動車安全性的同時提升續航里程,實現全方位的技術進步。

    01 零跑CTC技術解析

    零跑CTC(cell -to -chassis)技術是指將電池、底盤和下車身進行集成設計,簡化產品設計和生產工藝的前沿技術。通過減少冗余的結構設計,有效減少零部件數量,在提升空間利用率和系統比能的同時,車身與電池結構互補,使電池抗沖擊能力及車身扭轉剛度得到大幅度提升?吹竭@我們應該著重理解兩個詞,一是集成、二是簡化。沒錯現如今的技術理念就是做減法。

    減法減在哪了呢?我們首先了解一下電池布置的發展歷程,看看和之前的技術路線相比,CTC技術到底有哪些提升。

    動力電池1.0時代(VDA/MEB標準化模組)

    我們知道動力電池結構一般是電芯(Cell)→模組→電池包,電芯是最小單元,模組是由電芯組成為了提高整個電池系統的安全性,電池包就是一個個模組組成的,在1.0時代電池包開發簡單但無法靈活進行電量和電壓配組且零部件多,系統成本較高。

    動力電池2.0時代(CTP大模組技術)

    從1.0到2.0時代的進化就是減掉模組這個中間層,把電芯直接集成在電池包上,即CTP(Cell to Pack),這樣的好處是減少了模組之間存留的空隙,體積利用率提升15%-20%,整個電池包的體積能量密度隨之提高。另外零件數量減少15-20%,生產效率提升30%,但沒有了模組,對于單體電芯的安全性和可靠性就提出了更高的要求,以前一個電芯出了問題可以通過BMS電池管理系統在局部模組內進行控制以免影響整個電池包,但去掉模組后,一個電芯出了問題可能殃及整個電池,因此之前一般是使用磷酸鐵鋰這種相對安全性高的電芯。

    動力電池3.0時代(CTC電池底盤一體化技術)

    接下來說到CTC即Cell to Chassis,就是更加激進的形式了,傳統概念是將電芯直接集成到了車輛的底盤上,連電池包都去掉不要了,但零跑此次的策略是模組集成,并且去掉電池包上蓋與整車集成,這樣一變零部件數量能減少20%,結構件成本減低15%,提高整車剛度25%,實現高度集成化和模塊化。

    據了解,零跑在CTC技術研發中最大的難點是既要集成化,又要相對模塊化,這是一個矛盾點。零跑也在這方面下了大功夫。接下來我們看看零跑的CTC結構具體是什么樣的。

    首先結構:電池和底盤一體化設計,創新性的應用了CTC雙骨架環形梁式結構,將電池骨架結構和底盤車身結構合二為一,既是車身底盤結構又是電池結構,整體結構效率更高。

    其次氣密性:通過車身設計實現電池密封,CTC技術借用底盤基本結構,利用車身縱梁、橫梁形成完整的密封結構,相對于傳統汽車這是一大創新。

    有了結構上的優化和提升對于整車層面會帶來哪些幫助呢?

    首先是高適配,與整車匹配度提高,可快速柔性化批量生產。達到高度集成化和模塊化,可跨平臺適配未來各級別、類型車型。

    第二強擴展,可兼容智能化、集成化熱管理系統。未來可兼容800V高壓平臺,支持400kW超級快充。并且有新意的一點是零跑提出未來可實現“加油式”充電:充電5分鐘,續航200+km。

    聊完了CTC電池技術,接下來我們結合產品來說,看看創新的電池技術到底能為新車帶來哪些本質提升呢?

    02 C01車型將首次搭載CTC技術,會帶來哪些提升?

    零跑C01將會是全球首款搭載CTC技術的量產轎車,將會是一款旗艦級的中大型電動轎車。有了CTC技術的加持整車將會有“1357”四大產品優勢。

    首先來說“1”,代表的是全球首款CTC技術量產轎車,亮點一:可以提供更大空間,CTC帶來更大電池容量空間,相比傳統方案電池布置空間增加14.5%;實現更寬敞的駕乘空間,消除電池包與車身之間的安裝間隙,車身垂直空間增加10mm,使用戶擁有更舒適的高度空間以及更優秀的車身姿態。

    亮點二:更長的續航:CTC增加電池空間利用率,提升10%續航的同時提高電池保溫性能,讓C01輕松擁有綜合工況700+公里的超長真續航,AI BMS能耗經濟性管理,為超長續航提供充分保障。

    亮點三:提供更強的性能:CTC讓車身扭轉剛度提升25%,達3++++,整車重量降低15kg,助力C01的駕駛性能、操控性進一步提升。

    亮點四是保障安全:CTC采用了車身電池一體化架構,通過了近30多項電池安全試驗,遠超國家標準8項,讓C01無限逼近安全極限。同時,AI BMS提供全時主動守護。

    其次來說“3”,代表著這輛車可以實現3秒級的百公里加速水平,出色的加速表現也和自研的三合一油冷電驅總成息息相關。另外隱藏式門把手、溜背式車身設計,可實現Cd0.226超低風阻。CTC技術也讓整車輕量化減重5%。

    接下來是“5”,零跑C01車身長5050mm,軸距達到2930mm,滿足中大型轎車尺寸。319mm的后排腿部乘坐空間,處于同級別領先水平,滿足了用戶的后排乘坐體驗。后備箱空間達到496L,前后雙備箱,并且全車共19處儲物空間滿足日常出行的需求。

    最后來說“7” 這輛車配備了90kWh大容量動力電池。使得綜合工況下可實現700+的續航里程,另外零跑自研的AI BMS大數據智能電池管理系統也會為電池安全保駕護航。

    總結來說零跑C01是零跑汽車C平臺電動中大型轎車,同時也是全球首款搭載可量產CTC技術的轎車,擁有3秒級零百加速,5米級車長,700+續航表現。是零跑汽車品牌向上的旗艦車型,預計將于5月首發亮相啟動預售。

    03 眾多車企押寶CTC,電池安底盤上安全嗎?

    CTC(Cell to Chassis)技術目前正處于從概念到量產的階段。2020年9月特斯拉在電池日上發布了4680電芯、CTC技術和一體化壓鑄技術,并宣布其柏林工廠將采用CTC技術生產Model Y。2022年3月,零跑發布了旗下第四款車型C01,預計5月首發,或將成為首款搭載CTC電池技術的量產車型。

    其實當技術還處于概念階段的時候,往往看起來比較遙不可及;但當技術開始走向落地時,進展往往會超出預期。

    因此我們也來看看都有哪些企業押寶這一技術?他們各自的優劣勢又是什么? 

    1、 特斯拉

    特斯拉的概念是電池既是能源設備,也是結構本身。在2020年9月的電池日上,特斯拉發布了全新的整包封裝技術 CTC(Cell to Chassis),即取消電池包設計,直接將電芯或模組安裝在車身上。應用CTC技術后的新架構是物理層面的創新,將電池組作為車身結構的一部分,連接前后兩個車身大型鑄件,取消原有座艙底板,取代以電池上蓋,座椅直接安裝在電池上蓋上。

    --CTC技術有助于將車輛的結構平臺進一步單元化,從而進一步降低制造成本。馬斯克曾表示,采用了CTC技術后,配合一體化壓鑄技術,可以節省370個零部件,為車身減重10%,將每千瓦時的電池成本降低7%。

    --CTC技術并非僅適用4680電芯,同樣適用其2170電芯,預計未來還會兼容其它尺寸電芯。目前特斯拉柏林工廠將采用CTC技術生產Model Y。

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