CTC、CTP、CTB技術(shù)路線梳理

俊兒1966 2022-06-11 發(fā)布于吉林

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1．從 CTM 到 CTP、CTC——電芯集成方式的革新

在電動汽車領域中，電池的應用可以分為電池的設計、加工、正極材料、負極材料以及最后的組裝部分。其中在最后的組裝方面，電芯的集成方式是一直以來的一大發(fā)展重點。

傳統(tǒng)的集成方式是 CTM，即“Cell to Module”，它代表的是將電芯集成在模組上的集成模式。模組是針對不同車型的電池需求不同、電池廠家的電芯尺寸不同而提出的發(fā)展路徑，有助于規(guī)模經(jīng)濟的形成與產(chǎn)品的統(tǒng)一。

過去幾年電池系統(tǒng)集成化的重點就是不斷提升標準化電池模組的尺寸，如比較典型的是 355、390、590 模組?？偟呐渲梅绞绞牵弘娦?/span>-模組-PACK-裝車。這種方法帶來了一個問題，即模組的存在占體積，該種配置方式的空間利用率只有 40%。這很大程度地限制了其他部件的空間。

CTP 的全稱是“Cell to Pack”，即跳過標準化模組環(huán)節(jié)，直接將電芯集成在電池包上，有效提升了電池包的空間利用率和能量密度。

該集成方式最早由寧德時代在 2019年提出，此后比亞迪、蜂巢能源等陸續(xù)發(fā)布了各自的 CTP 方案。其中比較具有代表性的是比亞迪的'刀片'電池，它將單個電芯通過陣列的方式排布在一起形成陣列，然后像“刀片”一樣插入到電池包里，這也是大家稱之為“刀片電池”的原因。

從產(chǎn)品的性能來看，CTP 方式較傳統(tǒng)體積利用率提高 15-20%，零件-40%，生產(chǎn)效率+50%，能量密度 200Wh/kg+。

比亞迪的刀片電池正是基于 CTP 集成模式得以達到60%的空間利率，進而得到大規(guī)模的商業(yè)應用。而寧德時代也在官網(wǎng)中披露，通過高集成結(jié)構(gòu)設計，提升電池包體積利用率。從第一代 CTP 到最新的第三代麒麟電池，電池包體積利用率從 55%提升到 67%。

CTC 是“Cell to Chassis”的簡稱，即電芯直接集成于車輛底盤的工藝。它進一步加深了電池系統(tǒng)與電動車動力系統(tǒng)、底盤的集成，減少零部件數(shù)量，節(jié)省空間，提高結(jié)構(gòu)效率，大幅度降低車重，增加電池續(xù)航里程，被認為是新能源汽車下一個階段的關鍵核心技術(shù)。

在 2020 年 9 月，特斯拉在電池日發(fā)布了 CTC 技術(shù)。將電芯或模組安裝在車身，連接前后車身鑄件，并在電池上蓋取代座艙底板。該技術(shù)計劃 22 年用在柏林工廠的 Y 上。特斯拉在電池日的報告中預測，隨著 CTC 技術(shù)的應用，每 GWH 投資將減少 55%，占用空間也將減少 35%。

與 CTP 技術(shù)相比，CTC 技術(shù)要求電池制造商從更早的階段介入車型設計，這就要求電池企業(yè)具備更強的研發(fā)設計能力，配合部分主機廠進行深度開發(fā)。對相應的底盤技術(shù)要求也更高，具有更高的技術(shù)壁壘。

2．CTB——實現(xiàn)電池車身一體化的新型電芯集成方式

CTB（Cell to Body）是比亞迪新提出的一種全新的電芯集成方式，實現(xiàn)從車身一體化向電池車身一體化的轉(zhuǎn)變，有助于空間利用率的提高以及電動車性能的進一步釋放。

從結(jié)構(gòu)設計來看，比亞迪的 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后橫梁形成的平整密封面通過密封膠密封乘員艙，底部通過安裝點與車身組裝。即在設計制造電池包的時候，把電池系統(tǒng)作為一個整體與車身集成，電池本身的密封及防水要求可以滿足，電池與成員艙的密封也相對簡單，風險可控。

與 CTP 技術(shù)相比，CTB 將原來的“電池上蓋-電芯-托盤”的三明治結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向了“車身踏板集成電池上蓋-電芯-托盤”的整車三明治結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上更加簡化直接，減少了因車身與電池蓋相連接而導致的空間損失，有望進一步提高整體的空間利用率。并且在這種結(jié)構(gòu)模式下，電池不僅僅是能量體，同時也作為結(jié)構(gòu)體參與整車傳力和受力，能夠使得整車側(cè)柱碰侵入量減少 45%。

此外，CTB 技術(shù)實現(xiàn)了車身與電池系統(tǒng)的高度融合，整車扭轉(zhuǎn)剛度提升一倍。搭載 CTB 技術(shù)的純電動車型，車身扭轉(zhuǎn)剛度可以輕松超過 40000N·m/°，而整車扭轉(zhuǎn)剛度的提升能夠有效抑制車身振動，能夠更好地在實際場景中的連續(xù)減速帶、鵝卵石等特殊路況中應用。

在抗壓方面，緊密排列的刀片電池、上蓋板和地板組成。“類蜂窩”三明治結(jié)構(gòu)具有更好的安全性，能夠?qū)崿F(xiàn)電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度的突破，相關的測試數(shù)據(jù)表明，搭載CTB 技術(shù)的海豹車型已經(jīng)順利通過 50 噸重卡碾壓的極端測試，表明能夠在更嚴苛復雜的條件下應用。

同時，CTB 刀片電池包的質(zhì)心更均衡，實現(xiàn)整車 50:50 黃金軸荷比，整車質(zhì)心更低，車輛的穩(wěn)定性更好、慣量更低、車身響應跟隨更快。在電動車的運動性能方面，搭載 CTB 刀片電池包的海豹四驅(qū)版可以實現(xiàn) 3.8s 百公里的加速。

在 CTB 技術(shù)的市場方面，比亞迪的海豹系列是搭載 CTB 技術(shù)的全球首款車型，該車型已經(jīng)于 5 月 20 日正式發(fā)布開售。而該系列車型的發(fā)售也正式宣告了 CTB 技術(shù)的落地應用。

在 CTB 技術(shù)優(yōu)勢的基礎上，海豹車型還采取了高電壓電驅(qū)升壓的方案，能夠?qū)崿F(xiàn)15 分鐘充電里程超 300km。此外，海豹系列采取運動的低趴造型，能夠使得風阻系數(shù)降至 0.219，使得行車過程中阻力大大減少。通過一系列設計及性能方面的提高，海豹四驅(qū)版實現(xiàn)了 12.7kWh 的百公里能耗。

3、兩個 CTC 代表案例：特斯拉與零跑

CTC 將電芯直接集成于底盤。電池、電機、電控、車載充電機、底盤高度集成，通過智能化動力域控制器，優(yōu)化動力分配、降低能耗。我們選取兩個代表 CTC 案例，特斯拉與零跑進行分析。根據(jù)零跑汽車數(shù)據(jù)，相比 VDA/MEB 方案，CTC 可使零部件數(shù)量減少 20%、結(jié)構(gòu)件成本降低 15%、提高整車剛度 25%與高度集成化模塊化等優(yōu)點。

3.1 特斯拉方案：“電芯-底盤”直連模式

特斯拉采用 CTC+一體壓鑄，可省 370 個零件，車重-10%，度電成本-7%。電池結(jié)構(gòu)體積-10%，續(xù)航+15%。以 4680 為例：正極朝上，從車身橫向布置，側(cè)面冷卻；膠粘劑填充。有 3 大特點：

1）電池包上蓋與電芯、座椅等結(jié)構(gòu)件直接連接；

2）把以前的鋁絲連接改為 Busbar 連接，利用母排引腳將電連接和電池管理系統(tǒng)的采集板直接連接在一起；

3）電池包一側(cè)配置 8 個泄壓閥，加強熱失控管理；

從專利圖中看出，底盤結(jié)構(gòu)由 3 層構(gòu)成。電池+上下兩層將動力電池與整車其他系統(tǒng)連接起來。

3.2 零跑方案：過渡方案穩(wěn)中求進

零跑這套方案增設模組這一環(huán)節(jié)，從數(shù)據(jù)來看，零跑這套方案有效地提升了車輛的各項表現(xiàn)。根據(jù)愛卡汽車數(shù)據(jù)，這套 CTC 方案將零部件數(shù)量減少 20%，結(jié)構(gòu)件成本減低15%，整車剛度提高 25%，實現(xiàn)高度集成化和模塊化。擁有極強的擴展性，可兼容智能化、集成化熱管理系統(tǒng)。未來可兼容 800V 高壓平臺。

零跑 CTC 方案四大維度提升汽車性能：在空間方面，取消電池上部結(jié)構(gòu)，減少冗余的結(jié)構(gòu)設計，整車垂直空間增加10mm，電池布置空間增加 14.5%。

在續(xù)航方面，綜合提升整車續(xù)航里程 10%，加快充電速度。在性能方面，零跑智能動力 CTC 技術(shù)可以為整車帶來扭轉(zhuǎn)剛度提升 25%，輕量化系數(shù)達到 2.4，提升 20%。

在安全方面，零跑在開發(fā)過程中針對于智能動力 CTC 技術(shù)，進行了多輪嚴苛試驗，如底部球擊、擠壓、熱擴散等將近 30 項試驗，確保電池安全，其中有 8 項安全測試結(jié)果遠超國家標準。