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10家公司CTC技術(shù)進(jìn)展

 孫鳳明 2022-05-24 發(fā)布于廣東

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DASHU

【摘要】

  • CTC(Cell to Chasis)技術(shù)目前正處于從概念到量產(chǎn)的階段。2020年9月特斯拉在電池日上發(fā)布了4680電芯,、CTC技術(shù)和一體化壓鑄技術(shù),,并宣布其柏林工廠將采用CTC技術(shù)生產(chǎn)Model Y,。2022年3月,,零跑科技發(fā)布了旗下第四款車型C01,預(yù)計(jì)4月首發(fā),,6月預(yù)售,,8月上市,或?qū)⒊蔀槭卓畲钶dCTC電池技術(shù)的量產(chǎn)車型,。

  • 當(dāng)技術(shù)尚處于概念階段的時(shí)候,,往往看來(lái)起來(lái)比較遙遠(yuǎn);但當(dāng)技術(shù)開(kāi)始落地時(shí),,進(jìn)展往往會(huì)超出預(yù)期,。以下主要對(duì)布局和計(jì)劃應(yīng)用CTC技術(shù)的公司及其相關(guān)的技術(shù)方案進(jìn)行了進(jìn)一步梳理。

  • 從目前的進(jìn)展上看,,特斯拉,、Canoo和零跑處于量產(chǎn)/準(zhǔn)量產(chǎn)階段,而三者的技術(shù)方案有所差別:

  • 特斯拉的方案:取消模組設(shè)計(jì),,直接使用電芯進(jìn)行集成,,并取消座艙底板,,取代以電池上蓋,;

  • Canoo的方案:將模組布置在底盤中間由縱橫梁構(gòu)建的隔間內(nèi),通過(guò)支架的上蓋和底板對(duì)模組進(jìn)行密封,;

  • 零跑的方案:采用了模組集成的方式,,去掉電池包的上蓋,,將電池包的其他部分與整車底盤集成。

  • 除了特斯拉,、Canoo和零跑之外,,整車企業(yè)如比亞迪、大眾,、沃爾沃,、福特,電池企業(yè)如寧德時(shí)代,、LG,,創(chuàng)業(yè)公司如悠跑科技等,,均在CTC技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用上有所布局。

  • 隨著越來(lái)越多的企業(yè)研發(fā),、布局,、應(yīng)用CTC技術(shù),CTC技術(shù)有望加速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)應(yīng)用,。

1)特斯拉

  • 電池既是能源設(shè)備,,也是結(jié)構(gòu)本身,。在2020年9月的電池日上,,特斯拉發(fā)布了全新的整包封裝技術(shù) CTC(Cell toChassis),即取消Pack設(shè)計(jì),,直接將電芯或模組安裝在車身上。應(yīng)用CTC技術(shù)后的新架構(gòu)是物理層面的創(chuàng)新,,將電池組作為車身結(jié)構(gòu)的一部分,,連接前后兩個(gè)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(shù)有助于將車輛的結(jié)構(gòu)平臺(tái)進(jìn)一步單元化,,從而進(jìn)一步降低制造成本,。馬斯克曾表示,,采用了CTC技術(shù)后,配合一體化壓鑄技術(shù),,可以節(jié)省370個(gè)零部件,,為車身減重10%,將每千瓦時(shí)的電池成本降低7%,。

  • CTC技術(shù)并非僅適用4680電芯,,同樣適用其2170電芯,預(yù)計(jì)未來(lái)還會(huì)兼容其它尺寸電芯,。根據(jù)柏林工廠開(kāi)放日釋放的信息,,特斯拉柏林工廠將采用CTC技術(shù)生產(chǎn)Model Y。

座椅直接安裝在電池上蓋上:

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電池組作為車身結(jié)構(gòu)一部分,,前后鏈接大型鑄件:

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特斯拉4680

特斯拉的4680 structure battery方案具有以下特點(diǎn):

  • 4680 電芯正極朝上放置,,從車身橫向布置,電芯采用側(cè)面冷卻的方式,;

  • 通過(guò)膠粘劑填充電芯上下以及電芯之間的距離,,提高整個(gè)電池系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度和抗扭,、抗剪切力,,膠除了結(jié)構(gòu)連接之外,對(duì)導(dǎo)熱也起到一定阻隔的效果,;

  • 電池的上蓋涵蓋了密封電池和車身地板的兩個(gè)功能,,由多個(gè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)結(jié)合在一起,前排座椅的承載結(jié)構(gòu)所在箱蓋有加強(qiáng)設(shè)計(jì),,座椅承載件橫向布置,,對(duì)整車橫向碰撞起到加強(qiáng)作用;

  • 該方案屬于承載式車身技術(shù)路線,,是將電池框架與車身下車體集成,,在裝配時(shí)在上方整個(gè)車身完成裝配(車身+前鑄件+后鑄件)后,再將structurebattery 與車身完成連接,。

4680電芯正極朝上放置:

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座椅承載結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)設(shè)計(jì):

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2)Canoo

  • Canoo在2019年即推出了滑板式底盤,,并提出將電池和底盤合二為一的方案。

  • Canoo采用的滑板式底盤結(jié)構(gòu)中,,并沒(méi)有設(shè)計(jì)單獨(dú)的動(dòng)力電池包,,而是將動(dòng)力電池組與底盤融為一體,在減輕底盤重量的同時(shí)也可以降低一部分成本,。

  • Canoo目前推出了三款車型,分別是CanooLifestyle Vehicle,、Muti-Purpose Delivery Vehicle和Pickup Truck,,均基于其滑板底盤式純電平臺(tái)開(kāi)發(fā),。

Canoo的滑板式底盤及應(yīng)用的車型:

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  • 不同于特斯拉將電芯直接集成到底盤的方案,Canoo的方案是將模組集成到底盤,。

  • 從公布的專利看,,Canoo的方案主要是將模組布置在底盤中間,由縱橫梁構(gòu)建的隔間內(nèi),,前后四個(gè)模組沿軸向,、中間四個(gè)模組沿橫向:

  • 兩側(cè)模組沿著軸向方向進(jìn)行布置,這樣可以作為底盤的縱向結(jié)構(gòu)件,,增強(qiáng)底盤的剛度,,以抵抗在前后碰撞時(shí)造成的形變;同樣,,中間的模組橫向進(jìn)行布置,,可以增強(qiáng)在側(cè)碰時(shí)的剛度,抵御側(cè)碰帶來(lái)的形變,。

  • 由于沒(méi)有電池箱體,,對(duì)模組的密封與防護(hù)由支架的上蓋和底板來(lái)完成。Canoo將支架與模組密封起來(lái),。此外為了加強(qiáng)對(duì)底部沖擊的防護(hù),,在底板的外面增加一層底部防護(hù)板。

Canoo的模組集成方案:

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Canoo通過(guò)上蓋和底板密封和防護(hù)模組:

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3)零跑汽車:

  • 2022年3月,,零跑汽車發(fā)布旗下第四款車型C01,,定位純電中大型轎車,或?qū)⒊蔀槭卓畲钶dCTC電池技術(shù)的量產(chǎn)車型,,預(yù)計(jì)4月首發(fā),,6月預(yù)售,8月上市,。

  • CTC電池底盤一體化技術(shù)的量產(chǎn),,標(biāo)志著零跑的動(dòng)力電池技術(shù)經(jīng)過(guò)VDA標(biāo)準(zhǔn)化模組(1.0時(shí)代)、 CTP大模組(2.0時(shí)代)后,,進(jìn)入了3.0全新時(shí)代,。

  • 根據(jù)零跑的發(fā)布,CTC 電池底盤一體化技術(shù)將電池與下車身,、底盤進(jìn)行集成設(shè)計(jì),,讓零部件數(shù)量減少20%,結(jié)構(gòu)件成本減低15%,,整車剛度提高25%,,簡(jiǎn)化了總裝工藝,高度集成化和模塊化,。

零跑的電池技術(shù)迭代過(guò)程:

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結(jié)合零跑的專利以及其公布的CTC示意圖看,,我們認(rèn)為零跑的CTC方案主要有兩個(gè)特點(diǎn):①模組集成,;②去掉電池包上蓋與整車集成。

  • 模組集成:零跑的方案并沒(méi)有做電芯直接集成,,而是采用了模組集成的方式,。該方案在目前階段更容易實(shí)現(xiàn),此外能夠具備較好的維修性,。

  • 去掉電池包上蓋與整車集成:零跑的CTC集成方案是去掉電池包的上蓋,,但電池包其他部分、以及與整車的裝配,、固定是基本不變的,。該方案下整車的裝配線,工藝等不需要做大的調(diào)整,,可以繼續(xù)沿用,;但由于少了上蓋,整包的密封和對(duì)乘員艙的熱失控需要加強(qiáng),。

零跑的CTC方案:

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4)比亞迪:

  • 2021年9月8日,,比亞迪發(fā)布全新e平臺(tái)3.0。e3.0平臺(tái)全系標(biāo)配刀片電池,,通過(guò)電池車身一體化,、純電專屬傳力路徑強(qiáng)化電動(dòng)汽車的車身強(qiáng)度,讓燃油汽車結(jié)構(gòu)的上限成為電動(dòng)汽車的下限,。

  • 發(fā)布會(huì)上還公布了基于純電專屬e平臺(tái)3.0中型平臺(tái)打造的全新概念車ocean-X,,并宣布o(jì)cean-X上會(huì)采用電池車身一體化技術(shù)。

  • 海豹作為e3.0平臺(tái)將要推出的最重磅的車型之一,,預(yù)計(jì)也將搭載電池車身一體化技術(shù),。而根據(jù)新出行的報(bào)道,從目前 CTC 技術(shù)基礎(chǔ)來(lái)看,,采用 CTC 技術(shù)的車型相較于 CTP 技術(shù),,電池容量將比后者高出 5%-10% 的區(qū)間。

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5)大眾集團(tuán):

  • 2021年7月,,大眾集團(tuán)在Power Day上宣布將采用Cell2 toPack(CTP)以及Cell to Car(CTC)技術(shù),。

  • 在此前的大眾集團(tuán)高壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)人Dr. HolgerManz的報(bào)告《Future Trends on Battery Systems-ready for thenext Generation》中,介紹了大眾集團(tuán)降電池成本途徑主要在于標(biāo)準(zhǔn)化,、模塊化和簡(jiǎn)化,。目前大眾的MEB平臺(tái)化技術(shù),主要為標(biāo)準(zhǔn)模組技術(shù)(Cell-Module),,未來(lái)將在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用CTP以及CTC技術(shù),。

大眾集團(tuán)的CTC技術(shù)規(guī)劃:

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6)沃爾沃:

  • 2021年6月30日,沃爾沃汽車集團(tuán)發(fā)布Volvo CarsTech Moment,,在活動(dòng)上,,沃爾沃透露了諸多動(dòng)力電池技術(shù)方面的信息,,包括第二代PACK技術(shù)、下一代CTC方案以及自產(chǎn)電芯等,。

  • 在第三代電動(dòng)汽車產(chǎn)品方面,沃爾沃表示其第三代電池系統(tǒng)集成技術(shù)的電池組將成為汽車結(jié)構(gòu)不可或缺的一部分,,這意味著或?qū)⑹荂TC方案,,從而獲得更高的能量密度(1000 Wh/L)和更長(zhǎng)的續(xù)航(1000km)。

  • 該技術(shù)與特斯拉,、大眾,、寧德時(shí)代等企業(yè)的方案類似,路線都是進(jìn)一步減少模組層級(jí)不必要的結(jié)構(gòu),,將電芯和底盤集成一起,,再把電機(jī)、電控,、整車高壓如DC/DC,、OBC等通過(guò)創(chuàng)新的架構(gòu)集成在一起。

沃爾沃的電池技術(shù)路線規(guī)劃和電池集成方案示意:

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7)福特:

  • 福特在2019年的專利《Body-on-frameelectric vehicle with battery pack integral to frame》中,,即給出了一種把電池集成到車體底板的方案,。

  • 在福特的專利中,該方案在車身左右框架中設(shè)置多根橫梁,,由這些橫梁對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割,,在里面容納電池,分割出來(lái)的空間下面通過(guò)底板進(jìn)行支撐,。

福特將電池集成到車體底板的專利方案:

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8)寧德時(shí)代:

  • 寧德時(shí)代計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)集成化CTC,,2030年實(shí)現(xiàn)智能化CTC。

  • 根據(jù)寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群介紹,,寧德時(shí)代的集成化CTC技術(shù)不僅會(huì)重新布置電池,,還會(huì)納入包括電機(jī)、電控,、DC/DC,、OBC等動(dòng)力部件。

  • 寧德時(shí)代的CTC技術(shù),,將電芯與車身,、底盤、電驅(qū)動(dòng),、熱管理及各類高低壓控制模塊等集成一體,,使行駛里程突破1000公里;并通過(guò)智能化動(dòng)力域控制器優(yōu)化動(dòng)力分配和降低能耗,,百公里電耗降至12度以下,。

寧德時(shí)代系統(tǒng)集成技術(shù)規(guī)劃:

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9)LG:

  • LG同樣在2019年申請(qǐng)了相關(guān)的專利《Under Bodyfor Vehicle》,,將電池包的下箱體和車底盤進(jìn)行集成,但從專利上看該方案實(shí)際上還是將模組集成到底盤上,。

  • LG的該方案可以進(jìn)一步去掉冗余結(jié)構(gòu)件,,提高模組的空間利用率和系統(tǒng)比能,同時(shí)簡(jiǎn)化電池系統(tǒng)和整車的工藝,。該方案以框架的形式在底盤上構(gòu)建了用于安裝模組并提供防護(hù)的一個(gè)托盤,,模組安裝于下托盤縱橫梁形成的隔間內(nèi),通過(guò)螺栓與底盤固定起來(lái),??蚣艿那岸肆粲锌臻g,用于安裝BMS及高壓控制器件,,兩側(cè)及中間的通道用于高低壓走線,。

LG的電池包的下箱體和車底盤集成方案:

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10)悠跑科技:

  • 創(chuàng)業(yè)公司悠跑科技主打標(biāo)準(zhǔn)化的UP超級(jí)底盤,CTC電池系統(tǒng)是其UP超級(jí)底盤的重要組成部分,。

  • 悠跑科技UP超級(jí)底盤的CTC電池系統(tǒng)可以帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì):①電池艙有效容積增加10%,;②同等車長(zhǎng),續(xù)航提升10%,;③最高續(xù)航可達(dá)到1000km以上,;④可為客戶提供靈活的電池組合方案。

悠跑科技UP超級(jí)底盤采用的CTC電池系統(tǒng):

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