题主问:“纯电汽车电池技术的发展方向该走向何处?”我想先就这个问题先回答下。 x! u) G5 }( x8 m( _. \. M$ F
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电动汽车有三个重要的未来发展方向,见以下总结。这三项技术中,对续航里程提升有直接帮助的是CTC电池底盘一体化技术(后简称CTC)。题主看得很准,车身地板和电池包的关系是越来越亲密。3 u2 _3 i. ^* K M, n% `7 X
原因是车身地板是大平层,公摊小,塞入一米多长的电池包也不觉得难办。这意味着电池包的能做得平整,方便布置各个零件,而且它的容量上限也最高。 f1 K. ~/ ?5 u! U- W6 D2 d& N
CTC因为不要电池包壳体,直接把电池与车身地板融合。它就像左轮手枪,弹夹和枪体融合,空间利用率高,在小枪体上依然可以塞入5~7颗子弹,对“续航和空间利用率”提升有很大好处。: ^9 }1 v7 |) T; I+ c& G
零跑CTC电池底盘一体化技术亮点
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现在CTC竞赛已经到了白热化阶段,提出这种技术概念的车企有特斯拉、零跑汽车、比亚迪、沃尔沃等,供应商有宁德时代、LG、博世也+本特勒等。2 _! h7 i& E& n% Y
话题性最高的当属特斯拉,作为最早提出CTC概念的车企之一,它们的CTC方案结合一体式压铸后车体,可将为车辆降低10%车重,增加14%续航里程,减少370个零件,并大幅提升生产制造效率。这些优势对车企、对消费者都能带来直接好处。3 \3 Z2 s, q' R5 h
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这项技术有一个专业名词CTC电池底盘一体化技术。此图是特斯拉4680电池包结构拆解图。
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另一个很早提出此概念的是零跑汽车(2016年提出概念方案)。很有趣的是,智能手机电池也是从分离式转变成一体化,比如小米3、galaxy S6等一体化机型出来时就引起了很多讨论,后证明这个路线确实更优。据说朱江明朱总就是手机电池的变化中获得灵感。关于手机电池变成一体化的原因就不展开了,和汽车CTC有不少相似之处。2 j3 |6 v9 c3 [( b" D6 _9 S
面对竞争,值得肯定的是,零跑拿到了「全球首款量产CTC轿车(零跑C01)」的旗帜。有这个第一做背书,对他们后续的发展很有帮助。
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但要强调下,对于消费者来说,你能率先推出自然是好,可产品水准永远是第一位。4 H. G5 c3 \! @# C
零跑C01作为首款使用CTC技术的车型,它的水准如何呢?
' S- d' `# [" R6 h6 N我总结了大家关心的两点:$ D# ?' u q+ H5 `3 K$ L
(1)续航里程717km3 A6 B Y+ J5 @) m8 v
在电池空间利用率上,相比传统方案电池布置空间增加14.5%,助力提升10%续航。再综合AI BMS能耗经济性管理、保温层等技术,零跑C01续航里程被推到717km。 t5 Z: r+ P9 Q, N
现在国内600km+续航里程是一个很重要坎。下表是统计的近两年发布的重磅中大型轿车,达到这个水准,说明电动汽车的一次充电续航里程和一箱油能达到相当水平,完全可以破除里程焦虑。结合C01是一款有5050m长的中大型轿车,如此尺寸下,它的续航表现很出色。
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(2)座舱“得房率”高' q7 y" C- x& L
电动汽车因为地板布置电池包,地台较高,容易导致外部看车身很高大,但内部空间缩水。零跑C01的CTC取消了电池包箱体和上盖,没有电池包的概念,只是留有电池下托盘,所以车身垂直空间增加了10mm。因其采用了颜值高的溜背造型,从上表可以看出,它的车身高度处于均线水平,这10mm的内部空间提升把里子照顾到了。
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. `! h' L8 ?+ l! mCTC怎么解决电池安全问题?6 h, B2 L5 G! a
8 l2 Q2 d8 D' |' c纯电动汽车的电池包表现出两个明显趋势:
! T# m! b0 _, W7 z4 {1、被安装在车身地板上;2、体型很大。
; u; G" D- I/ g; R纯电动汽车电池包不仅比插电混动和弱混车型更大,本身也在内卷。举个例子,下图从左到右依次为雪佛兰第一代Volt(2010)、第二代Volt(2015)和Spark EV(2016)的电池包,体型就越来越大。1 }: k' J* h. R, N0 @; H" h; ^
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- \2 h2 }1 p! m6 L6 o然而传统车身地板是吸能主力,电池包放在地板上会不会被连累呢?而且更大的电池包管理起来也要花费更多心力,所以题主的担忧确有道理。
* S* @# B6 P! y8 A) O6 {- B7 v3 T但要纠正一个观点,相对而言,电池包放在地板上是最安全的,不然放在前后溃缩吸能区岂不更危险?所以现实原因摆在这里,体现车企技术实力的时候到了,盘它。; y1 e3 G/ q" Q' z( j1 H5 \
在预防碰撞安全上,正向开发的纯电平台表现会比油改电更好,这是因为它的白车身会根据电池包安全针对开发。# q( e+ B0 m: E0 n' k j* L
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/ }( i; O: m% N. c) H7 S比如门槛梁,它作为关键防撞结构,比燃油车要更加抗造。像ID.4 CROZZ的门槛梁,采用了高强度钢+内包铝型材组合。这个组合这就好比运动鞋,鞋底(高强度钢)坚硬抗造,缓震垫(铝型材)柔软缓震,充分保护双脚(电池)。
, L4 X6 V6 w6 f8 W# |4 C零跑C01是基于他们的C架构而来,这个架构的特点是高强度钢比例高(参见C11,高强度钢占比达到76.2%,热成型钢占比达到17.4%)。从结构设计看,它的门槛梁则是做得很粗壮,而且配合中空的设计结构,也实现了碰撞吸能的效果。
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/ |1 J0 E+ J$ s3 O! ^另外,我们知道换电模式要求结构耦合,也就是电池包要能方便与底盘进行拆卸安装,所以CTC还有一个结构连接更紧密的优势。因为CTC的电池包和车身地板融合为一体,可以提升车身的扭转刚度。像零跑C01车身扭转刚度提升了25%,对电池抗物理损伤、驾乘舒适性都有直接好处。) j( C# O" a) y, P2 j
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从此图还能看出,基于CTC双骨架环形梁式结构,包含电池托盘和车身在内,形成了多个环形结构,这对防撞和扭转刚度提升有直接帮助 v0 v, F |9 `7 l/ L/ S6 v
! `2 I$ c) E2 t' r% R: R2 Y. S另外,CTC因为能塞入更多电池,电池管理系统的工作量也就增加了。传统的BMS是“线性思维(基于阈值标定的故障识别)”,这对大容量电池的管理不利,而零跑首创了基于车端、云端的AI BMS大数据智能电池管理系统,配合CTC的硬件一起食用,能实现智慧能源管理,能更快、更准确地识别危险。6 H4 o7 b9 z8 t3 `) T; |
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另外,它还应用了云端智能管理系统,基于多重用户场景数据分析,实现多维应用优化。“云模式”的好处在于,它就像我们的微信讨论组,将数据上传云,大家能快速地分享、学习经验,碰撞出更好的灵感。
5 x# j$ W+ f- R$ h1 F9 S综合以上,传统模式和零跑的CTC+软硬件创新模式,给人的感觉就像学霸和学神,学霸经过刻苦训练,掌握了解题技巧,实力很强。但学神能考100分,是因为试卷满分只有100分。让这两人去做竞赛试卷,前者容易露怯。这是因为竞赛卷非常讲究应变能力,不是套公式就能解决,大电池管理就有做竞赛题的意思,零跑能精准抓到细微变化,高效地解决问题。5 ~; m8 t! ?0 V' z* _2 h
零跑CTC模式代表了主机厂主导开发的成功
, k) L2 W- p" m6 f8 T以往的电池包(VDA/MEB标准化模组时代)追求模块化,它和车型开发可以分离进行,从成本角度出发,逐渐形成了供应商掌握核心话语权的局面。但在CTC技术上,我认为需要转换过来,因为这最符合消费者利益。8 n9 }; Z& k* k7 B. h# U
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# E: y/ z$ A9 n. ?为什么这么说,首先它属于通用化技术,不会像换电一样由于换电标准不同、动力电池包尺寸不同等原因,导致不同车型之间无法共享换电设施。它的这种高适配性,说明其有很好的拓展能力,很方便主机厂的模块化平台模式。
) d2 @* c. n3 V( M( I g# S8 y, G另外,因为CTC技术要求电池和车身要高度配合,但白车身是由主机厂主抓,电池包技术,如果外包,沟通效果不一定好。; s S: e# b* i3 d, M0 t) g
举例来说,CTC技术有一个很关键的攻擂指标——密封问题。
S" w% \# i) Y2 t- F( { t% y! [电池系统因为需要防水,所以密封很是关键。
' F& C) s) i/ r- e ]8 d; KCTC的技术思路是,使用车身下地板作为上盖密封,但这会导致整个电池包也变成了不容易运输的部件,所以主机厂主导开发是最合适的。
/ f0 Z* s, w- g现在的国标要求动力电池包要达到IPX7防水等级,符合这项标准意味着,在规定的条件下浸在1m水中半小时,水也不会进入内部。
2 @( T3 A6 \* |1 S2 H# o. C据资料显示,零跑C01能做到IPX9等级,这个等级是防水中的最高等级,符合这项标准意味着,在高温/高压的喷淋状态下,也不会出现水进入的情况。
+ q i3 A B) {* D当然了,没有了这些供应商的强力支持,对主机厂的考验也很大,所以主机厂的技术基础和发展思路很重要。零跑汽车一直强调全域自研路线,在之前的C11上的“3合1”油冷电驱总成系统,再到C01这款车上的CTC、AI BMS等,坚持终有回报。
) n; T" Q$ |5 S y+ ?, Q" @总结
9 ^% Z, m8 Z4 B4 @/ ]" nCTC是下一个新能源技术风口。大家有注意到比亚迪刀片电池吧?它所代表的CTP技术(无模组电池),就是想要解决电芯组成模组这一步,直接由电芯组成电池包,从而提高“得房率”。CTC技术则更进一步,破除了传统电池包的结构概念。并且因为结构和车身深度融合,对整车的扭转刚度提升也有直接帮助。$ J4 p/ n: l4 E& C* l
除了这些技术亮点外,很有趣的是,早前舆论中,新势力和硬核技术不沾边,这几年局势真是被这些企业慢慢扭转过来了。现在传统车企和新势力都有在布局CTC技术,零跑汽车能率先实现量产,对国内的新势力企业是很大的激励。 |