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特斯拉打樣、比亞迪開張:“鯰魚”啟示錄之CTC電池方案-

3月22日,特斯拉柏林工廠將正式開工投產。作為特斯拉在歐洲的第壹座工廠,柏林工廠除了加快特斯拉在歐洲的訂單交付步伐,更重要地,馬斯克奉行的“第壹性原理”將再次在生產端得以實踐——前後壹體壓鑄式車身工藝、4680電池和CTC電池車身壹體化技術。

CTP的超級變化形態

所謂CTC,也即Cell to Chassis,字面可簡單理解為電芯直接安裝到底盤上。

“老式的手電筒,就是壹個金屬殼子,容納標準的電池。金屬殼子既是電池容納的殼體,也是電筒的本身結構,可以看作CTC結構。否則,就得做個電池盒,再塞到手電筒裏面(非CTC)。”某中國品牌新能源技術負責人接受牛車網采訪時如此類比道。

壹般而言,新能源 汽車 動力電池由小到大的組裝關系為:電芯-模組-整包電池(PACK),電芯串並聯為模組、模組串並聯為PACK,加上配電模塊、電池管理系統(BMS)等,從硬、軟件上構成壹個完整PACK。

CTC方案前,最前沿的量產方案為CTP(Cell tp Pack),無模組技術,比亞迪刀片電池即是CTP技術最廣為人知的應用。

CTP技術通過取消模組設計,直接將電芯集成為電池包,電池包又作為整車結構件的壹部分集成到車身地板上。

這種方式減少了模組本身的側板、端板(模組結構件)和原本用於分隔模組以及幫助模組連接的橫梁、縱梁(電池包裝配支撐結構)等材料,整個電池結構極大簡化,利用空間得到釋放,同等尺寸的電池包容量得以擴展、電池組質量得以減輕,由此帶來電池能量密度的提高和成本的降低。

根據比亞迪發布的數據,在體積壹定的情況下,刀片電池能量密度比傳統磷酸鐵鋰電池提升了50%,造價成本則下降了30%。

進壹步到CTC方案來看,原有電池系統的箱體與車身結構合並,車身地板作為電池上蓋,或者說電池包有獨立上蓋代替車身地板,集成程度前所未有地提高。

乘聯會秘書長崔東樹對牛車網指出:“CTC技術是壹個比較強的整合技術,這使電池能量密度能更有效地提升、車輛設計更加輕量化,對整車形成更加獨立個性化設計,對車企來說是比較好的壹個事情,也使車和電池設計能有更有效的匹配。”

天風證券觀點認為,CTC方案是未來電動 汽車 電池成組技術的重要發展方向。隨著電動 汽車 對於便捷性、輕量化的要求提升,CTC將逐漸成為技術研發和應用的重要方向。

根據某CTC集成底盤制造公司數據,其1.0產品已可實現車身減重15%,同時成本降低20%。

特斯拉打樣,比亞迪開張

縱觀國內外所有潛在玩家,目前最接近量產的依舊是“先驅者”特斯拉。

去年在柏林工廠舉辦的Giga Fest活動中,特斯拉展示了4680 Structural Battery(CTC)方案——4680電池包取消了模組設計,電芯密集排布在車輛底盤中,電池“上蓋”肩負密封電池與車身地板兩項功能,座椅則可直接裝在電池包上。

采用CTC方案之後,電池包作為結構件的剛性、熱失控管理等都有更高的要求。

從特斯拉去年6月份公開的壹份關於動力電池專利《INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM(專利號為US 2021/0159567 A1)》可知,它的解決方案是在電芯之間和電芯上下填充樹脂材料,增強結構支撐的同時起到熱保護的作用;而在熱失控管理方面,則是在電池包壹側配備8個泄壓閥,以便發生熱失控時打開,降低電池起火風險。

此外,電芯之間改為Busbar 連接;蛇形管布置與車橋方向平行,通過減少蛇形管長度而減少流阻,增加冷卻均勻性等,也都展現出特斯拉對量產CTC技術的準備。

去年Q2馬斯克宣布不再出席後續財報會議。僅缺席了壹個季度,老馬又在2021Q4財報會議中現身,原因是他要對產品路線圖做壹次更新。沒有新車發布的情況下,能讓馬斯克親自出山的就只有第壹批搭載4680 Structural Battery(CTC)方案的Model Y了。

在壹條快要被淹沒的推文回復中,馬斯克提到,“新Model Y的結構電池將是另壹級別的產品。”

而在特斯拉CTC技術量產後最可能攪動的中國熱土上——

寧德時代,當仁不讓的世界動力電池巨頭,2025年才拿出成熟產品。

去年底,曾毓群透露寧德時代的CTP技術目前已升級叠代至第三代,並且2025年前後,寧德時代將推出第四代高度集成的CTC電池系統。到2028年,則計劃升級到第五代智能化CTC電動底盤系統。

比亞迪,電池技術發家、全產業鏈布局完善、初代目中國新能源 汽車 壹哥,只是在非官方口徑中不經意透露海豹將搭載這項最新技術。哪怕在此前e平臺3.0發布的重要時刻,也僅僅是將這壹點用“電池車身壹體化”壹筆帶過。

於是乎,從官方口徑來看,國內廠商中最先吃到螃蟹的將會是是零跑C01。C01將在北京車展前夕發布,當前的宣傳前綴正是“首款采用CTC方案的量產車型”。

其他國際車企來看,大眾和沃爾沃也已開始有所布局——大眾在去年的Power Day上宣布將在2023年量產標準電芯,同時以CTP和CTC的方式對電池系統結構進行優化;而沃爾沃則是確認在與Northvolt合作建造的全新電池工廠中導入方殼CTC工藝。

敢問路在何方?

如此未來感的技術當前真正落地在望的事實上也只有特斯拉壹家。

業內人士對牛車網表示,CTC方案作為技術體系中的總體方案,方向上是對的,但當前做起來有三大難點:壹是標準需要突破,否則電池系統認證沒法做;二是整車需要改變設計;三是整車生產工藝需要增加電池安裝、檢測,這在之前是沒有的。

當前國內主機廠其實也是沿著這三大難點在做循序漸進的嘗試。

某國內主機廠CTC方案的研發人員對牛車網表示,現在特斯拉已經落地了,(他們自己的CTC方案)樣品雖然已經發出去了,但距離真正的CTC依然還有差距——“雖然說起來是CTC,實際上還是有點CTP的影子,P到C的部分工作是主機廠完成的而已。”

所謂“有點CTP的影子”,大致可理解為當前並不能“壹步到位”做到電芯到底盤的集成程度,但模組到底盤大致是可以實現的。

同時,“樣品已送出去了”,意味著主機廠並不壹味地等待檢測標準的出爐,創新必然是產品先行與標準的。

此外,前述業內人士也向牛車網提出了另壹層面的問題,即主機廠與電池廠之間綁定與被綁定的關系。

他認為從標準化和容量最大化兩個方向會催生出標準化的電芯、模組(有利於標準化)和定制化的電芯設計(有利於容量最大化)。

站在主機廠角度,標準化的電芯或模組有利於行業規格統壹,整個供應鏈安全也更有保障;而站在大電池廠的角度,做定制化電芯更能綁定主機廠,話語權也會更高。

由此也就不難理解為何特斯拉、比亞迪等新能源 汽車 頭部與寧德時代、LG化學等動力電池頭部都在搶奪這壹賽道了。

最後,行業觀點指出,CTC技術都是壹樣的,差異的在於電池資源。如果電池不標準化,總會有綁定與被綁定的困境。未來整車CTC化倒是有可能促進電池的標準化,因為在設計過程中,主機廠就會自覺地將底盤尺寸往標準化上靠。

總結:

總的來說,CTC確實是未來電池技術方案發展的重要方向,但目前真正能實現量產的只有西邊老馬壹家,別無分號。同時,新方案帶來的產業上下遊重構,主機廠、電池廠角力,針對性檢測標準出爐等,都是未來大規模落地,實現動力電池平價化、車身輕量化的新問題。

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