CTP、CTB和CTC电池技术对比!

 

这几年,电池结构演进成为电池企业技术发展的主流方向。以宁德时代、比亚迪和特斯拉为代表的企业,都在不断改进电芯形状和电池结构。

目前来看主要分为三代产品,CTP(Cell to Pack)、CTB(Cell to Body)和CTC(Cell to Chassis或Cell to Car),逐级发展集成度越来越高。

▎CTP技术 宁德时代 & 比亚迪

CTP技术全称为Cell To Pack,通过取消模组设计,直接将电芯集成为电池包,电池包又作为整车结构件的一部分集成到车身地板上。
这种方式减少了模组本身的侧板、端板(模组结构件)和原本用于分隔模组以及帮助模组连接的横梁、纵梁(电池包装配支撑结构)等材料,整个电池结构极大简化,利用空间得到释放,同等尺寸的电池包容量得以扩展、电池组质量得以减轻,由此带来电池能量密度的提高和成本的降低。
CTP技术现有两种不同的路线。一是彻底取消模组的方案,以比亚迪刀片电池为代表;二是小模组整合为大模组的方案,以宁德时代CTP技术为代表。

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

 

比亚迪刀片电池 vs 宁德时代CTP(图片来源:企业专利)
2019年9月,宁德时代全球首款CTP电池包量产下线,搭载于北汽EU5车型。较传统电池包,其CTP电池包体积利用率提高了15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,能量密度可达到200Wh/kg以上。 
比亚迪紧随其后,于2020年3月发布其创新技术刀片电池。简单而言,将电芯宽度无限拉长,厚度做薄,实现900mm甚至快1m的超长电芯,与传统方形电池相比,呈现“扁平”和“长条”形状。 
两大头部动力电池大力推动下,CTP技术经过2020年的小规模试水,到2021年,已在多款爆款新能源乘用车上成熟应用,实现规模生产。在此背景下,2022年,将开启CTP电池规模应用元年。 
一方面,2021年以来,宁德时代CTP电池包相继在特斯拉Model 3、Model Y、小鹏P7、蔚来ES6等高性价比爆款车型规模导入。此前公开宣布搭载CTP电池的蔚来ET7也将于本月底开启交付。 
另一方面,比亚迪亦明确宣布旗下全系车型搭载刀片电池。2021年比亚迪乘用车销售近60万辆,2022年计划推出不少于20款新车,包括汉DM-i、秦Plus DM-i、宋MAX DM-i等爆款车型的DMi版本。 
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特斯拉 CTC方案和一体化压铸技术

 

特斯拉在2020年电池日讲到,CTC 技术灵感来自航空航天领域,即将燃料箱融于机翼,而不是在机翼内还有一个燃料箱用于容纳燃料。新设计能有效减少零部件的数量和电池组的总质量,通过提高制造效率并降低成本最终实现电动车的续航里程的增加。据悉,特斯拉最新的第三代圆柱电池4680电芯和上一代电芯都可以使用CTC技术。
 

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

2021年6月,特斯拉公开了一份名为INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM的电池系统专利,专利号为 US 2021/0159567 A1,详细描述了4680 Structural Battery(CTC)电池系统集成技术。
2021年10月,特斯拉在柏林工厂举办参观活动时,首次对外展示了 4680 Structure Battery,整体设计思路方案与专利披露信息基本一致。

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

根据专利和公开展示的信息,特斯拉CTC有下面的几个特点:
 
①电池包上盖与电芯粘接在一起,与座椅等车辆结构件直接连接在一起;
②电芯之间填充树脂材料,起到热保护和结构性支撑的作用;
③把以前的铝丝连接改为 Busbar 连接,利用母排引脚将电连接和电池管理系统的采集板直接连接在一起;
④电池包一侧配置了8个泄压阀,加强了热失控管理;
⑤电芯间的蛇形管布置与车桥方向平行,通过减少蛇形管长度而减少流阻,增加冷却均匀性。
特斯拉CTC方案具有减少支撑件、减轻整车质量、提升整体电池容量等优势,该应用将为车辆降低10%车重,增加14%续航里程,减少370个零件,单位成本下降7%,单位投资下降8%,大幅提升汽车生产制造的效率。
此外,提到特斯的CTC解决方案,就不得不提一体化压铸技术。
 

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

2020年特斯拉电池日上,特斯拉首次在Model Y后车身结构件采用一体压铸工艺,前车身+后车身+底盘电池包组合成车身。相比传统冲压焊接工艺,特斯拉的一体压铸技术将大量减少车身零部件、降低车身复杂度并实现减重,与此同时车身焊接线及对应的工业机器人及工人将由一台压铸机替代,压铸成型后的一体式车身无需再进行二次热处理,大幅提高制造效率(柏林工厂可实现45秒生产一个车身)。另,一体压铸工艺的生产设备的占地面积更小,相比于传统冲压焊接工艺的生产设备能够节省35%的占地面积,生产流程也得到简化。
 

零跑汽车“CTC电池底盘一体化”技术

 

零跑汽车的自研化成果,利用车身设计实现电池密封,CTC技术借用底盘基本结构,利用车身纵梁、横梁形成完整的密封结构,解决气密难题,相对于传统汽车这是一大创新。

 

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

CTC技术为电池布置空间增加14.5%,车身垂直空间增加10mm,更高的电池空间利用率,以及冬季保温性能更加,车辆综合续航增加10%。

 

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

而车身轻量化系数相比传统方案提升20%,车身扭转刚度提升25%;车端BMS实时在线检测,云端电池大数据管理并通过AI深度学习,实现车端云端全时主动守护。

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

此外,零盘的CTC技术还有高适、强扩展特性,与整车匹配度高,可快速柔性化量产,未来能够适配各级别车型;同时,智能化、集成化热管理系统,未来能够兼容800V高压平台,提升充电体验。

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▎比亚迪CTB电池车身一体化技术

5月20日,比亚迪发布了CTB电池车身一体化技术,同时宣布首款搭载了CTB技术的e平台3.0车型——海豹开启预售,预售价格为21.28-28.98万元。

比亚迪CTB电池车身一体化技术简化了车身结构和生产工艺。得益于CTB技术的优势,海豹在安全、操控、高效和美学方面都实现了新的突破,性能表现更优。

CTB电池车身一体化技术,将电池上盖与车身地板进一步合二为一,从原来电池包“三明治”结构,进化成整车的“三明治”结构。动力电池系统既是能量体,也是结构件。这种融合简化了车身结构和生产工艺,是对传统车身设计的一次颠覆性变革。

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

CTB刀片电池包的结构灵感,来源于蜂窝铝结构。刀片电池本身非常安全,相邻电芯可以紧密排列在一起。一排排的刀片电芯组成的结构就如蜂窝芯,通过上盖板和底板组成类蜂窝结构。这让CTB刀片电池包的结构强度得到突破,能够顺利通过50吨重卡碾压的极端测试。

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

同时,CTB技术实现了车身与电池系统的高度融合,整车扭转刚度提升一倍。搭载CTB技术的纯电动车型,车身扭转刚度可以轻松超过40000N·m/°,媲美百万级的豪华车,让燃油车的上限成为了电动车的下限。

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

CTB技术实现了整车强度和刚度的提升,进而实现了安全性能的提升,可以满足“超五星”的安全标准。搭载CTB技术的e平台3.0车型,正碰结构安全提升50%,侧碰结构安全提升45%。CTB技术能够打造“撞不断的电动汽车”。

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

 

▎CTP、CTB和CTC技术对比

 

CTP只是电池包内部的整合,取消模组或者变成更大模组的概念,简化结构件,电池的体积能量密度和生产销量得到明显提升,生产成本有所下降。

 

零跑汽车CTC相对比亚迪的CTB要简单一些,前者只是直接取消了电池包的上盖与整车集成,车身和地板不变。零跑的方案并没有做电芯直接集成,而是采用了模组集成的方式,集成度也不如比亚迪的CTB。

 

特斯拉是电池和车身的完全一体化:车身变动最大,取消原有座舱底板,取代以电池上盖,座椅直接安装在电池上盖上。

 

 

CTP、CTB和CTC电池技术对比!

 

技术名称 特点 整合方式 优点 缺点
CTP 电芯-电池包 大模组或无模组,电池包结构内部简化。 电池组体积利用率提升15%-20%,  零件数量减了40%,简化模组工艺,让生产效率提升50% 电芯更换难度较高,电池和车身没有一体化,集成度仍有提升空间。
比亚迪CTB 电芯-车身 电池上盖一部分是座舱底板,还有部分电池包结构。 电池车身一体化,  整车扭转刚度提升 一倍,突破40000N·m/°。搭载CTB技术的e平台3.0车型,正碰车内结构安全提升 50%,侧碰车内结 构安全提升45%。 较CTP方案,CTB使 振动速率和振幅降 低90%,路噪降低 1.5dB。 仍然保留电池包结构,集成度仍有提升空。
零跑CTC 电芯-模组-底盘 零跑是将电池包的上盖板去  掉,保留模组 结构。 垂直空间增加  10mm,比传统方案 电池布置(电池包 方案)空间增加 14.5%;续航提升 10%。让零部件数 量减少20%,结构 件成本减低15%, 整车刚度提高  25%,简化了总装 工艺,高度集成化 和模块化。 保留模组,没做到最大程度上的整合。
特斯拉 CTC 电芯或模组-底盘 前车身+底盘电池包+后车身组合成车身。取消原有座舱底板,取代以电池上盖,座椅直接安装在电池上盖上。 结合一体化压铸,  为车辆降低10%重 量,增加14%续航 里程,减少370个 零件,单位成本下 降7%,单位投资下 降8% 电池不能更换,维修成本高。

数据来源:《电动汽车观察家》整理

 

当然,缺点也很明显,随着集成度越来越高,电池的维修难度越来越大,到了CTC阶段,电池是不能更换的。这对电芯的一致性、可靠性提出了非常高的要求。

 

来源:

比亚迪CTB技术全球首发,首搭车型海豹;华声在线,艳红,2022年5月,

比亚迪CTB技术,电池结构化天花板;新能源车咨询,网易,2022年5月,

比亚迪车身电池一体化一小步,车辆性能一大步;第一电动,电动汽车,

国海证券:特斯拉生产制造革命:4680 CTC,

比亚迪,零跑科技,粉体网等

 

原文始发于微信公众号(锂电产业通):CTP、CTB和CTC电池技术对比!


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作者 lv, mengdie