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车企、电池厂商加码CTC技术:千亿市场背后话语权之争再现
发布日期:2022-11-23 09:31    点击次数:150

车企、电池厂商加码CTC技术:千亿市场背后话语权之争再现

21世纪经济报道记者 宋豆豆 报道

从提高续航里程到追求减重降本,依靠结构性创新,动力电池技术不断进行着革新,目前CTC动力电池技术(cell-to-chassis)正处于从概念到量产的阶段,国内外众多车企、电池厂商将目标锁定这一技术,特斯拉、大众、沃尔沃、比亚迪、零跑、宁德时代等均已加速跟进相关布局。

国海证券表示,在特斯拉的技术带动下,预计CTC技术将在2023年开始逐步实现应用,到2030年在电动汽车新增市场中达到60%渗透率,包括电池的CTC系统的市场规模将达8500亿元,不包括电池的CTC系统的市场规模将达到3900亿元左右。

从CTM到CTP再到CTC/CTB

事实上,电池系统集成化是新能源汽车生产制造革命的重要环节。

传统的集成方式是 CTM(Cell to Module),由电芯(Cell)组装成为模组(Module),再将模组安装到电池包(Pack)里,形成“电芯—模组—电池包”的三级装配模式。过去几年,电池系统集成化的重点在于提升标准化电池模组尺寸,比如推出355、390、590模组。但模组电池包的零件数量多达近600个,导致空间利用率较低。

随后CTP(Cell To Pack)成为主流,即跳过标准化模组环节,将电芯直接集成至电池包,空间利用率和能量密度得以提升。如宁德时代、比亚迪、蜂巢能源等发布CTP方案,市面上已有部分车型如特斯拉Model 3、小鹏P7等应用了CTP无模组技术。

比亚迪于2020年3月发布的刀片电池便是将单个电芯排布在一起形成阵列,像“刀片”一样插入到电池包里。相比于传统电池包,刀片电池的体积利用率提高至50%以上。

宁德时代近日表示,计划于今年二季度发布第三代基于CTP技术的麒麟电池,电池包体积利用率将从55%提升到67%。

随着电动汽车对于便捷性、轻量化的要求提升,未来电池系统集成化演进方向将是电芯直接集成至汽车底盘(CTC,Cell to Chassis)。和CTP(Cell to Pack)相比,CTC能够进一步减少零件数量,简化生产步骤,在降低成本的同时提升电池容量和续航里程。

不过,如何保证电池本身的密封性能和安全性,以及如何保证电池与车身集成后乘员舱的密封性能,成为CTC技术的难点。

现阶段的解决方案主要有两种:一种是将电池包整体吊装进入底盘,用电池包上壳体代替一部分车身下地板的结构,优先满足电池的密封要求,目前特斯拉和比亚迪均采用这种方案;另一种是将电池单体直接在底盘上集成,用车身下地板来代替原有的电池包上壳体,用车身下地板密封电池包。

由于不同企业的技术能力、量产可能性等不同,CTC的实际落地方案各有差别。天风证券指出,目前处于量产/准量产阶段的特斯拉、美国电动汽车初创公司Canoo和零跑技术方案不同:特斯拉取消模组设计,直接使用电芯进行集成;Canoo将模组布置在底盘中间由纵横梁构建的隔间内,通过支架的上盖和底板对模组进行密封;零跑则采用模组集成的方式,去掉电池包的上盖,将电池包的其他部分与整车底盘集成。

事实上,业内首先提出CTC概念的是特斯拉。2020年特斯拉电池日上,特斯拉CEO马斯克用机翼形象解释了CTC技术:“原本飞机会把燃料箱放置在机翼之中,但为了更大程度利用空间,便拿掉燃料箱,直接用机翼储存燃料,能容纳的燃料便更多了。”

根据特斯拉展示的CTC技术方案,电池包上盖与电芯粘接在一起,与座椅等车辆结构件集成,成为乘员舱地板的结构;此外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。据悉特斯拉CTC方案的应用将为车辆降低10%车重,增加14%续航里程,减少370个零件,单位成本下降7%。

尽管特斯拉最早提出,但国内首款可量产CTC的名号花落零跑汽车。今年4月,零跑汽车发布了CTC电池底盘一体化技术,并在零跑C平台电动中大型轿车零跑C01上率先量产应用。零跑官方资料显示, demo零跑CTC方案取消了电池包箱体和上盖,留下经过整合的电芯模组和电池下托盘。

“零跑CTC技术将电池、底盘和下车身进行集成设计,整车垂直空间增加10mm,电池布置空间增加14.5%,零部件数量减少20%。”5月28日,零跑科技副总裁曹力在接受21世纪经济报道记者采访时表示,CTC技术的难度并不在于材料或者是工艺,而在于正向的联合开发的配合上,需要车身、底盘、电池的团队一起正向开发。

继零跑CTC技术发布之后,比亚迪发布CTB(Cell to Body)电池车身一体化技术,首款搭载CTB技术的量产车型海豹同步开启预售。

“CTB技术将电池上盖与车身地板进一步合二为一,从原来的‘电池上盖-电芯-托盘’的电池包三明治结构转向了‘车身踏板集成电池上盖-电芯-托盘’的整车三明治结构。”比亚迪汽车工程研究院院长廉玉波表示,CTB技术实现了车身与电池系统的融合,电池系统体积利用率提升60%,车身扭转刚度突破4万牛米/度。

值得一提的是,零跑科技战略与产品规划部总经理江涛也并未讳言零跑CTC和友商技术的区别。

“特斯拉直接把座椅安装的横梁一起切掉装到电池包上盖;国内的友商横梁仍在车身上,只不过把地板掏掉了,用电池包的上盖当做地板,脚踩在电池包盖上;零跑没有完整的电池包概念,直接把车身结构或者是底盘的结构变成电池包的结构,这是我们跟友商最大的区别。”

江涛还表示,零跑CTC技术提升了制造难度,以及研发成本和生产线改造成本,但长期来看成本会比之前更低,此外车身的扭转刚度和弯曲刚度都有所提升。

除了特斯拉、比亚迪、零跑汽车之外,国内外主机厂和供应链核心企业加速跟进CTC技术的布局。

2021年3月,大众集团表示,将在下一代电池集成技术中考虑CTP和CTC两个方向;同年沃尔沃透露公司第三代电池系统集成技术的电池组将采用CTC方案和方形电芯;Canoo已成功推出可量产一体化的电底盘车型;Rivian则凭借滑板式底盘实现逆袭。

近日哪吒汽车对外公布了其在电池方面的最新产品天工电池。据了解,目前天工电池进入了第二阶段,采用了CTP技术,成组效率达到73-76%,新闻资讯系统能量密度也提升至185Wh/kg,率先搭载在哪吒S上。哪吒汽车方面表示,目前已进行了CTC技术的预研,和合作伙伴就这一技术进行了合作,原型车已经敲定,明年年底将会正式发布CTC技术。

动力电池企业中,LG曾对外公开过CTC的技术方案;宁德时代计划在2025年实现集成化CTC,2030年实现智能化CTC。

宁德时代董事长曾毓群介绍,宁德时代的集成化CTC技术不仅会重新布置电池,还会纳入包括电机、电控、DC/DC、OBC等动力部件,智能化CTC技术将进一步通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。今年4月,有消息称,华为智能汽车解决方案BU智能车控领域总经理蔡建永已离职,加入宁德时代,负责CTC电池底盘一体化业务。

CTC与换电孰优孰劣?

随着车身设计、智能座舱、辅助驾驶等技术逐步成熟,电动底盘技术竞争日益激烈,电池系统与驱动系统集成化、底盘系统滑板化成为电动乘用车新的竞争热点。

中金公司在研报中表示,CTC技术取消了模组、电池包,将电芯直接集成至底盘,在减重、优化车身布置方面具备较强优势,CTC技术或成为未来纯电车身及底盘架构发展的重要方向。

CTC可以提高空间利用率以及底盘的通过性,提高驾乘体验,将车辆的结构平台进一步单元化,从而进一步降低制造成本。零跑汽车CEO朱江明表示,零跑CTC技术的灵感源自手机电池结构从分离式变成机身一体化,更加轻薄的结构设计能够为整车成本、续航里程、座舱空间带来相应的优化。

但CTC技术也面临故障维修成本高、电池回收难等缺点,同时高集成度带来的安全、散热等问题也提出考验,CTC方案中没有模组和PACK结构的保护,单个电芯的热失控很容易导致整个系统热失控。特斯拉专利显示,采用CTC方案之后,电池包作为结构件的刚性、热失控管理等都有更高的要求。

清华大学车辆与运载学院教授、汽车安全与节能国家重点实验室副主任宋健在接受媒体采访时表示,CTC电池底盘一体化技术未来会成为行业主流,但车辆采用电池底盘一体化设计,也意味着车身结构更加复杂,电池拆卸更加困难,在换电时就很难操作。所以车企在进行CTC电池底盘一体化技术开发时,也需要考虑后续如何适配换电方案的问题。

事实上,对整车企业而言,高度集成的CTC技术未必是唯一选择,车电分离同样能够给用户带来良好的使用体验,这也将CTC与换电模式孰优孰劣的争议摆在台前。换言之,面对电池从可拆卸到电池车身一体化的迭代,车企需要在可以实现电动底盘一体化的CTC技术和车电分离之间做出选择。

新能源车发展至今,续航、补能一直是困扰电动车用户的难题。在政策和市场的推动下,换电成为补能系统中的重要一环,比如蔚来逐步建立起可充可换可升级的能源体系。

过去一年中,换电站得到了快速发展。根据中国充电联盟数据,截至2022年4月,换电站保有量1,480座,其中蔚来建设938座,奥动建设434座,杭州伯坦建设108座。

不过由于市场上的换电解决方案基本上以整体或单一电池系统式换电为主,无法做到电池模块分离,换电面临着换电电池系统不易标准化、无法满足跨车系车型共享、安全、盈利以及商业化等难题。

朱江明认为,对于换电模式,如果国家始终无法出台统一的标准,没有标准化的电池包和通用化的换电技术,仅仅依靠各家车企去推动,很难形成规模效应,换电标准不同导致各个OEM工厂无法共享换电站,既浪费了资源,又降低了效率。

在曹力看来,除了产品使用场景之外,成本和企业投入也是换电模式规模化的掣肘。“一台换电车型结构上的硬件成本要远远高于目前的CTC或是固定电池包的模式,因为它包含了大量可拆卸的结构,会增加几千块的成本。”

此外,曹力表示,换电站投入的成本非常大,尽管目前使用场景有相当一部分的便利性,很多用户也接受换电模式。但从长远来看,随着基础充电设施的普及,以及大部分厂商布局或开始量产高压快充技术,未来快速充电时间基本上和换电速度差不多。

全国乘联会秘书长崔东树认为,换电模式的发展主要受两方面影响,一是国家政策,二是电池技术的提升。“由于国内电池技术提升缓慢,换电模式在未来一两年里存在一定发展空间。但之后如何,要看技术博弈的结果,考察换电模式和新电池能否做有效竞争。”

此外值得注意的是,随着电池系统集成化以及底盘系统滑板化的发展,主机厂和电池企业的话语权争夺或将更加激烈。

业内有观点认为,CTC更多涉及底盘硬件的结构技术,底盘是汽车最核心的硬件组成,整车厂商在开发经验和技术上更具技术优势。

“未来在CTC路线上,开发主导权存在多种可能性:一种是具备技术研发优势的整车企业将掌控更多主导权;另一种是百度、小米、苹果等进入整车制造领域的科技企业,主打自动驾驶和科技出行服务,以轻资产运营的整车厂商,将交由第三方主导CTC开发;在第三方主导CTC开发场景下,底盘厂商将与电池厂商展开竞争合作,后者将迎来历史级产业机遇。”国海证券指出。



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