2.0時代:取消了中間的模組設計,直接將電芯整合進電池包(Cell to Pack,即CTP),這也是目前最主流的電池集成方案。相比1.0時代,取消模組提升了空間利用率(比亞迪刀片電池包的空間利用率可以達到60%),同時零部件減少也降低了成本。
3.0時代:就來到了電池車身一體化。電芯和車身進一步整合,取消了電池包,直接把電芯安置在底盤上進行封裝(Cell to Body或Cell to Chasis,即CTB或CTC)。相比2.0時代,這種方案更為集成化。取消電池包,進一步拓展空間來放置電芯來提供能量密度,乘坐空間和成本也得到進一步優化。但這類技術的難點就在于,取消電池包設計后,如何保障電池安全穩定性。我會在后文解釋比亞迪解決這個難題的方案。
比亞迪CTB讓馬斯克再也笑不出來
易車原創 一段特斯拉CEO馬斯克嘲笑比亞迪的采訪,在這些年不只一次的出現在我的社交媒體中。馬斯克直白的論點,表達了自己對于彼時比亞迪的看法:“一家沒有技術,且車價對于產品而言太高的公司”。鏡頭前的三次忍俊不禁,更是對比亞迪完成了最后的暴擊。而這段視頻之所以不只一次的出現,就是因為比亞迪這些年的爭氣。5月20日隨著比亞迪海豹的推出,背后搭載的CTB電池車身一體化技術,更像是為特斯拉和馬斯克準備10年的回擊。
什么是電池車身一體化?
動力電池的發展就是增加能量密度、降低成本的過程。其中分成了化學材料和工程物理兩條路徑,在目前,通過化學材料提升能量密度、充電時間和電池壽命的革命性進步和最終量產還為時尚早。所以,依靠工程物理手段來提升電池能量密度、降低成本就成了最實際的方式,而電池車身一體化就屬于這種方式。
工程物理路徑的電池方案可以大致分為三個階段:
1.0時代:工程師將電芯整合進模組,模組再整合進電池包進行封裝。這個方式最大的好處就是模組可以獨立管理電芯安全,防止熱失控。并且廠商可以通過車型架構的不同靈活布置電池布局。這個時代之下,也是所謂“油改電”車型最盛行的時代。但缺點就是笨重,模組占據了過多的底盤空間,擠占乘客空間并且電池密度低下。
2.0時代:取消了中間的模組設計,直接將電芯整合進電池包(Cell to Pack,即CTP),這也是目前最主流的電池集成方案。相比1.0時代,取消模組提升了空間利用率(比亞迪刀片電池包的空間利用率可以達到60%),同時零部件減少也降低了成本。
3.0時代:就來到了電池車身一體化。電芯和車身進一步整合,取消了電池包,直接把電芯安置在底盤上進行封裝(Cell to Body或Cell to Chasis,即CTB或CTC)。相比2.0時代,這種方案更為集成化。取消電池包,進一步拓展空間來放置電芯來提供能量密度,乘坐空間和成本也得到進一步優化。但這類技術的難點就在于,取消電池包設計后,如何保障電池安全穩定性。我會在后文解釋比亞迪解決這個難題的方案。
所以電池車身一體化的重點就在:取消模組和電池包。這也是我認為零跑早前發布的CTC方案,不能被認定為真正意義上的電池車身一體化的原因,因為零跑的方案相比較CTP,雖然取消了電池上蓋從而優化空間,但仍就保留了電池模組的設計。趕在比亞迪之前提前公布其方案,或許更大的意義還是在于:搶下“全球首款搭載CTC技術的量產轎車“名號的C01,為之后的港交所上市做好造勢。
比亞迪CTB的特點
那么比亞迪CTB方案可以實現真正意義上的電池車身一體化,靠的就是刀片電池自身強大的穩定性。不用電池包的保護,細長的刀片電池通過排列組合進一步增加強度,充當底盤結構件。并且,比亞迪在車架加裝了一根橫梁來增強橫向強度。
縱向結構上,比亞迪從蜂巢結構吸取靈感,通過在電芯上下各加一塊高強度蜂窩鋁板,組成類蜂窩鋁的穩定結構。比亞迪通過一輛50噸重的卡車碾壓刀片電池的實驗,展現了CTB刀片電池的抗壓性。從畫面中看出,電池整體沒有發生形變,并且還能立即裝車使用。在考慮集成化設計和電池安全的同時,也兼顧了一定后期維修的便利性。
相比較零跑CTC方案,刀片電池的穩定性優勢讓比亞迪可以放心的讓電池更大程度充當結構件進行受力。比亞迪海豹相比零跑C01更高的車身扭轉剛度(比亞迪海豹:40500N·m/deg,零跑C01:33897N·m/deg),也從側面驗證了這一點。
CTB帶給比亞迪海豹的好處
首當其沖的好處就是空間優化,海豹是比亞迪首款使用前雙叉臂后五連桿懸架的車型。并且CTB還讓海豹的車身高度整體下降了10mm,幫助海豹獲得了0.219Cd的風阻系數。而省去了電池包的設計,也讓底盤空間利用率從60%提升至66%,能量密度和續航里程也會隨之進一步提升,海豹長續航版CLTC標準下可以達到700km。
其次就是車身安全性的提升,CTB的使用讓整車扭轉剛度提升70%。40500N·m/deg的扭轉剛度數據如今在一輛21.28-28.98萬元的B級轎車上就能實現。可以想象,海豹在激烈駕駛時的操控性提升也將十分明顯。
特斯拉的反擊?
追根溯源,電池車身一體化技術是馬斯克在2020年特斯拉電池日上提出的,特斯拉稱之為Structural Battery(結構電池)。并且,零跑C01或是比亞迪海豹都不是全球首款量產這個技術的車型。因為這個標簽已經被特斯拉德州Gigafactory生產的Model Y搶去。除此之外,這些Model Y還用上了4680電池。所以,4680電池+電池車身一體化就是特斯拉的反擊。并且寧德時代今年2月份,已經在特斯拉上海工廠附近開工建設新工廠。目的就是要在今年量產特斯拉的電池車身一體化和4680電池方案。
更加極致的方案
就如同特斯拉一貫的風格,它的電池車身一體化方案相比較比亞迪更加極致。甚至取消了底盤橫梁,座椅通過一個底座直接安裝在電芯上。你一定會擔心不安分的三元鋰電池在這樣的設計下,還能保證安全嗎?
通過對比特斯拉柏林工廠和德州工廠展示的底盤來看。特斯拉的方案進行了迭代,柏林工廠橫向的電池布局來到德州工廠時變成了縱向布局。這樣的好處在于,車身兩側多出了25cm的空間放置泡沫進行保護。并且中間電芯組之間也有間隙區隔。縱向排列也有利于溫控管更好的對每個單體電芯進行管理。
而特斯拉保護電芯安全的另一大屏障就是一體化鑄造車體。目前特斯拉的下車體分為前、后兩部分(最終將迭代成完整的一部分),由世界上最大的壓鑄機Gigapress制造,擁有比傳統車身更高的車身強度來保護電芯安全。當然,發生事故之后彎曲變形的車體,也將會帶來更高的維修成本。這也是特斯拉一體化鑄造車體飽受爭議的所在。
單從電池車身一體化技術的運用上,特斯拉的方案減少了370個零部件,讓成本下降7%。更好的利用底盤空間放置更多的電池,又讓車型續航提升14%。而更大的4680電池,從電池結構上也進一步提升空間利用率。電池成本下降14%的同時,續航又提升了16%。雖然特斯拉的方案更為極致,能量密度上限更高,并且也考慮了電芯安全性問題。但三元鋰電池穩定性較差的因素,依然讓特斯拉的方案在安全性上更讓人擔憂。這也有待更多的實驗進行驗證。
未來的競爭
那場2011年進行的采訪,馬斯克嘲笑的是剛剛發布旗下首款電動車的比亞迪。那款叫e6的電動車,NEDC300km卻標著36.98萬元價格。雖然我覺得馬斯克的嘲笑顯得有些沒有禮貌,但卻也是那個時代比亞迪甚至整個中國電動車行業的現狀。那么10年過去了,比亞迪的臥薪嘗膽讓DM-i和CTB技術先后開花結果。就是對馬斯克當年的嘲笑最好的回應。
不過,在認可自身進步的同時,我們也需要客觀分析未來電動車競爭的格局。而我認為核心并不在于電池,因為最終每一臺電動車都會有足夠長的續航,和夠多夠快的充電設備。所謂的續航焦慮終將成為一個歷史性名詞。
真正能讓一家電動車企始終保持優勢的,是制造優勢帶來的成本優勢。而在這條路上,特斯拉無疑是世界上最先進的企業。Gigapress的運用,讓特斯拉在流水線上減少了上百個機器人。簡化了生產流程和零部件數量帶來的成本降低,造就了特斯拉30%的單車利潤率,這也是目前的比亞迪連接近都談不上的。不過雖然還有差距,擁有電動車全領域研發能力的比亞迪,依然是特斯拉最大的潛在對手。
從易車熱度榜單顯示,比亞迪海豹日均關注度9.61萬,位居新能源車型榜單排行第6名,而特斯拉Model 3日均關注度4.87,排行第8名,更多數據請在易車APP里面查看。
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