动力电池设计的颠覆性变革

2021年，新能源汽车的市场占有率已经提升至13.4%，说明了新能源汽车市场已经从政策驱动转向市场拉动。截至今年5月，新能源汽车产销都超过200万辆，市场占有率达到21.0%。与此同时，动力电池技术也步入3.0时代。

从CTP（Cell to Pack）、CTB（Cell to Body）到CTC（Cell to Chassis或Cell to Car），电池结构从最初的在汽车上加装电池模组，到现在的电池车身一体化技术，集成度越来越高。宁德时代、比亚迪、零跑汽车等在近期分别发布相关的革新技术，电芯形状和电池结构得到不断的改进，续航里程也有了革命性的发展。那么，CTP、CTB 、CTC技术究竟有哪些特点？哪种技术才是未来的发展方向？本期特别报道，让我们走进颠覆性的动力电池技术的世界。

麒麟电池在结构设计上的革命

CTP即无模组动力电池包，其技术亮点是跳过模组直接将电芯集成为电池包，因此有更多空间排列电芯，整体能量密度得以增加，从而提高续航里程。同时，电池包的零部件数量大幅减少，降低了制造成本和重量。

近日，宁德时代正式发布第三代CTP技术——麒麟电池。据悉，这项技术进一步简化了电池包的内部结构，取消了横纵梁、水冷板和隔热垫等结构，进一步提升了电池包内的可利用空间。在该技术的加持下，动力电池的体积利用率可以达到72%。

麒麟电池拥有三大创新的结构设计：
电芯倒置。电芯向上的设计需要在电池包上下留出空间，而电池倒置可以给电芯多留6%的空间，这样使得整个系统的集成效率达到72%。

麒麟电池的三合一多功能弹性夹层

多功能弹性夹层。原先，隔热垫、水冷板、横纵梁都是各自独立设计，麒麟电池整合使用需求，将横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一，集成为多功能弹性夹层。在夹层内搭建微米桥连接装置，灵活配合电芯呼吸进行自由伸缩，提升电芯全生命周期可靠性。电芯与多功能弹性夹层组成的一体化能量单元，在垂直于行车方向上构建更稳固的受力结构，提高了电池包抗振动、冲击能力。

将水冷系统置于电芯之间。基于电芯的变化，将水冷功能置于电芯之间，使换热面积扩大4倍。电芯控温时间缩短至原来的一半，支持5分钟快速热启动及10分钟80%的快充。在极端情况时，电芯可急速降温，有效阻隔电芯间的异常热量传导，并有效避免电池非正常工作温度造成的不可逆损伤，整体提升电芯寿命与安全。

通过三大技术革新，麒麟电池可将三元电池系统能量密度提升至255Wh/kg，磷酸铁锂电池系统能量密度提升至160Wh/kg。在相同的化学体系、同等电池包尺寸下，麒麟电池包的电量可以得到明显的提升，可实现1000公里续航。

早在2019年，宁德时代已经在全球首创了无模组电池包CTP，率先使电池体积利用率突破50%大关。同年9月，宁德时代宣布、CTP电池包将搭载于北汽新能源EU5车型，这是该项技术发布后落地的首个乘用车项目。此后，宁德时代将CTP技术更新至2.0版本，并且在2021年已实现大批量交付。据相关报道显示，宁德时代CTP电池包相继成规模地导入特斯拉Model 3、Model Y、小鹏P7和蔚来ES6等车型。新发布的第三代麒麟电池则有理想汽车抛出橄榄枝。

值得一提的是，宁德时代也已经向海外输出了CTP技术。根据宁德时代公布的规划，在发展CTP技术的同时，也将布局CTC技术。

高度集成化的电池设计

两年前，在“特斯拉电池日”上，特斯拉首次发布了CTC电池技术——取消Pack设计，前后连接两个车身大型铸件，取消原有乘员舱地板，以电池上盖取而代之，座椅直接安装在电池上盖上。电池既是能源设备，也是结构本身。采用电池车身一体化技术后，再配合一体化压铸技术，可以节省370个零部件，车身减重10%，每千瓦时的电池成本降低7%。

比亚迪电池车身一体化技术

近日，零跑汽车发布了零跑智能动力CTC电池底盘一体化技术，将这一前沿概念的落地量产变成现实。与特斯拉CTC方案省掉车身下底板不同，零跑CTC方案选择省掉电池上盖板，保留车身下底板，去掉电池包上盖，但保留电池模组。

CTC电池技术是将电芯直接集成到底盘，实现大三电、小三电、底盘系统以及自动驾驶相关模块的集成。它加深了电动汽车动力系统与底盘的集成，减少了零部件的数量，节省空间，提高结构效率，并且大幅度降低车重，增加电池续航里程。

CTC技术可以做到与整车产品高适配，可快速柔性化批量生产。达到高度集成化和模块化，可应用于多平台、多车型生产。在安全方面，基于双骨架环形梁式结构，电池包的物理碰撞安全能够得到有效的保障。

电池车身一体化革命

近日，比亚迪发布了基于平台3.0打造的CTB电池车身一体化技术，以突破性的电池安全，减少电池设计对车辆其它性能的影响，大幅拓展了电动车的各项能力。

CTB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。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。

CTB刀片电池包的结构灵感，来源于蜂窝铝结构，其具有非常高的结构强度，正碰结构安全提升50%，侧碰结构安全提升45%，能够顺利通过50吨重卡碾压的极端测试。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/°，让电动汽车更具有竞争力。

除此之外，CTB技术还能够有效抑制车身振动，提升车辆NVH水平。较CTP方案，CTB使振动速率和振幅降低90%，路噪降低1.5dB。首搭CTB技术的海豹车型，通过减速带、颠簸坏路等工况，行驶时更平稳，更舒适。

不过由于比亚迪CTB技术主体受力结构并不像特斯拉那样集成于电池、也并非像零跑那样以一体式车身底板兼做电池包结构，海豹的CTB可能在轻量化方面或许并不具有优势。此外，由于采用上层直冷板设计，且电芯间无冷却设计，因此不利于电池快充时散热。由于比亚迪CTB仍保留提供强度/刚度的横向钢梁，结构强度好，但体积利用率更低。

结语

硬币都有两面，随着动力电池技术的集成度越来越高，电池的维修难度也会变得越来越大，这对于电芯的一致性、可靠性提出了更高的要求。CTX究竟会走向一个趋同的方向还是各自在领域里发展，还没有定论。技术没有绝对的优劣，都是各种因素的平衡。对于电池制造商们来说，需要追求的并不是绝对的高性能，安全、维修成本等因素都需要考虑在内。对于汽车制造商来说，根据自身的定位去选择合适的动力电池技术才是将价值最大化的方式。

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

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