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  • 智駕網 2022-04-28 18:18
    零跑搶跑CTC電池技術真偽考
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    零跑發布國內首個CTC電池底盤一體化技術,并將在C01上首搭。CTC技術最早引起大眾的關注是特斯拉在2020年電池日上的公開解讀。此處我們詳細解讀了零跑和特斯拉的CTC技術。

    零跑率先發布CTC技術著實有些黑馬的味道。

     

    畢竟,一直以來,幾乎所有的聚光燈都打在特斯拉和比亞迪身上。


    當然,“寧王”也表示要做CTC,但是要到2025年才會正式發布。

     

    如果不是死磕CTC技術的原定義Cell to Chasis,零跑說自己是國內首家,確實沒毛病。


    而將于5月正式上市的零跑C01拿下全球首款搭載CTC技術的量產轎車這個名號,也可謂名副其實。

     

    我們知道,特斯拉最先采用4680電池和CTC技術的車型是最新款的Model Y,而Model Y是款SUV。而且,這還是大家的猜測,而且,人家暫時也就是先交付了幾輛給自己的員工。

     

    不過,此處還是要加一個小小的“但是”。


    如果嚴格定義的話,零跑的CTC其實并不真的算CTC,而應該算MTC,即Module to Chassis。

     

    從零跑官方發布的圖片可以看出,零跑集成到底盤的并不像特斯拉那樣直接是一個個電芯,而是做了一定集成的模組。


    圖片

     

    也就是說,由于還是對電芯做了一定的包覆,因而,從空間釋放效率、集成度、成本優勢、配件冗余等方面來看,與特斯拉的CTC相比,還是有一定損失。這個后面我們來具體解讀。

     

    好處是,這種集成方式更易于量產,且維修的便利性也更好。應該說,在真正走向CTC的路上,這算是一種折中的方式。

     

    但這并不影響零跑的自研CTC技術確實是一大突破的事實。


    ——01——

    關于CTC技術

     

    CTC是Cell to Chassis的縮寫,即電芯直接集成到車輛底盤上,俗稱底盤電池技術。

     

    為什么要研發CTC?簡單而言當然是為了增加續航里程,以及,降低成本。

     

    傳統的技術是要將電芯先集成模組,模組集合成電池包,最終電池包再安裝到底盤上。


    目前采用的最多的CTP方案則是省略了模組的步驟,將電芯直接集合成電池包安裝到底盤上。

     

    在電池組裝工藝中,省略一個步驟就能有效減少所用的零部件數量和工作量。


    據寧德時代官方介紹,CTP電池由于省去了電池模組,相比于傳統電池包,可以使體積利用率提升15%-20%,零件數量減少40%,生產效率提升50%并降低動力電池的制造成本。

     

    圖片

    零跑的方案是省略了電池包的步驟,將電芯集合成模組后,直接集成到車輛底盤上。

     

    CTC則跳過了中間兩個步驟,將電芯直接集成到底盤上。這可以有效實現集成化和模塊化,同時大大簡化總裝工藝并降低成本。在同樣的空間裝入更多的電池,而在裝載電量不變的情況下則可有效縮減電池所占空間。

     

    以零跑官方發布的數據為例,采用CTC電池底盤一體化技術可使零部件數量減少20%,結構件成本減低15%,同時空間增加14.5%。


    而且,由于消除了電池包與車身之間的安裝間隙,車身垂直空間增加10mm,可以使用戶享受更舒適的高度空間。


    圖片


    而特斯拉則表示,在搭配使用一體式壓鑄車身后,可實現減重10%,續航增加14%,車身部件則能減少370個之多。

     

    當然,說完了好處,CTC的缺點也顯而易見。

     

    首先,由于高度集成,在維修便利性上就形成了挑戰。一旦出現問題就會導致整個電池報廢,維修成本高昂。進而也就導致保費高漲。

     

    同時,電芯作為結構件的一部分需要承載載荷,就涉及到了電芯的強度以及考慮電芯與上下結構件的固定方式,以應對更為苛刻的剪切力。

     

    此外,由于電芯與電芯之距離很小,一旦其中一個電芯發生熱失控就會造成嚴重的后果。

     

    雖然有些問題幾乎無法解決,比如說維修成本,但量產前,技術上需要做到的是能使發生問題的概率降到最低,盡可能地提高CTC的安全性。這也是CTC技術遲遲難以實現量產的主要原因了。

     

    同時,由于電池同時參與車身結構,零跑認為CTC技術能使其車身扭轉剛度提高25%。

     

    ——02——

    零跑與特斯拉的CTC安裝技術

     

    我們先來看一下特斯拉的CTC技術方案。

     

    圖片

     

    這是特斯拉柏林超級工廠展示的CTC電池方案。這張圖相信很多人都很熟悉??吹贸?,特斯拉直接把4680圓柱形電芯排列在底盤上,電池艙前后直接連接起兩個車身大型鑄件,座艙地板沒有了,以電池上蓋代替,座椅則直接安裝在電池上蓋上。

     

    圖片

     

    這是特斯拉在本月的德州超級工廠技術展上展示的CTC方案,在電芯排列上有一些區別,但總體方案還是將電芯直接排列在底盤上,以電池上蓋代替座艙地板。我們后面再來看具體的區別。

     

    以下再來看看零跑的CTC方案。

     

    圖片

     

    零跑對其電池結構的描述是雙骨架環形梁式結構。從零跑發布的資料來看,零跑有效利用了車身的縱梁、橫梁形成完整的密封結構,其車身結構梁與電池托盤共同形成多個環形結構,固定電池組,有效提高結構強度,使安全性更高。

     

    當然,從零跑發布的結構圖中可以看出,其與特斯拉最大的區別在于零跑集成到底盤上的并不是直接的電芯,而是經過整合的模組。


    圖片


    這樣做的好處是更容易實現,且維修相對容易。缺點則是在空間節約、電池集成度、成本優勢、減少零部件量等方面還沒有做到極致。

     

    以及,由于缺少傳統的電池包上蓋,對乘員艙防熱失控的設計要求更高。

     

    ——03——

    特斯拉CTC技術的安全措施

     

    前面說過,CTC技術由于電芯間間距很小,對預防熱失控的要求更高。除了電芯自身的性能,在組裝時也需要采取相應的措施。

     

    特斯拉通過工廠參觀、技術日等活動展示過其以CTC方式集成的一體化底盤,我們可以大致來看一看特斯拉是如何盡可能保證CTC安全性的。


    圖片


    從圖片上可以看出,每兩排電芯之間放置有單根蛇形管,可對電芯的側面進行冷卻,其方向是垂直于行車方向,即沿車身寬度方向。這樣做的好處是可以縮短蛇形管的長度,減少流阻,增加冷卻均勻性。

     

    但在德州超級工廠的技術展示日上展示的CTC一體化底盤上,電芯的布局又發生了變化,蛇形管是沿行車方向的,采用了雙向冷管設計。


    圖片


    圖片


    從馬斯克之前的采訪中可以看出,電芯在箱體中的固定應該是用的某種膠,其特性是粘性強,且具備良好的阻燃性。也就是說,這種膠一方面可以提供熱保護,另一方面可以為電芯提供結構性支撐。

     

    由于單個電芯所承受的電流增大,特斯拉在CTC方案中將以前的鋁絲連接改為 Busbar 連接,利用母排引腳將電連接和電池管理系統的采集板直接連接在一起。

     

    在熱失控管理方面,CTC 方案在電池包一側配置了 8 個泄壓閥。此外,四角還有一個黑色加一個白色的結構,應該是用于防冷凝水和熱失控的。

     

    圖片


    上蓋集成體是原電池包上蓋和車身地板的集合體。從圖片上看,應該是5個拼接件的集成。座椅的承載件和上蓋之間加了一層橫向布置的結構件,也可以增強車輛對橫向碰撞的抗性。


    圖片


    特斯拉的CTC屬于承載式車身技術路線,是電池框架與下車體,即門檻梁、縱梁、橫梁、地板等的集成。這點與零跑是一致的。

     

    而零跑在安全性上表示,其CTC技術經過超30項試驗,其中8項遠超國家標準,包括加熱熱失控、IPX8防水試驗、5米高空跌落試驗、擠壓試驗等,確保安全可靠。

     

    但如前所屬,CTC的安全性除了電池包本身的性能,很大程度上還取決于其工程組裝結構上的考量。零跑表示會開放其CTC技術,我們也期待能看到更多的細節發布。

     

    此外,零跑表示,其在軟件上采用了AI BMS大數據智能電池管理系統,車端BMS實時在線檢測,云端電池大數據管理,并通過AI深度學習,實現車端云端全時主動守護,可在電池安全、電池壽命、電池性能層面實現全方位的提升。

     

    ——04——

    CTC的其他參與者們

     

    此外,比亞迪和寧德時代也是備受關注的CTC技術參與者。

     

    比亞迪的刀片電池目前采用的還是CTP模式,但據稱其e3.0平臺后續也將采用CTC模式,而海豹則將成為比亞迪首款搭載CTC技術的車型。

     

    刀片電池是指第一尺寸在600mm-2500mm的電芯,通過陣列的方式排布在一起,就像刀片一樣插入到電池包里面。


    圖片

     

    一方面可提高動力電池包的空間利用率、增加能量密度;另一方面能保證電芯具有足夠大的散熱面積,將內部的熱量傳導至外部,從而匹配較高的能量密度。

     

    比亞迪刀片電池不會自燃的原因,簡單來說,一是電芯變長變薄,表面積也隨之增大,電芯的散熱效率提升,電池包整體散熱性更好;二是刀片電池電極短路之后的回路更長,熱量不容易聚集。


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    有不少業內人士認為,比亞迪的刀片電池比特斯拉的4680更靠譜。

     

    而此前,寧德時代中國區乘用車解決方案部總裁項延火在第十屆全球新能源汽車大會上透露,寧德時代將于2025年正式推出高度集成化的CTC電池技術。

     

    寧德時代董事長曾毓群也曾在2020年就表過態:寧德時代CTC技術將使新能源汽車成本可以直接和燃油車競爭,乘坐空間更大,底盤通過性變好。

     

    今年2月,寧德時代在上海臨港新區,特斯拉超級工廠旁邊,投資4.4億美元的寧德時代(上海)智能科技一體化電動底盤研制項目及瑞庭時代上海智能動力系統項目(二期)正式開工。


    圖片

     

    雖然寧德時代沒有明說,但一體化電動底盤研制項目應該就是指的CTC方案。

     

    此外,大眾、沃爾沃以及眾多新能源汽車品牌也在開發CTC技術。

     

    特斯拉表示其做CTC方案的靈感來源于航空航天領域將燃料箱融于機翼一體,而不是另做燃料箱這一創新。

     

    零跑則表示,其是從手機電池由分離式變成機身一體化獲得的靈感。

     

    靈感這種東西,畢竟只是個由頭,關鍵是最終展現的成品。

     

    就其成果而言,零跑的這次搶跑,著實有些亮眼。

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