电池包设计优劣对比:CTP、CTC、CTB、CTM解析

电池包的不同形式详解

当前,电池包主要存在四种形式:CTP、CTC、CTB和CTM。接下来,我们将逐一阐释它们的含义与特点。

CTP,即Cell To Pack,指的是将电芯直接组装成电池包。这种设计省去了传统模组组装环节,使得电芯能够直接相连,从而提升了空间利用率,减少了电池包的体积和重量,使其更为紧凑,并降低了电芯间的连接损耗。

CTC,也就是Cell To Chassis,意为将电芯直接集成到底盘结构中。这种设计旨在最大化利用空间,理论上效率极高。然而,鉴于电动汽车的特性和安全要求,目前技术条件下实现这一设计尚存挑战。

CTB,即Cell To Body,意味着将电芯直接集成到车身结构中。通过这种方式,电池包与车身紧密结合,进一步优化了空间利用率。这种设计在提升续航里程方面具有潜力,但受限于当前技术成熟度,实际运用相对较少。

最后是CTM,也就是Cell To Module。这种设计将多颗电芯组合成单体模组,再通过串并联方式连接多个模组以形成电池包。这种结构便于单独更换问题电芯,且制造工艺相对简单。但值得注意的是,其综合性能在其他设计形式面前可能稍显逊色。

以上就是几种电池包形式的简要介绍。每种形式都有其独特的优缺点,而随着科技的不断进步和市场需求的变化,电池包的设计也在持续演变。以宁德时代为代表的CTP技术,便是在这样的背景下应运而生。这种技术革新在于摒弃了传统的模块组装方式,直接将电芯与壳体相连接,从而减少了不必要的端板和隔板,有效提升了电池包的整体性和内部空间的使用效率。

然而,随着CTP技术的出现,也带来了一些新的挑战,尤其是对于模块的固定和冷却问题。目前主流的方法是采用钢带或胶带等材料,将结构相对简单的方块电池进行固定。同时,通过导热结构胶将大块电池粘接到液冷板上,以实现高效的散热。在底壳工艺方面,铸铝或铝挤底壳的应用已逐渐取代了传统的大钢板折边焊接方式,更加适应量产和正向设计的需求。此外,还通过设计添加定位销或卡槽等方式,对电芯进行精确的限位。

在散热方面,CTP技术采用了大面积冷板与托盘焊接的设计,不仅提高了散热效率,还能有效防止电池包内冷却液泄漏的风险。冷板在此不仅起到了散热的作用,还兼具了隔热、温控、缓冲和支撑的多重功能。

尽管“宁王”的CTP0设计并非完全无模块化,但其结构上的优化已显著超越了以往的技术。而最新的CTP0麒麟电池技术,则更是采用了前沿的制造工艺,可视为真正的无模块化设计。电芯的位置也从传统的正置改为侧置,配合全新的冷却方案,使得冷板在散热的同时,还承担了隔热、温控、缓冲和支撑的多重任务。底壳也经过精心设计,采用粘接方式与电池成为一个整体,从而确保了电池包的整齐统一。
到目前为止,几乎所有的新能源车都普遍采用了CTP制造技术。然而,采用电芯粘接的方式意味着在电池包内某电芯出现故障时,无法单独进行更换,只能整个电池包一起进行替换,这无疑增加了成本。然而,从另一角度看,这种结构设计恰恰证明了当前电芯性能的稳定性有了显著提升,单体故障问题基本得到解决,因此无需单独更换电芯。同时,电芯稳定性的提升也为CTP技术的进一步应用奠定了坚实基础。
此外,当前备受关注的CTB(Cell To Body)与CTC(Cell To Chassis)技术虽同样属于电池技术的创新,但二者存在本质差异,核心在于“底盘”这一概念的应用。在乘用车领域,CTC技术作为商业化车型尚处于探索阶段,尚未成熟。

关于某些厂商所宣称的CTC技术,我理解这更多是一种商业策略,旨在打造独特性和引起关注。真正的CTC技术,其核心是与底盘的直接融合,将电池芯与底盘整合为一个不可分割的整体。然而,目前市面上大多数乘用车采用的是“承载式车身”结构,这种结构并不具备真正的“底盘”。

在评价这类车型时,我们通常使用“底盘”一词来描述其操控性和稳定性,但这更多是一种便于理解的比喻。事实上,承载式车身的乘用车并没有独立意义上的“底盘”。因此,在探讨CTC技术时,我们需明确其适用范围。

对于CTB技术,可以理解为与CTC相似的概念。在承载式车身上,最恰当的描述可能是CTB,因为它更准确地反映了电池与车身的集成方式。而非承载式车身的“滑板底盘”概念才是真正意义上的CTC。

此外,CTB技术与CTP技术的最大区别在于电池与车厢的密封完整性。CTP技术保留了完整的电池模块上下壳体,实现了车厢与电池的独立密封。而CTB技术则将电池模块的上盖与车身底板融合,必然导致其中一方的不完整性。

这种不完整密封的形式有两种可能:一是通过车身底板对电池进行密封,如比亚迪海豹;二是车载者与电池模块共同构成驾驶单元,如特斯拉Model Y。CTB技术的优势在于其将电池系统纳入整车开发流程,需要车身、悬挂和动力电池等多个部门的紧密协作。这使得在平台和车型开发的早期阶段就必须考虑电池设计对整车性能的影响,从而确保整体布局的最优化。
这样一来,整车开发时电池包系统被正式纳入战略布局,从而显著提升了车辆的统一性、合理性、结构设计以及人机工程等多方面的表现。通过取消上盖或车身底板的设计,车辆在Z轴方向上获得了更大的空间自由度,进而实现了10mm以上的高度增加。这种设计理念与增加一个遮阳帘的厚度类似,为车辆带来了更为舒适的内部空间。

这也正是比亚迪海豹在人机工程方面接近甚至超越传统燃油车的原因所在。这里所说的“接近传统燃油车”并非贬义,而是赞赏其在实际应用中的舒适度提升。过去,受限于电池结构,电动轿车往往在舒适度上不及燃油车。然而,随着比亚迪刀片电池技术与CTB技术的融合应用,电池整包的厚度得到了有效缩减,从而为乘客带来了出色的前后排空间体验。

需要进一步强调的是,若不采用CTB技术,其差异在SUV上可能并不明显,但在轿车上则立竿见影。以蔚来ETET7为例,与类似燃油车型相比,其后排人机工程舒适度显著提升。
此外,与CTM相比,CTP和CTB技术在提升整车结构强度方面表现出色,特别是在扭转刚度上。CTM通过模组与底壳的机械螺丝固定,模组组件不参与力传导,从而在车辆扭转时无法提供更多助力。而CTP和CTB则采用电芯与底壳的粘接方式,具有显著的优势。

特斯拉在CTB技术上更是独树一帜,其电池包内部填充了高性能粉色材料,不仅提供了出色的绝缘和固定效果,还大幅提升了扭转刚度。这种设计使得特斯拉车型的扭转刚度达到40000N·m/deg以上,与众多高性能和超豪华车型相媲美。

值得一提的是,比亚迪海豹在宣传中声称其扭转刚度能与劳斯莱斯相提并论,这并非虚言。此外,“MTB”设计也备受关注,该方案通过电芯模组固定并取消电池上盖,直接与车身结合安装,有效利用空间并减少零部件使用。

综上所述,不同的设计都有其独特之处,但共同的目标都是优化空间利用、提升电池容量并改进车辆性能。对于消费者而言,在选购时不必过于纠结于官方宣传中的百分比数据,而应更注重实际驾驶体验和乘坐舒适度。毕竟,只有真正符合用户需求的产品才能在市场上立足。

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