各家都在吹的CTP、CTC、CTB都是啥?

自打电动车在市场崭露头角后,关于电池咋布置的讨论就压根没停过。电池作为电动车的关键部件之一呀,它不光又沉又占地方,还得考虑散热和安全问题呢。所以为了让电池跟车身能更完美适配,工程师们就弄出了“CTP、CTC、CTB”这些技术名词,各家新车发布会上也会花大把篇幅去宣传。可发布会上那些宣传话术呀,难免有自吹自擂的情况,咱消费者压根分不清它们到底有啥区别,更别说好坏啦。今儿个,咱就来唠唠各家都在吹的 CTP、CTC、CTB 到底是啥!

各家都在吹的CTP、CTC、CTB都是啥?-有驾
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要说电池布置呀,咱得先弄明白电动车的电池结构咋回事。从原理上讲呢,电池就只是个统称,本质上是由超多电芯(Cell)构成的,电芯里面是正负极材料还有电解液。因为那传闻里的“固态电池”暂时还没法大规模量产呢,液态电池现在还是绝对主流。在技术没突破的情况下,电芯的能量密度可没法大幅提升,各大厂商和供应商就把注意力转到电池结构上啦。

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在电池设计里呀,单个电芯的电压也就 3 到 4 伏那样,可电动车得的电压最低都得 100 伏往上呢,现在的新车甚至有七八百伏的电压呢,所以就得给电池升压。学过初中物理的都晓得,电池串联能增加电压,电池并联就能增加电流。为了满足电动车的电流和电压要求,就得把不同的电芯用串联、并联组合的法子连一块儿。

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在电动车上呀,一个电池包里起码包含着成百上千个电芯呢,为了便于监测和管理这么多电芯的电压还有温度,汽车厂商就把串并联在一起的电芯给分组啦,然后就有了电池组(Module)。等各个电池组分别固定好、连接上,再配上管理模块和冷却系统,它就变成能使用的电池包(Pack)啦。

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就像之前说的哈,在早期的电动车上呢,电芯都集成在电池组里,所以它也叫 CTM 结构(Cell to Module)。可随着市场对长续航电动车呼声变大,各大厂商瞅见 CTM 电池结构有个咋都克服不了的缺点,那就是电池空间利用率太低啦。

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就这么说哈,在 CTM 结构里呢,每个电池组都得有金属面板还有螺栓来固定,虽说方便后续拆解维修单独换电芯,可固定电池组的那些结构件得占点空间。而且呢,为了保证散热效果,电池组之间还得留一定间距,这么一来又把电池包那宝贵的空间给占了。

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这就跟学校宿舍似的,同一层楼,房间越多,实际住的人就越少,得给墙壁、走廊啥的分更多空间。要是全都是大开间,那就能住更多人(这只是个比喻,不太人性化)。正因为这样,CTM 结构的电池空间利用率才 40%,也就是电池包里能用来放电芯的空间就四成,其余全是其他附件。

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为了让电动车续航性能更长,汽车厂商得在那空间有限的电池包里塞更多电芯,可传统的 CTM 结构不太好优化,于是工程师们就盯上电池包啦……

各家都在吹的CTP、CTC、CTB都是啥?-有驾
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Model 3 的标准续航版电池组呀

从前面 CTM 电池结构能看出,电池包里电池组越多,那固定电池组用的面板、螺栓以及冷却散热空间也就越多。所以在 2019 年那会儿,宁德时代率先搞出了 CTP 结构(Cell to Pack)。简单讲呢,CTP 结构就是把电池组环节给减少或省掉,直接把电芯装进电池包。就像宁德时代给特斯拉 Model 3 标准续航版提供的 CTP 磷酸铁锂电池,它的电池包就只有 4 个电池组,而用 CTM 电池的车型,电池包通常包含 8 到 12 个电池组。

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除了电池组数量大幅减少外,CTP 电池还有一大变化,那就是电池组或电芯不再用机械结构固定,而是用结构胶黏在电池包上。虽说这种工艺使得后期基本没法单独更换维修电芯,但原来的螺栓、面板等结构件数量减少了 40%。靠着结构优化,宁德时代第一代 CTP 电池的空间利用率能到 55%,电池包能量密度达 180Wh/kg,生产效率也大幅提升啦。

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比亚迪后续推出的“刀片电池”也是 CTP 结构哦,只不过它对比宁德时代的 CTP 电池更彻底呢。简单来讲呀,刀片电池把原本“砖块”状的电芯,改成了像“刀片”那样扁平的长方形,并且还采用了无电池组设计,除了散热板、结构胶,电池包里基本都是刀片电芯,所以刀片电池的空间利用率能到 60%呢。大伙都晓得,磷酸铁锂电池自身能量密度比不上三元锂,可比亚迪靠着刀片电池在空间利用率上的优势,把磷酸铁锂电池包的能量密度提升到了 140Wh/kg,达到了当年的政策补贴标准哟。

各家都在吹的CTP、CTC、CTB都是啥?-有驾
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电动车的 CTP 电池性能挺不错啦,跟最初的 CTM 一样,电池包照旧是独立部件,通过结构件装在底盘下面,所以 CTP 和 CTM 都能支持换电功能。可在成本、空间还有重量方面,CTP 没达到极致水平,于是汽车厂商又琢磨出 CTC 技术,也就是电池底盘一体化。

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简单来讲,CTC 就是在 CTP 基础上把结构给简化了,还把电池跟底盘/车身给融合到一块儿啦,所以 CTC 电池就不再是单独的部件啦,而是底盘/车身的一部分哟。得说一下,按照车身结构形式不一样,CTC 也分两种类型,在非承载式车身上,电芯直接搁底盘大梁里呢,这种 CTC 技术在行业里叫滑板底盘;在承载式车身上,电芯布置在车身底下的底盘上,所以叫电池底盘一体化。

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2020 年呀,特斯拉最先提出了 CTC 电池概念,还把它用在了美国德州生产的 Model Y 上(咱国内版暂时没用上)。虽说 Model Y 的 CTC 电池也是从车底下装上去的,可跟 CTP 电池不一样,Model Y 的电池上盖板既起密封电池的作用,还是车身的地板呢。从图上能看出,Model Y 的电池包还是个完整的组件,而车身地板是镂空的,这部分让电池上盖给替代啦。

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既然用电池上盖当地板,那为保证车辆地板强度,特斯拉给 Model Y 的电池上盖设计了横向加强筋,用它来替代原本在车底的横梁,电池组外框就相当于原来的车身纵梁。多亏了 CTC 技术的应用,Model Y 车内垂直空间能增加 10 毫米以上,这样就能有更低的坐姿和更宽敞的头部空间。要是利用这空间布置电池,就能把容量提高 5%到 10%。

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但从 Model Y 的布局能看出,由于车子没了传统地板,所以 Model Y 的地毯和座椅直接安在电池盖板上啦,这就使得车辆底盘隔音得有更高要求。而且,特斯拉的 CTC 结构让电池没法单独拆卸,要修换电池就得把座椅、地毯都拆掉,所以维修比 CTP 还麻烦呢。

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除了特斯拉外,咱国内的新势力品牌零跑也老在宣传 CTC 技术呢,不过零跑这 CTC 的设计思路跟特斯拉有点不太一样。简单说就是零跑保留了车身地板,把电池上盖给取消了,用地板当电池上盖,跟特斯拉正好反过来。这两种设计效果差不多,可要是用车身地板取代电池上盖板,那对底盘的密封性能要求就更高啦,因为这种结构的电池包可不是个完整组件,就跟托盘似的装在底盘上。这就意味着一旦底盘遇水,要是密封没做好,就可能导致电池包进水短路。而特斯拉的 CTC 方案呢,电池包是完整组件,就算车身密封不好,顶多也就是有水渗到车内地毯上,电池没啥大影响。

各家都在吹的CTP、CTC、CTB都是啥?-有驾

还有啊,零跑之前在 C01 上宣传的 CTC 跟特斯拉的可不一样,那是因为 C01 的电芯是装在电池组里,又不是把电芯装在电池包里。从结构上来说呢,零跑是把电池组集成到底盘上去了,所以在业内就叫 MTC 结构。一直到最新的车型 C10 用了 CTC 2.0 技术后,零跑才把电池组给取消了,所以 C10 那才是真正的 CTC 呢。

各家都在吹的CTP、CTC、CTB都是啥?-有驾
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嘿,大伙都晓得哈,特斯拉推出了 CTC 技术后呀,到 2022 年比亚迪又在海豹上整出了个 CTB 技术,也就是 Cell to Body,那是电池车身一体化呢。虽说两者名字看着不一样,但在理念上那是一样的哟。

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海豹的那种 CTB 车身结构呗

在结构方面呀,比亚迪的 CTB 跟特斯拉的 CTC 方案差不多,都是用电池上盖替换车身地板。只不过呢,比亚迪的 CTB 方案留着车身底部的横梁,电池上盖板是个平板。所以 CTB 方案车身扭转刚度更好,基于这技术打造的比亚迪海豹,车身扭转刚度能到 40000Nm/°,在电动车里那可是相当厉害的水平。

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再者呀,比亚迪的刀片电池本身强度极高,碰撞时刀片状电芯能替代纵梁、横梁成车身传力部件呢。基于刀片电池设计的 CTB 结构,那电芯自然而然就成了车身碰撞传力路径啦。在比亚迪的 CTB 电池上能瞧见,电池不光给车辆供能,还是车身底部重要的结构件呢。

各家都在吹的CTP、CTC、CTB都是啥?-有驾
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瞧见这儿大伙都能看出来,为能提升电动车的电池容量跟空间利用率,各家的工程师那可真是费劲心思,从早先的 CTM 到如今最普及的 CTP,后来又出现了集成度更高的 CTC 和 CTB,只有专心搞技术的车企,才能真正引领行业发展。

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