電動車動力電池結構之爭:CTP VS CTC 誰技高一籌?

電動車動力電池結構之爭:CTP VS CTC 誰技高一籌?

近期寧德時代推出了第三代 CTP 動力電池——麒麟電池,據悉,由於 CTP 3.0 電池中的水冷鈑具有緩衝作用,所以比其它動力電池壽命更長,並且比能量、電池空間利用率都有大幅提升,在相同的化學體系、同等電池包尺寸條件下,磷酸鐵鋰系統能量密度 160wh/kg,三元高鎳可達 250wh/kg,較特斯拉的4680電池多裝30%的電量。

而在寧德時代的麒麟電池推出之前,動力電池的聚光燈一直照在特斯拉推出的4680電池上。 據悉,4680 電池相比 2170 電池,雖然是體積增加了 448%,但是與全極耳、高矽負極、與 CTC 結合等更多革命性的技術相結合,最終實現了續航增加 54%,成本下降 56%,單位產能設備投資額下降 69% 優良成績。

從電池結構來看,寧德時代的麒麟電池走的是 CTP 路線,而特斯拉的4680電池則走的是 CTC 路線。就目前來看,CTP 結構已經成為主流,畢竟寧德時代在最新的市場調查報告中顯示,其依舊以33.9%的全球市佔率衛冕動力電池冠軍。但是 CTC 無論是在外形、材質、組合形式上的一體化、內建化程度都更高,也是未來電池技術方案發展的重要方向,那麼未來動力電池結構之爭究竟是 CTP 一統江湖還是 CTC 技高一籌呢?

01 CTP VS CTC

動力電池最常見的結構並非 CTP 與 CTC,而是更為傳統的 MTP 結構。傳統電池包 MTP 是電池、模組成組電池包的形式,多個電芯組成一個模組,多個模組加上 BMS、配重模組等零組件則組合成電池包。在 MTP 結構下,電芯被外部結構件充分地保護所以結構強度好,成組難度小。但是,傳統的 MTP 結構對於電池包的空間利用率極低,僅為40%,其中電芯對模組的空間利用率也只有80%,模組對電池包的空間利用率為50%,所以隨著市場對新能源汽車需求的不斷提升(續航),MTP 結構已無法滿足智慧汽車的發展需求。

電動車動力電池結構之爭:CTP VS CTC 誰技高一籌?

2019年9月,寧德時代全球首款 CTP 電池包量產下線,搭載於北汽 EU5。比亞迪緊隨其後,於 2020年3月發佈其創新技術刀片電池。此後國內外整車廠、電池廠在 CTP 技術上各顯神通,推出了不同的代表作品。

CTP 相較於 MTP 省去了中間模組環節,CTP 技術是將電芯直接成組為Pack,省去組裝為傳統模組這一步驟,先將電芯內建到電池包內,再安裝到車身上,本質是為了提高能量密度和降本。目前主要有兩種思路,一是將 Pack 看成是一個完整大模組替代內部多個小模組的結構,逐步減少端側板等結構件的方式,以寧德時代為代表;二是設計時即考慮採用無模組方案,以電池本身作為強度的參與件去設計,以比亞迪刀片電池為代表。

電動車動力電池結構之爭:CTP VS CTC 誰技高一籌?

而 CTC 本質上就是底盤平台化的思路,理論上電量能在現有底盤技術上提升5%,持續提高汽車電氣化程度。CTC 電池內建方案主要有兩種,第一種是電池包底盤內建,是直接將電池包內建到底盤框架中,進而代替地板,或者直接使用乘員艙地板作為電池的上蓋,實現車身地板和底盤一體化設計;第二種是電池單體底盤內建,是將電池單體的殼體銲接或者膠粘,連接到底盤結構上,改變了電池的製造形式。前者可靠性高,後者內建優勢明顯但技術難度大且無法換電。

其實 CTP 與 CTC 是各有優勢也各有短板,CTP 方案直接將單體電芯組成一個或幾個陣列(模組),安裝到電池包中,大幅減少了模組的數量,免去了先形成模組再安裝成電池包的過程和其中的成本,形成電池包後可安裝至新能源汽車上。使用 CTP 技術後,提高了電池包的空間利用率,提升了體積能量密度,減少了不必要的模組零組件,但對技術能力的要求提高,安全性能不如模組疊加的組合方式。而 CTC 方案的優勢則是更高度的一體化與內建化所帶來的容量提升與空間利用率的提升,當然也有不容忽視的短板——安全與成本。

02 一體化、內建化

根據未來新能車的市場空間和 CTP / CTC 的滲透速度,預計 CTP / CTC 的市場空間及其變化。我們預計2024年,CTP 和 CTC 滲透率能達到 90%,預計 2022至2027年 CTP 和 CTC 裝機量持續提升,合計將於2025年超越千萬輛,而無論是 CTP 方案還是 CTC 方案,一體化、內建化都是其發展的方向。

電池包技術從 MTP 發展到 CTC,零件的外形、材質、組合形式等都伴隨電池內建技術的進步發生了改變,整體的方向是一體化、內建化。獨立的零件變少,幾個零件統一內建到一個零件中去,形成尺寸更大、功能多元的大零件。零件方面的變化帶來供應商的改變,市場格局也將被重塑。

隨著未來 CTP 或者 CTC 的普及,系統的內建度越來越高,將會加大膠的用量,CTP 預計用量水平翻倍。pack 里面常見的膠分三種:導熱膠,結構膠,密封膠。用量最大的是結構膠,凝固之後能夠提供一定強度,作為結構支撐;導熱膠用來傳導電芯或模組之間的發熱,與水冷系統接觸;密封膠水在接口密封,價值量含量最低。塗膠的難點是電池製造環境,核心是塗膠路徑和工藝參數的設計。一般導熱膠優先塗在底部,結構膠塗抹根據設計來定。伴隨電池包結構的變化,水冷系統也隨之發生變化,一是水冷板從之前的單一結構變成內建化結構,比如沃爾沃 CTC 技術路線中,冷卻技術上採用的是底部一體式水冷板技術。二是電池之間增加雲母板或隔熱墊,在整個熱管理系統中發揮其絕緣性強、耐高溫的作用,比如特斯拉的 4680+ CTC 技術中,箱體底部就運用了雲母板方案。

目前,特斯拉採用 4680+ CTC,以電池上蓋代替座艙地板,殼體銲接橫樑增加強度;BYD 將電池車身一體化技術稱為 CTB,將電池上蓋與車身地板進一步合二為一,電池包托盤構成蜂窩狀結構,與刀片電池結合加強側向吸能和抗衝擊力,由此可見一體化、內建化是未來動力電池的發展趨勢。

  • 本文授權轉載自:36kr

 

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