CTC会是动力电池的终局吗?

CTC会是动力电池的终局吗?

文/天玑

2016年,特斯拉对动力电池进行了一些调整,将电池组的布局改为纵向大模块,整车只有四个动力电池模块,这使得Model 3.电池利用率提高了一个更高的水平。没有人认为这个小的调整将成为未来电池行业的发展趋势,并使CTC成为焦点。

CTC一直是电池行业不可逆转的发展趋势,电池厂和汽车企业都在布局。但这条路不仅不容易走,而且有很大的争议。

不久前,哪吒汽车首席执行官张勇在微博上对CTC进行了处理“开炮”,他说CTC对汽车公司降低成本有用,对用户无用。张勇还在评论中补充说,哪吒还将推出CTC技术的大规模生产汽车。这反映了CTC争议的焦点。为什么汽车公司和电池厂必须做CTC?

CTC是什么?

第一辆汽车诞生于1766年,当时的动力是蒸汽。在接下来的一百年里,汽车的动力出现了燃油和电力两种,这三种动力并存了很长一段时间。然而,由于外燃机技术效率低,蒸汽动力被市场淘汰。由于石油依赖,燃油动力被各国列入替代名单。在此背景下,电力已成为汽车动力模式“最优解”。

然而,电力有两个缺点,即电池成本高,能量密度低,而CTC和CTP、CTB可以解决这两个问题。

在开始之前,首先要弄清楚这些英文缩写是什么意思。其中的“C”是“Cell”缩写,也就是“电芯”,“T”是“To”,“P”是“Pack”,也就是电池包的整包,“C”是“Chassis”,也就是底盘,“B”是“Body”,指车身。从名称上不难看出,这三种方案都围绕着电池,涉及到汽车的底盘和车身。可以看出,它们的方向是结构创新,而不是材料创新(动力电池的创新方向分为材料和结构)。

在结构上,动力电池经过多轮“进化”。该行业最早的结构是MTP(Module to Pack),该结构奠定了电力电池的结构原型,包括电池、模块和电池组。一个模块由多个电池组成,多个模块加BMS、配重模块等部件形成一个电池组,然后安装在车内。大众 ID.3 MTP结构电池由外壳、电池模块、电池控制模块和电池管理系统组成。

CTC会是动力电池的终局吗?

MTP有一个致命的缺点,即电池组的空间利用率很低,只有40%,其中电池对模块的空间利用率只有80%,模块对电池组的空间利用率为50%。当电池材料无法取得突破时,电池创新只能从结构入手,这让汽车公司和电池厂难以忍受。也就是说,哪吒上CTC也是无奈之举。

但是CTC对消费者真的没用吗?这个问题要从动力电池结构的研究入手。

让我们从CTC开始。其设计逻辑是将电池视为车身结构的一部分。目前有两种模式。第一种是直接将电池组集成到底盘上,或者使用乘员舱地板作为电池组的上盖。这条路线是零跑的。二是将电池单体连接到底盘结构。特斯拉是目前最激进的路线。相比之下,零跑的电池包有更多的模块,相同之处在于电池包已经被移除。

CTC会是动力电池的终局吗?

就像马斯克曾经举过的一个例子一样,飞机的原始框架是将燃料箱放在机翼中,但为了更大程度地利用空间,我们可以取下燃料箱,直接用机翼储存燃料。将燃料箱移到机翼上的结果是,飞机内的空间利用率更高。第一款配备CTC技术的零跑车型是C01,车身垂直空间增加10mm,电池容量空间比传统方案增加14.5%,续航时间增加10%。

CTP和CTC的本质是一样的,都是为了简化电池结构,获得更大的空间利用率和更长的电池寿命。

在MTP的基础上,CTP删除了模块,直接将电池制成电池组。CTP有两种想法。一种是将电池组视为一个完整的大模块来取代多个小模块的结构,并逐渐减少端侧板和其他结构部件。宁德时代的麒麟电池和蜂巢能源的短刀电池是这条路线的代表。另外一种方法是直接去除模块,使用电池本身作为强度结构部件,比亚迪的刀片电池也被称为CTB。

以刀片电池为例。虽然采用磷酸铁锂材料,能量密度低于三元锂,但由于集成效率能达到86%以上,体积利用率提高了50%以上,其能量密度比传统磷酸铁锂电池提高了约50% 9%的体积能量密度为320Wh/L,可与三元锂电池相媲美。

与MTP相比,这三种方案的基本逻辑是相同的,即删除“中间商”。对于汽车公司来说,这样可以以更低的成本推出续航能力不弱于三元锂电池的车型。三元锂电池一直应用于高端市场,为汽车公司打架“价格战”或者为拓宽市场空间提供强有力的支撑。同时,消费者也可以买到性价比更高的汽车。

CTC会是动力电池的终局吗?

如果说MTP是电池结构创新的1.0时代,那么CTC和CTP就是2.0时代。CTC和CTP是电池行业满足市场需求的最佳手段,在材料取得突破之前。但是,需要添加它“目前”两个字。从动力电池的发展历史来看,其革命性的变化发生在材料突破上,结构创新更适合过渡。

英国发明家托马斯最早使用的动力电池是铅酸电池·1884年帕克设计。当时,配备铅酸电池的电动汽车续航里程约为40-65公里,最高速度约为30公里/小时,无法满足消费者的需求。此外,铅酸电池具有体积大、质量大、能量密度小、功率密度低的特点。如果你想增加电池寿命,你只能携带更大的电池。简而言之,它是不实用的。

相比之下,虽然燃料汽车的出现时间比电动汽车晚,但由于汽油更实用,燃料汽车更早上街。铅酸电池被淘汰,燃料汽车后来居上,为动力电池行业提供了一个血腥的教训,即一切都应该先实用。

CTC会是动力电池的终局吗?

1997年,丰田推出了配备镍氢电池的普锐斯混合动力,为行业提供了新的方向。然而,除了丰田,大多数汽车公司使用的不是镍氢电池,而是我们最熟悉的锂电池。

这是因为镍氢电池有三个关键缺陷,即循环寿命低、能量密度低、充电快、低温性能差。这三点是电动汽车能源补充体验的关键。即使有一个,也会严重影响体验。与镍氢电池相比,锂电池在空间利用率和低温性能方面具有优势。

当然,锂电池的低温性能并不一定很好。冬季配备锂电池的电动汽车电池寿命一般会骨折,这表明镍氢电池在低温下的性能有多差。

从铅酸到镍氢,再到锂,动力电池的进步本质上是材料的进步,因此结构创新更适合企业的过渡选择。

此外,即使是CTC、CTP是电池行业的终结,也需要不断“创新”,因为它们有局限性。

在市场上,关于CTC、CTP的局限性,有很多谣言,流传最广的是不能换电,维修费用高,如果仔细研究,有些谣言是站不住脚的。

根据一些第三方研究,消费者在购买汽车时首先考虑的因素是耐力,而换电是目前最有效的补充能量的方式,可以减少消费者的耐力焦虑。然而,这个问题需要完全解决面地看。

换电效率真的很高。蔚来的第三代换电站只需要4分40秒就能完成换电流程,类似于加油体验。但是换电模式需要在终端两端发力,一端是汽车,一端是汽车公司和电池厂,另一端是换电站,另一端是汽车公司和电池厂。两者都需要更大的投资。

根据行业分析,蔚来三代换电站的成本约为150万-200万元。2023年,蔚来新建1035 座换电站,累计建成 2350 可想而知,投资有多大。换电站的运营成本也很高,蔚来一年换电站的运营成本在30万-40万元左右。不久前,李斌告诉媒体,Nio Power实现盈利还需要几年时间,单个换电站每天60单就能实现盈利,但蔚来整个换电网离这个平衡点还是有差距的。

更重要的是,汽车公司和消费者更重要“高效”选择,即可油可电的混动模式,CTC、CTP是否支持换电并不那么重要。

CTC技术的真正局限性在于,由于电池与底盘和车身的设计是一体的,如果车身发生碰撞事故,电池也可能被更换,这将增加维护成本,类似于汽车公司推广综合压铸技术。

另外,我补充一个“传言”,也就是说,随着结构创新成为电池行业的发展趋势,电池制造商和汽车公司之间的竞争将会增加,电池组领域的模式将会被重写。

由于CTC涉及汽车底盘制造,这是汽车公司的优势。随着电池制造商推出CTP解决方案,它们也渗透到底盘方向。与此同时,随着CTC解决方案,汽车公司也渗透到电池组和电池模块领域。双方的交集越来越多,竞争不可避免。在两者的攻击下,第三方电池组企业首当其冲,其市场份额将被侵蚀。

结语

在材料创新方面,动力电池行业有两个方向,一个是钠离子电池,另一个是固态电池。钠离子电池具有储量是锂资源的440倍、耐低温等优点。但由于其能量密度低于锂离子,更适合应用于A00级市场,补充磷酸铁锂。江淮是其旗下的“电版花仙钠”,它是世界上第一辆配备钠离子电池的汽车,其电池包容量为23.2kWh,CLTC工况下的续航时间只有230公里。

固体电池采用固体电解质代替传统锂电池中的电解质和隔膜。与锂离子电池相比,它具有更好的安全性和更高的能量密度。然而,电池行业领先的宁德时代计划将于2030年实现固体电池的商业化。

总的来说,虽然动力电池在短期内无法在材料上取得突破,但它只能依靠结构创新来满足当前日益增长的市场需求。虽然这一结果令人遗憾,但也令人惊讶的是,中国企业在材料和结构领域的地位不容忽视,中国企业只能期待“洋”叹息的日子已经过去了。

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