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一文揭秘电池包结构CTP/CTC/CTB/CTM:优势对比与选择指南

作者:付晓红 来源:网络整理 发表:2023-12-15 12:25:15 我要点评 作者ID:2

在新能源汽车的浪潮中,电池包作为其核心部件之一,其结构形式对车辆的性能、安全和成本有着重要影响。CTP、CTC、CTB、CTM这四种电池包结构,各自有何优势?又该如何选择?...

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在新能源汽车的浪潮中,电池包作为其核心部件之一,其结构形式对车辆的性能、安全和成本有着重要影响。

CTP、CTC、CTB、CTM这四种电池包结构,各自有何优势?

又该如何选择?本文将揭秘这四种电池包结构的优劣对比,为你提供一份实用的选择指南。

负责任地填写之前写滑板底盘时埋下的坑:针对目前电池组的形式,即CTPP、CTC、CTB、什么是CTM?我希望我能回答你的问题。媒体同事和了解汽车的老板们,如果文章有错误或疑问,我们可以在评论区友好交流。

相关回顾:广州车展新技术:了解“滑板底盘”|莫工科普

在谈论结构之前,首先要弄清楚这些缩写的全称是什么?

“C”是“Cell缩写,俗称“电芯”。

“T”—“To”。

“P”—“Pack“,一般是整个电池组。

“C”—“Chassis”。

“B”—“Body”。

“M”—“Module”。

连起来就是“连起来”Cell To Body”、“Cell To Pack”等等。

通过以上名称,你可以发现它的目的是围绕电池进行——在电动汽车的三电系统中,电池组是为车辆提供电源的。逐层拆分后,最终的能量源是电池。

从结构上看,最高效、最节省空间的电动汽车无疑是将电池直接安装在车身内部,最终的解决方案,也就是我们小时候男生玩过的迷你四轮驱动,一点空间都不浪费。

一文揭秘电池包结构CTP/CTC/CTB/CTM:优势对比与选择指南

虽然电动汽车在原则上类似于迷你四轮驱动,但交通和玩具不是一个维度的产物,汽车在使用场景、速度、性能、安全保护等方面,有非常严格的要求,目前的技术条件,显然不能像迷你四轮驱动一样简单粗暴地插入两个电池。

与燃料汽车相比,虽然电动汽车在结构空间上更加灵活,空间利用率更好,但在现有条件下不能像燃料汽车那样快速补充能量。为了避免里程焦虑,优化能量管理,提高能量密度仍是主流路线,这也是目前三电系统端需要解决的问题。

不幸的是,到目前为止,电池端还没有太多的质的飞跃,也就是能量密度没有太多的突破。如何优化整个电池组的内部空间,尽可能多地插入电池,增加电池寿命,成为电动汽车提高电池寿命的主要手段。

有一个话题我们要谈。

被淘汰的Cellll To Module

从第一个CTM结构来看,基本逻辑是将一定数量的电池组合成单个模块,然后通过几个并联模块,最终输出一个总正负极,然后成为一个电池组。

其中包含但不限于:电池、模块、端板、水冷板、高压铜排、电池组底壳、电池组盖、垫片、绝缘板等。早期电动汽车,基本上是“油改电”,为了尽可能充满电池,加上当时没有相应的空间和位置,所以电池组看起来很奇怪,BMS和高低压继电器也堆在电池组里,结构相当复杂凌乱,完全不符合工业设计和商业生产逻辑。

我不是天才。我当了一年电池组结构设计工程师。现在我不忍心直接看当时画。甲方一般会发送3D扫描底包络,然后根据客户需求在有限的空间内进行设计,与整车完全没有沟通。

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说实话,CTM结构没有太多优势。

也许唯一可以称之为优势的是电池可以单独更换。

如果在某个模块中诊断出某个电池异常,可以单独拆卸更换。

这个过程相对繁琐——另外,几乎都是缺点。

在制造过程中,早期油改电CTM不会使用铸铝这种“高端”产品,可以使用钢板折叠冲压绝对不会使用太复杂的过程,模块通过螺钉和底壳焊接冲压梁固定,其余基本上是装配线手动安装模块和各种插件,最后覆盖“塑料薄膜”新工厂。

别担心,这种CTM电池组在2023年的新能源汽车中几乎已经消失,特别是在国内电动汽车市场,如果还有其他制造商仍在使用类似的结构,它很可能被判断为廉价汽车或节省成本。

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以宁王为代表的Celll To Pack

2019年,宁德时代发布了新一代电池技术,即CTP。从字面上看,CTP技术的核心是取消模块设计,电池与外壳直接结合,减少端板和隔板的使用,进一步挤压电池组的空间,更加集成。

随之而来的问题是模块固定和冷却。从宁德时代到现在,主流的方法是用钢带或胶带固定结构相对简单的方形电池,然后通过导热结构将大块电池粘接到液冷板上。同时,底壳的工艺也摒弃了以往大钢板的折边焊接方式,采用了更符合量产和积极设计的铸铝或铝挤压底壳。通过设计添加定位销或卡槽来限制电池。

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在散热方面,采用大面积冷板和托盘焊接,同时冷却整个电池组。过去,由于模块的存在和工艺结构简单,成本低廉,在每个或每2-4个相邻模块下简单粗暴地放置一个单独的水冷板,然后从内到外转移进出口。这种连接方式存在电池组冷却液泄漏的风险,目前的制造过程可以完全解决这个问题,散热效率比前者更高效。

事实上,“宁王”使用的CTP1.0并不是纯粹的无模块设计。从图中可以看出,原来的小模块被设计成三个大模块和两个中模块,两端也有铝端板,所以理论上仍然是CTM,但在结构上,它确实比原来的技术好得多。

在CTP3.0麒麟电池技术之后,宁德时代提供了更先进的制造方法,可以说完全成为真正的无模块设计,电池也从原来的正面到侧面,合适的电池也采用了新的冷却方案,冷板还承担隔热、温度控制、缓冲、支撑,断面有点类似于蜂窝铝结构,从结构图来看,底壳也有相应的固定电池限制,可以说,与1.0相比,3.0才是真正的CTP,视觉观感更加整洁统一。

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到目前为止,基本上所有的新能源汽车都采用了类似的CTP制造方法,电池粘接方法也导致以后无法更换电池——假设电池组有故障,只能一起更换整个电池组,最后拆卸报废。这是我咨询一个头部电池制造商工程师的答案。

但正是这种结构设计证明,当前电池性能的稳定性与以往不同,基本上不会出现单个故障问题,也不需要单独拆卸更换,同时由于电池稳定性的提高,给了CTP技术实现的前提。

时尚先进的Cell To Body和看起来很漂亮的Celll To Chassis

CTB和CTC之间最本质的区别在于“底盘”这个词。为了避免误导,这里得出到目前为止,乘用车领域还没有成熟的商业车型。

至于一些制造商声称的CTC,我理解它只是为了创造差异化、记忆点和商业运营中的噱头。因为真正的CTC的必然条件是“Chassis“-也就是说,将电池与底盘直接结合成一个整体。

但问题是,绝大多数乘用车都是“承重车身”,根本没有所谓的“底盘”。因为只有非承重车身,即使车身仍然可以打开,才能被称为真正的“底盘”。

作为汽车媒体,我们在评估载体乘用车时,经常使用“底盘”一词来评估整车的控制和稳定性,主要是为了方便大家理解。但事实上,我们需要理解的是,市场上绝大多数乘用车的“载体”车身结构并没有真正的“底盘”。

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所以在承重车身上,最正确的说法应该是CTB,所以你也可以理解CTC和CTB是一样的。

如果真的制作了非承重车身的“滑板底盘”,它可以被视为CTC。

CTB与上述CTP最大的区别是电池和车厢密封的完整性。CTP需要保留完整的电池组上下外壳,车厢和电池负责独立密封;CTB将电池盖和车身底板结合起来,其中一个电池和车身底板必须不完整。

独立完整的车厢和电池单独密封没什么可解释的,大家都知道。我试着生动地描述一下“不完整”密封形式之间的区别:要么通过车身底板(比亚迪海豹)密封电池,要么大家都坐在电池组上开车(特斯拉Model) Y)。

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CTB的优点是将电池组系统纳入汽车开发过程,总布局、车身、悬架和动力电池部门需要充分合作。在平台和模型开发的早期阶段,我们应该开始考虑电池设计对其他部分的影响,而不是CTP和CTM。

这样,电池组系统正式进入车辆的战略布局,在车辆的统一性、合理性、结构设计、人机工程等方面得到了相当大的改进。同时,取消了上盖或车身底板的设计,也可以释放Z向空间,可以增加10毫米以上的高度。

这也解释了为什么我驾驶比亚迪海豹,会觉得汽车人机工程非常接近传统燃料汽车——这里说接近传统燃料汽车绝对是一种褒义,由于电池结构,几年前电动汽车舒适性明显比燃料汽车差—同时加上BYD刀片电池技术,进一步降低电池包装厚度,最终获得相当好的前后人机工程体验。

再次强调,如果不使用CTB技术,你可能对SUV没有太多的感知,但当你把它放在汽车上时,你可以立即找到差异(参考蔚来ET5)、ET7与燃油车型后排人机工程舒适度相似)。

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相比于CTM,CTP和CTB给整车结构强度上,也提供了相当一部分的优势,尤其是在扭转刚度上。CTM采用的是模组与底壳机械螺丝固定的方式,模组件不参与力传导,在车辆扭转过程中,无法提供更多的帮助;而CTP和CTB均采用电芯与底壳粘接的方式。

特斯拉的CTB则更夸张,整个包内填充满了用于绝缘与粘接固定的粉色材料,强度相当牢靠,可以理解为车底下塞了块大号铁板,那扭转刚度还不起飞?

所以你可以发现目前的电动车,但凡是使用了CTB和CTP技术的,扭转刚度都随便超过40000N·m/deg,这是以往在很多高性能车和超豪华车型上才有的表现。

比如之前海豹在宣传的时候就说过扭转刚度比肩劳斯莱斯,从这点上来看,这话说得并不夸张。

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另外,还有称之为“MTB”的,也就是“Module To Body”,采用的是电芯模组固定的方式,再取消电池上盖进而安装在车辆上,目前零跑采用的就是这种方案。

莫工总结

总而言之,无论采用哪种设计,都各有各的特点,但本质上都是为了尽可能压榨空间,塞下更多电池。把电池包和车身考虑在一起进行设计制造,也可以减少零部件使用,提高量产效率,降低成本,进而提高车辆性能表现。

而普通用户买车的时候,其实很容易被官方话术误导,尤其是对那些无迹可查的百分比数据(类似于车身车架提高xx%扭转刚度,容量提升xx%等,百分比相比的对象都语焉不详,相当于只有一个空数据),我觉得也不用去太看重这些数字游戏,因为最终还是要用感受来说话。

毕竟吹得再花哨,开起来不行、坐起来不舒服、维护起来还的,那该被时代淘汰的,自然会被淘汰。

文|莫逸龙

图|网络

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