電池包技術發(fā)展路徑：從CTP到CTC

導語：

CTC技術是目前純電動車電池與整車集成的發(fā)展趨勢。然而要推廣CTC并非易事，事實上，CTC也是一種優(yōu)點和缺點都很明顯的方案。相信在智能化、電動化的浪潮下，技術越來越成熟，汽車行業(yè)將會創(chuàng)新出更多商業(yè)模式，涌入更多新玩家來推動技術的發(fā)展與完善。

作者簡介：小龍，電池碩士

寧德時代中國區(qū)乘用車解決方案部總裁項延火在第十屆全球新能源汽車大會上透露，寧德時代將于2025年前后正式推出高度集成化的CTC（Cell to Chassis）電池技術。

無獨有偶，不少車企也提出CTC技術路線，一是去年9月馬斯克在特斯拉電池日上發(fā)布的結構性電池（structural battery）；二是今年7月初，在沃爾沃和大眾集團舉辦的戰(zhàn)略發(fā)展大會上，兩家傳統(tǒng)車企巨頭都不約而同地提及CTC，和特斯拉一樣要把CTC作為未來技術路線的重點方向。

那么，這個CTC到底有何神秘之處？

1、

在搞明白CTC技術之前，我們先來了解一下什么是CTP（無模組技術），以及他們之間的聯系。

CTP技術（無模組技術）全稱為Cell To Pack，是減少或去除電池“電芯－模組－整包”的三級Pack 結構的技術。CTP電池包即是電芯直接集成到電池包內，這種電池由于省去了電池模組，電池包集成到車身地板上作為整車結構件的一部分。國內稱之為CTP。相比于傳統(tǒng)電池包，可以使體積利用率提升15％－20％，零件數量減少40％，生產效率提升50％并降低動力電池的制造成本。

具體來說，電池模組是指若干關聯的零部件組成的模塊。而電池包（Pack）是由若干個模組、BMS、配電模塊組成。比如特斯拉最早是將7000多支電芯預先集成若干個模塊，最后安裝在電池箱體內部。通過這種模組工藝大大降低了裝配復雜程度，生產效率也得以提升。此外，模塊化設計有利于動力電池維修保養(yǎng)，方便更換模塊或模組，所帶來的個別問題是模組的應用增加許多其他零部件，致使電池包（Pack）的質量增加、成本增加。目前采用CTP技術的主要有比亞迪、蜂巢新能源和寧德時代。

比亞迪電池組的CTP技術能將電池容量提高20％～30％，電池壽命延20％～30％。刀片電池也首次用于比亞迪的漢EV電動汽車。比亞迪刀片電池的制作依賴于CTP 技術。刀片電池基于磷酸鐵鋰技術的創(chuàng)新，具有啟動放熱溫度高、溫升慢、產熱少、不釋氧等優(yōu)點。此外，刀片電池變長變薄，表面積也增加，整體散熱更好。電池的短路電路相對較長，產生的熱量較少，所以刀片電池的安全性能是非常出色的。

圖1 比亞迪CTP技術－刀片電池

蜂巢新能源使用的CTP技術，采用無模組方案可以有效縮短生產線，減少生產過程中的浪費。電芯在線堆疊，測試后直接放入電池盒，大大減少了流動過程，減少了模塊傳統(tǒng)的框架焊接過程。與傳統(tǒng)590模組相比，CTP第一代減少24％的零部件，第二代成組效率提升5－10％，空間利用率提升5％，零部件數量再減少22％。

圖2 蜂巢新能源CTP技術

寧德時代CTP技術是將一個大的模塊通過若干個塑料散熱片分割成小空間，這些塑料散熱片可以像電腦硬盤一樣插入小空間。去掉電池模塊，將電池直接集成到電池組中，可以提高電池組的空間利用率，減輕電池組的質量，提高能量密度，降低成本與傳統(tǒng)的電池相比，CTP電池組的容量利用率增加15％～20％，零部件的數量減少了40％，生產效率提升了50％，電池的能量密度提高10％～15％，這將大大降低動力電池的制造成本。電池組由至少兩個大模塊組成，每個模塊通過緊固件連接到電池托盤上，最后將電池組固定到不同的橫梁上。

圖3 寧德時代CTP技術

2、

盡管CTP技術有很多優(yōu)勢，但仍然有些問題需要不斷改善。

首先是電池的碰撞安全。利用CTP 技術在電池組中使用，去除電池組的側梁，電池將直接承受碰撞的影響。因此，CTP 電池組需要具備足夠的扛碰撞能力。

其次，電池熱管理對電池安全問題至關重要。寧德時代的各個模塊采用CTP技術，在殼體中部填滿導熱膠，在電芯側壁與殼體之間設有壓力或溫度傳感器，它用于檢測電池的形狀變化和溫度變化，以消除電池的故障，并提前測量熱逃逸現象。

然后是售后維護成本、難度是否會增加？ 傳統(tǒng)電池包內部有模組，電池產生問題時可以通過更換電池模組解決；一旦無模組電池包出現問題，是不是要整包替換呢？這恐怕不是4S店可以解決的了，大概率要退回電池廠家維修。不過，一些新能源電池廠家表示他們的CTP技術已經考慮過這個問題，他們的CTP可以在一定程度上實現電芯的拆卸，以方便維修和梯次利用。

最后是電池的一致性，電池生產與電池使用的一致性是一個難以解決的問題。采用CTP 技術的電芯可以由幾個較小的電芯一個接一個地串聯起來。電池包由數百個不同的電池組成，輸出的數量由最差的電池決定。如何監(jiān)控并控制每個電芯的充放電狀態(tài)對電池管理系統(tǒng)BMS提出了更高的要求。

自從推出第一代CTP電池技術后，電池結構的創(chuàng)新成為了諸多電池企業(yè)降本增效的重要手段，而此次CTC技術的曝光進一步驗證在現有電池技術沒有革命性成功之前，電池組結構的創(chuàng)新將會是未來的主流發(fā)展趨勢。

3、

那么什么是寧德時代最新披露的CTC技術呢？

CTC電池集成方案是直接將電芯集成在地板框架內部，將地板上下板作為電池殼體。它是CTP方案的進一步集成，完全使用地板的上下板代替電池殼體和蓋板，與車身地板和底盤一體化設計，從根本上改變了電池的安裝形式。

CTC技術的目的是高度集成化和模塊化，簡化總裝工藝和降低成本，追求的是蘋果的一體化設計，在這種思想的指導下維修便利性確實是一個挑戰(zhàn)。對于電池本身來說是由電芯直接組裝成電池包，而且電芯通過膠的封裝形成一個高強度的整體，同時又被多層的防護材料包裹，因此對于單個電芯是無法進行維修和更換的，如果出現問題，只能整體更換電池包。對于電池包與車身的安裝來說，如果需要維修或更換電池包，需要拆除座椅橫梁，去掉密封膠，維修相對復雜，對于維修的便利性問題還需要進一步研究。

圖4 寧德時代CTC技術

4、

我們看下不同電池集成技術的對比，如圖5和表一所示。

CTC電池技術的空間利用率最高，對于電池電量的提升有顯著的效果，同時需要考慮如何實現密封和電池承載載荷。但是CTC還是一個在現有電池本身技術不變的條件下，最有效提升電量的方案。

圖5 不同電池包技術間的演變

表 1 不同技術對比

目前電動汽車最重要的技術指標，也是消費者關注度高的，是汽車的續(xù)航里程，而對續(xù)航里程最直接的影響就是電池電量，因此增加電池電量就成為增加汽車續(xù)航里程的最有效方案。為了實現更高的電量，電池的集成趨勢已經由小模組發(fā)展為大模組、超長模組，甚至無模組方案，這種方式已經在一定程度上提升了空間利用率，增加了電量。但是為了追求更苛刻的需求，所以提出結構化電池的概念，讓電池本身成為車身的一部分（類似現代民航飛機將整個機翼作為油箱的思路），也就是CTC，也稱為電池車身一體化。

CTC技術是目前純電動車電池與整車集成的發(fā)展趨勢。然而要推廣CTC并非易事，事實上，CTC也是一種優(yōu)點和缺點都很明顯的方案。相信在智能化、電動化的浪潮下，技術越來越成熟，汽車行業(yè)將會創(chuàng)新出更多商業(yè)模式，涌入更多新玩家來推動技術的發(fā)展與完善。

參考資料：

［1］ 張濤．CTC集成技術在電動汽車電池布置中的應用［J］．科學技術創(chuàng)新，2021（05）：172－174．

［2］ 朱小燕．無模組技術在新能源汽車動力電池中的應用與研究［J］．科技與創(chuàng)新，2020（15）：159－161．