淺析特斯拉CTC方案和一體化壓鑄技術(shù)

CTC是Cell to Chassis的簡稱，即電芯直接集成于車輛底盤的工藝。它進一步加深了電池系統(tǒng)與電動車動力系統(tǒng)、底盤的集成，減少零部件數(shù)量，節(jié)省空間，提高結(jié)構(gòu)效率，大幅度降低車重，增加電池續(xù)航里程，被認為是下一個階段決定新能源汽車競爭勝負的關(guān)鍵核心技術(shù)。



CTX三階段

電池成本占到整車成本的三分之一以上，是決定汽車性能的核心因素，因此電池系統(tǒng)的集成化是新能源汽車生產(chǎn)制造改革中重要的一環(huán)。電池系統(tǒng)集成主要走過了幾個階段：

CTM：Cell to Module，最開始產(chǎn)業(yè)希望將電芯標準化，進而利用規(guī)?；档统杀?，但是OEM車型需求不同，電池廠家的電芯尺寸也難以統(tǒng)一，所以后來電池系統(tǒng)標準化轉(zhuǎn)向了模組。過去幾年電池系統(tǒng)集成化的重點就是不斷提升標準化電池模組的尺寸，如比較典型的是355、390、590模組。

CTP：Cell to Pack，由于模組的存在，使得電池包的空間利用率較低，因此如寧德時代、比亞迪、蜂巢能源等陸續(xù)發(fā)布了各自的CTP方案，跳過標準化模組環(huán)節(jié)，直接將電芯集成在電池包上，有效提升了電池包的空間利用率和能量密度。

CTC：Cell to Chassis，不再僅限于電池重新排布，還將納入電驅(qū)電控系統(tǒng)，使得電池、電機、電控、車載充電機、DC/DC、底盤高度集成，通過智能化動力域控制器，優(yōu)化動力分配、降低能耗。這是未來的發(fā)展趨勢，要求主機廠、電池供應(yīng)商等必須具備多項跨域的能力，車企大多要有具備電芯設(shè)計、三電系統(tǒng)高度集成的能力，電池企業(yè)可能需要在電機、底盤設(shè)計等板塊的布局，目前特斯拉已率先公布CTC方案，沃爾沃、比亞迪、寧德時代等都在加速布局。

特斯拉 CTC方案和一體化壓鑄技術(shù)

特斯拉在2020年電池日講到，CTC 技術(shù)靈感來自航空航天領(lǐng)域，即將燃料箱融于機翼，而不是在機翼內(nèi)還有一個燃料箱用于容納燃料。新設(shè)計能有效減少零部件的數(shù)量和電池組的總質(zhì)量，通過提高制造效率并降低成本最終實現(xiàn)電動車的續(xù)航里程的增加。據(jù)悉，特斯拉最新的第三代圓柱電池4680電芯和上一代電芯都可以使用CTC技術(shù)。

2021年6月，特斯拉公開了一份名為INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM的電池系統(tǒng)專利，專利號為 US 2021/0159567 A1，詳細描述了4680 Structural Battery（CTC）電池系統(tǒng)集成技術(shù)。

2021年10月，特斯拉在柏林工廠舉辦參觀活動時，首次對外展示了 4680 Structure Battery，整體設(shè)計思路方案與專利披露信息基本一致。

根據(jù)專利和公開展示的信息，特斯拉CTC有下面的幾個特點：

①電池包上蓋與電芯粘接在一起，與座椅等車輛結(jié)構(gòu)件直接連接在一起；

②電芯之間填充樹脂材料，起到熱保護和結(jié)構(gòu)性支撐的作用；

③把以前的鋁絲連接改為 Busbar 連接，利用母排引腳將電連接和電池管理系統(tǒng)的采集板直接連接在一起；

④電池包一側(cè)配置了8個泄壓閥，加強了熱失控管理；

⑤電芯間的蛇形管布置與車橋方向平行，通過減少蛇形管長度而減少流阻，增加冷卻均勻性。

特斯拉CTC方案具有減少支撐件、減輕整車質(zhì)量、提升整體電池容量等優(yōu)勢，該應(yīng)用將為車輛降低10%車重，增加14%續(xù)航里程，減少370個零件，單位成本下降7%，單位投資下降8%，大幅提升汽車生產(chǎn)制造的效率。

此外，提到特斯的CTC解決方案，就不得不提一體化壓鑄技術(shù)。

2020年特斯拉電池日上，特斯拉首次在Model Y后車身結(jié)構(gòu)件采用一體壓鑄工藝，前車身+后車身+底盤電池包組合成車身。相比傳統(tǒng)沖壓焊接工藝，特斯拉的一體壓鑄技術(shù)將大量減少車身零部件、降低車身復(fù)雜度并實現(xiàn)減重，與此同時車身焊接線及對應(yīng)的工業(yè)機器人及工人將由一臺壓鑄機替代，壓鑄成型后的一體式車身無需再進行二次熱處理，大幅提高制造效率（柏林工廠可實現(xiàn)45秒生產(chǎn)一個車身）。另，一體壓鑄工藝的生產(chǎn)設(shè)備的占地面積更小，相比于傳統(tǒng)沖壓焊接工藝的生產(chǎn)設(shè)備能夠節(jié)省35%的占地面積，生產(chǎn)流程也得到簡化。

零跑汽車 國產(chǎn)CTC首發(fā)

2022年4月25日，零跑智能動力CTC電池底盤一體化技術(shù)發(fā)布會隆重舉行，如無意外，今年8月上市的零跑C01將是成為國內(nèi)第一款搭載CTC技術(shù)的產(chǎn)品。

零跑的CTC想法來自朱江明，他在2016年時受到從功能手機分離式電池到智能手機一體式電池的啟發(fā)，“汽車動力電池是不是也可以借鑒這種思路？”，于是立即啟動預(yù)研，成立了電池研發(fā)團隊，掌握了基于電池制造整個模組、電池包和BMS的技術(shù)能力。

零跑將電池、底盤和下車身進行集成設(shè)計，簡化產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)工藝的前沿技術(shù)，通過重新設(shè)計電池承載托盤，使整個下車體底盤結(jié)構(gòu)與電池托盤結(jié)構(gòu)耦合，創(chuàng)新了安裝工藝。通過減少冗余的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能有效減少零部件數(shù)量，在提升空間利用率和系統(tǒng)比能的同時，讓車身與電池結(jié)構(gòu)互補，使電池抗沖擊能力及車身扭轉(zhuǎn)剛度得到大幅提升。

首先是減少模組后產(chǎn)生更多的電池容量空間，相比傳統(tǒng)方案電池布置空間增加14.5%。

其次是輕量化，電池系統(tǒng)取消模塊層級節(jié)省下的結(jié)構(gòu)件讓車身輕量化系數(shù)相比傳統(tǒng)方案提升20%，同級系數(shù)更好，經(jīng)濟性、性能更均衡。

第三是讓車身扭轉(zhuǎn)剛度提升25%，抵御共振能力就越強，NVH性能越好，操控性、響應(yīng)度和行駛性能越好，同時提升了被動安全。

第四是通過軟件控制，電池的主動安全也得以提升。據(jù)稱，采用了AI BMS的技術(shù)，可以實時監(jiān)測，這樣基本上杜絕了因為電池或者電芯失效引發(fā)的安全問題。

此外，嚴格意義上講，零跑目前是技術(shù)是MTC（Module to Chassis），因為其仍然保留了電池模組——Module，是把電池模組集成到了底盤，而不是把電芯直接集成到底盤。這種方案在CTC節(jié)省空間、提高集成度、減少配件等板塊打了折扣，但是在維修保養(yǎng)的便利性和成本上會低不少，且可以迅速推向市場。

比亞迪 CTB電池車身一體化技術(shù)相約520

2021年，比亞迪推出了全新純電動專屬平臺e3.0， 實現(xiàn)了“八合一”動力系統(tǒng)集成，將驅(qū)動電機、電機控制器、減速器、高壓配電箱、逆變器、車載充電器、整車控制器、電池管理系統(tǒng)等8大模塊整合，延續(xù)使用了超安全刀片電池，并進一步將刀片電池與整個車身融為一體，還將整車的驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向等功能深度融合。

近期，比亞迪宣布海豹將于5月20日開啟預(yù)售，同時發(fā)布基于平臺3.0打造的CTB電池車身一體化技術(shù)。如果說海豚是七合一，元PLUS是八合一，那么海豹就是在八合一的基礎(chǔ)上更進一步地將電池做到了車身中，刀片電池把安全和強度融入作為整車的一部分，扭轉(zhuǎn)剛度將比燃油車翻一倍，對整車的駕控將會有很大的提升。

CTB電池車身一體化技術(shù)從結(jié)構(gòu)設(shè)計來看，比亞迪把車身地板面板與電池包上殼體合二為一，集成于電池上蓋與門檻及前后橫梁形成的平整密封面通過密封膠密封乘員艙，底部通過安裝點與車身組裝。也就是說比亞迪在設(shè)計制造電池包的時候，把新一代海豹的電池系統(tǒng)作為一個整體與車身集成，電池本身的密封及防水要求可以滿足，電池與成員艙的密封也相對簡單，風(fēng)險可控。

寧德時代CTC布局提速

2020年8月，寧德時代宣布正研發(fā)一項電池底盤一體化新技術(shù)，該技術(shù)可使電動車續(xù)航里程超過800公里，這一數(shù)據(jù)在當時普遍300-400公里續(xù)航的市場中稱得上具有突破性。

目前，寧德時代正在加快 CTC 的研發(fā)攻關(guān)，并宣布計劃于 2025 年左右推出高度集成化的CTC技術(shù)，并有望在2028年前后升級至第五代智能化CTC。

2022年1月26日，寧德時代與上海適達投資管理有限公司、蘇州新越眾合商務(wù)咨詢中心(有限合伙)及自然人姜勇在蘇州市共同投資設(shè)立“蘇州時代新安能源科技有限公司”，專注電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)，其中寧德時代出資13.5億元，持有合資公司54％股權(quán)。該公司法人代表姜勇曾經(jīng)擔任匯川技術(shù)副總裁、匯川聯(lián)合動力系統(tǒng)有限公司董事長，在新能源汽車電機電控等領(lǐng)域擁有近十年經(jīng)驗；董事長李平則是寧德時代的聯(lián)合創(chuàng)始人與副董事長。有消息稱，時代新安成立的核心目的是CTC技術(shù)的落地，將電芯和底盤集成，再把電機、電控、整車高壓如直流轉(zhuǎn)換器DC／DC、車載充電機OBC等通過創(chuàng)新的架構(gòu)集成在一起，并通過智能化動力域控制器優(yōu)化動力分配和降低能耗。

2022年2月15日，時代新安與浙江新吉奧汽車有限公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，據(jù)稱合作不僅僅局限于CTC底盤的開發(fā)，接下來，隨著項目的落地與合作的深入，雙方將在合作開發(fā)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)CTC底盤的合資生產(chǎn)，甚至雙方還已經(jīng)探討了未來“三電”圍繞新吉奧新能源商用車板塊布局屬地化生產(chǎn)的可能性。

2022年2月19日，寧德時代（上海）智能科技一體化電動底盤研制項目及瑞庭時代上海智能動力系統(tǒng)項目（二期）開工儀式在上海臨港舉行。其中的一體化電動底盤項目大概率就是為了加速CTC技術(shù)的落地。

2022年4月29日，華為智能汽車解決方案BU智能車控領(lǐng)域總經(jīng)理蔡建永已經(jīng)離職，并加入了電池企業(yè)公司寧德時代，負責(zé)CTC電池底盤一體化業(yè)務(wù)。蔡建永在華為有著深厚的履歷，曾任華為智能汽車BU的CTO一職，工作內(nèi)容主要涉及車輛架構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計兩大方面。

此外，寧德時代也在同步挖掘車身架構(gòu)、底盤方面人才。招聘網(wǎng)站顯示，寧德時代目前在招崗位中有20多個與車輛底盤與架構(gòu)設(shè)計相關(guān)。

CTC對汽車產(chǎn)業(yè)鏈影響深遠

CTC技術(shù)集成了電芯、底盤、大小三電系統(tǒng)等，同時也整合了自動駕駛相關(guān)模塊，涉及的產(chǎn)業(yè)鏈極其復(fù)雜，將會為汽車工業(yè)帶來的一場生產(chǎn)制造革命。

整車企業(yè)： 主機廠認為“不能將靈魂交給別人”，CTC的出現(xiàn)，將突破PACK的限制，直接涉及到汽車底盤，這是整車最為關(guān)鍵的核心部件，是整車廠商經(jīng)歷長期發(fā)展所積累的核心優(yōu)勢所在，電池企業(yè)/專業(yè) PACK企業(yè)難以獨立開發(fā)的。雖然新能源汽車底盤開發(fā)的技術(shù)壁壘相比燃油汽車已經(jīng)大幅下降，但整車廠商仍然在開發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)上具有較大優(yōu)勢。未來CTC發(fā)展路線上，具備技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢的OEM將掌控更多CTC主導(dǎo)權(quán)；不具備整車開發(fā)優(yōu)勢的整車企業(yè)將淪為移動出行公司的代工廠，在底盤等硬件環(huán)節(jié)也將喪失主導(dǎo)權(quán)；主打自動駕駛和科技出行服務(wù)，以輕資產(chǎn)運營的整車廠商如百度、小米等，將交由第三方主導(dǎo)CTC開發(fā)。同時具備車身研發(fā)和電池研發(fā)這兩個領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗與能力的車企，將會大有所為。

電池企業(yè)： 與CTP技術(shù)相比，CTC技術(shù)要求電池制造商從更早的階段介入車型設(shè)計，這就要求電池企業(yè)具備更強的研發(fā)設(shè)計能力，配合部分主機廠進行深度開發(fā)。因此，預(yù)計將會有越來越多的電池廠與主機廠展開深度合作。

此外，電池企業(yè)缺乏對車輛底盤的開發(fā)經(jīng)驗和技術(shù)積累，雖然在CTC上有構(gòu)想，但若想在底盤技術(shù)上有所突破還需要較長時間的積累。通過并購或控股等方式控制一些專業(yè)底盤公司，掌握底盤開發(fā)技術(shù)，可能是電池廠商較快實現(xiàn)CTC突破的有效路徑。目前，寧德時代正在大力招聘汽車底盤技術(shù)相關(guān)的人才；國軒高科也與車企討論過CTC方案，認為這在有限的范圍內(nèi)可行，但目前還沒有布局。

底盤企業(yè)： 掌握底盤零部件研發(fā)及系統(tǒng)集成技術(shù)的專業(yè)底盤公司，一方面自身有獨立開發(fā)CTC的可能性，另一方面也將以供應(yīng)商的角色參與以整車廠商或電池廠商主導(dǎo)的CTC研發(fā)中。此外，滑板底盤創(chuàng)造出新能源汽車賽道的新入局機遇，出現(xiàn)了悠跑科技、PIX Moving等電動底盤開發(fā)的第三方供應(yīng)商。

其它零部件企業(yè)： 由于CTC技術(shù)的高度集成，像模組時代的占據(jù)一定比例的金屬結(jié)構(gòu)件，如如縱橫梁、模組殼體，加強筋，水冷管路等，塑料結(jié)構(gòu)件如如用于承載、固定、絕緣防護，管路連接等，會銳減甚至?xí)苯油顺鲞@個產(chǎn)業(yè)。此外，如焊接類、緊固連接類的加工工藝也將大幅銳減。

對于膠黏技術(shù)可能需求量會更大且要求更高，一些新材料新工藝如熱失控防護材料、噴涂等則需要更高的技術(shù)性產(chǎn)品來匹配。

此外，對于電芯的技術(shù)要求會更高，除了電化學(xué)本體上的性能要求外，尤其是結(jié)構(gòu)強度、剛度上的要求，相當于電芯的技術(shù)門檻提高了。

未來集成的重點將由電池系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至電底盤，一體化電底盤技術(shù)體將開啟它獨立的技術(shù)迭代，期待CTC技術(shù)迸發(fā)出更多的創(chuàng)新和技術(shù)需求，開創(chuàng)出劃時代的智能電動汽車。

審核編輯：劉清