從CTP、CTC、CTB淺談電動汽車動力電池集成技術

文/赫炎 設計/邱洪濤

5月20日，比亞迪汽車海洋系列新車型海豹正式上市，并開啟預售。根據官方介紹，該車型是比亞迪汽車首款搭載CTB技術的e平臺3.0車型，應用了CTB電池車身一體化技術。那么，CTB是什么技術？想了解電動汽車的消費者肯定是想首先了解一下這個CTB到底是什么，而有購買電動汽車意向的消費者肯定不止看了這款車的介紹，在看其他車型介紹時會發現，其他車型有的應用了CTP技術，還有的車型應用了CTC技術，那到底這些都是什么技術，相互之間有什么關系？本文就這些問題，簡要介紹一下這些電動汽車動力電池集成技術，以方便消費者了解電動汽車的相關知識和技術發展現狀。

近些年，隨著新能源汽車的發展，最常應用的磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池等動力電池，在已掌握的電池技術方面達到了性能極限，短時間內還很難從體積能量密度和質量能量密度等方面得到發展。因此，只能從整車結構方面進行優化，在有限的空間內，最大程度地裝載更多的電池，以保證車輛在行駛中的性能和續航里程。

電動汽車動力電池傳統的集成方式就是將電芯集成在模組中，英文是Cell to Module，簡稱CTM。以前對動力電池的集成化重點是在不斷提升標準化電池模組的尺寸方面，例如典型的355、390和590等模組，但這種集成方式的空間利用率僅有40%，很大程度上限制了其它部件的空間。由此催生了CTP、CTC、CTB等新的電動汽車動力電池集成技術。除了比亞迪海豹的CTB，在更早時間有多家企業應用CTP技術，零跑汽車則全球首發無電池包的CTC。

CTP（Cell to Pack）電池無模組技術

該技術最早由寧德時代于2019年提出，后來比亞迪汽車、蜂巢能源等陸續發布了各自的CTP方案。CTP技術主要是通過取消電池模組設計，直接將電芯集成為電池包，再把電池包作為整車結構的一部分集成到車身底板上，這樣的結構比傳統的動力電池結構提高了空間利用率，電芯裝的多，模組的端板結構少，質量減輕，續航里程也就相對提高。CTP技術有兩個典型代表，一個是寧德時代CATL，將小模組變為更大的模組，讓更多的電芯集成在一個大模組里，如特斯拉標續版Model 3采用了4個寧德時代的大模組磷酸鐵鋰電池；另一個代表是比亞迪汽車的“刀片電池”，采用了無模組設計。CTP技術在電芯安全得到保證的前提下，減少了內部線纜和結構件，使整個電池包的體積能量密度和質量能量密度均得到了提升。綜合而言，應用CTP技術，可以使電池包的體積利用率提升10%～20%，電池包的零部件數量減少30%～40%，生產效率提高30%～50%，能量密度達到200Wh/kg以上，而且使電池的制造周期和成本大大降低。

在實際應用中，比亞迪汽車的刀片電池應用CTP技術，空間利用率達到了60%，實現了大規模商業化應用。寧德時代通過應用CTP技術，實現高集成結構設計，提升了電池包體積利用率，從第一代電池包的利用率55%提高到到第三代麒麟電池的67%。

CTC（Cell to Chassis）電池底盤一體化技術

CTC技術是將電芯直接集成在汽車底盤上，核心也是去模組化，實現更高程度的車身、底盤一體化。該項技術應用的代表是特斯拉，取消了車身底板的橫梁，將其集成在電池上蓋，電池的外框直接充當底盤的骨架結構，與底盤形成了集成化設計。該技術進一步加深了電池系統與動力系統、底盤等的集成度，減少了零部件數量，提升了空間利用率，還提高了結構效率，大幅減輕了車輛的質量，增加了續航里程。

零跑汽車采用CTC技術后，有效提升了車輛的各項表現：零部件數量減少20%，結構件成本降低15%，整車剛度提升25%，實現了高集成化和模塊化。擁有較強的擴展性，可兼容智能化、集成化的熱管理系統。在空間方面，取消了電池上部結構，減少了冗余結構設計，在整車垂直空間增加了10mm，使電池布置空間增加14.5%。同時，通過應用CTC技術，零跑的綜合續航里程提升了10%，還加快了充電速度；整車扭轉剛度提升25%，輕量化系數達到2.4，提升了20%；在開發過程中進行了底部球擊、擠壓、熱擴散等近30項的多輪嚴苛試驗，以確保電池安全，其中的8項安全測試結構遠高于國家標準。

再以特斯拉為例，其CTC技術采用一體壓鑄技術，節省了370個零件，零部件減少15%～20%，整車質量減輕10%，結構件成本降低15%，提升了車身剛度，電池結構體積減少10%，1kWh的成本減少7%。再輔以空氣動力學優化，能使續航里程提升15%～20%。特斯拉計劃將CTC技術應用于柏林工廠生產的Model Y車型上。特斯拉預測，隨著CTC技術得到應用，1GWh的投資將減少55%，占用空間將減少35%。

CTC技術的特點是，需要電池制造商更早介入車型設計階段，也就要求電池制造商具備較強的研發設計能力，配合主機廠進行深度開發。同時，對相應的底盤技術要求也更高，具有較高的技術壁壘。

CTB（Cell to Body）電池車身一體化技術

CTB技術是由比亞迪汽車首先提出的一種全新的電池集成技術，實現了從車身一體化向電池車身一體化的演進。應用CTB技術，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橫梁形成的平整密封面，乘員艙密封采用密封膠，底部通過安裝點與車身組裝，即在設計制造電池包時，把電池系統作為一個整體與車身集成，電池本身的密封和防水要求可以滿足，電池與乘員艙的密封也相對簡單，使風險可控。例如因為CTB技術的應用，使比亞迪海豹的車身主體具備完整的受力結構，保證了車身的安全性，整車抗扭剛度超過40000Nm/°，使車身整體更穩定，同時使車輛的操控性和舒適性得到大幅提升；提升了電池包的體積能量密度和質量能量密度，續航里程達到700km，四驅版0～100km/h加速時間為3.8s、能耗為12.7kWh/100km。在抗壓方面，刀片電池、上蓋板和地板緊密排列，構成“類蜂窩”三明治結構，具有更好的安全性，測試數據表明，應用CTB技術的比亞迪海豹順利通過了50t重型載貨車碾壓極端測試。

結語

目前，CTP、CTC和CTB技術主要還是在造車新勢力企業研發推廣。究其根源，傳統燃油汽車企業由于考慮到車型平臺化和沿用性等原因，雖然也在發展電動車型，但主要還是沿用了油改電的方案為主，轉為專項研發電動平臺還需時日，需要過程。此外，還存在一個問題，隨著電池集成度不斷提升，這些新技術將使電池企業參與到底盤的設計開發中，由此引來傳統整車企業與電池企業關系發生微妙的變化，傳統整車企業有可能受到挑戰，誰主誰從將是未來企業間需要探索的領域，只有解決好這個問題，新技術才能真正走向廣泛地推廣應用。