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电动车补能内卷:CTC电池一体化与换电,你选谁?

郑森鸿 2022-05-26 11:47:59 3352

每个技术有自身不同特点和应用范围。

4 月份,零跑汽车发布了 CTC 电池一体化技术,并表示这项技术将率先应用在即将发布的零跑 C01 身上。

一时间,CTC 电池一体化技术被再次推上了热度。

零跑汽车 CEO 朱江明表示,零跑 CTC 技术的灵感源自手机电池结构从分离式变成机身一体化,更加轻薄的结构设计能够为整车成本、续航里程、座舱空间带来相应的优化。

电池从可拆卸机身一体化的技术迭代,这意味着电池与车身从此形影不离,不再是一个独立的零件,更意味着与蔚来引领的换电模式相背而行。

一方是成本可以做到与燃油车竞争、续航更高、乘坐空间更大的 CTC 技术,一方是补能效率如同燃油车加油一般,解决续航焦虑的换电模式。

看似两个互为对立面的技术,谁更有可能被舍弃?

01

CTC 为何引来争议?

简单理解,CTC 技术其实就是将复杂的结构更加简单化,类比将燃油车的油箱剔除,直接把燃料灌入到车内,好处在于能够腾出更多的容量空间来装燃料,减少零部件成本等。

但与 CTC 技术一样,最大的技术难题就在于如何将车内这一燃料/电芯作密封保护处理,既要顾及电池防护性(防水、放热失控),又要兼顾电池包底盘结构的耦合。

这也就产生了业内对于 CTC 技术的理念基本相似,实际落地的方案各有差别的现象。

对于这一结构性难题,零跑 CTC 方案取消了电池包箱体和上盖,留下经过整合的电芯模组电池下托盘。

严格来说,零跑 CTC 仍保留电池包,只是将电池包上盖兼具车身地板功能,座椅直接安装在上盖之上。

这种方案好处在于利于量产(生产线变化不大)、便于维修,以及提升了整车刚度(扭转刚性)

以首款搭载 CTC 技术产品的零跑 C01 为例:

  • 续航里程 717km:得益于电池空间结构的优化,零跑 C01 电池布局空间增加 14.5%,续航提升 10%;再结合零跑自研的 AI BMS 能耗经济性管理、保温层等技术,最高续航达到 717km;

  • 座舱垂直空间增加 10mm:零跑 C01 底部取消了电池包箱体和上盖,只留有电池下托盘,车身垂直空间得以增加 10mm,虽然只是腾出了 1cm 的垂直空间,但这对于采用溜背造型的零跑 C01 来说,至少内部空间已经能够实现优化了。

  • 零部件数量减20%、结构件成本减低 15%:在纯电车成本结构当中,除去电池成本最高占到 38%,剩下一些传统零部件,以及汽车电子中的硬件部分的通过自研、国产化的途径仍能够持续下压整车成本,这对于消费者而言,最直观的感受无疑就是下压了整车的售价。

与零跑 CTC 技术结构方案类似的,还有新能源「一哥」比亚迪。

从结构上来看,比亚迪 CTB 技术与零跑 CTC 技术解决方案相似,即车身地板集成集成电池上盖-电芯-托盘的结构;

但由于前者直接采用刀片电芯进行封装,后者还是模组化电芯的区别,所以在「增效」上包括电池空间的利用率、电池能量密度、车身扭转刚度等存在明显的差值。

而特斯拉的 CTC 电池车身一体化技术方案更加激进,特斯拉此前已经多次通过工厂参观、技术日等活动展示过 CTC 技术方案。

结构上,特斯拉将 4680 圆柱形电芯直接排列在底盘上,没有下托盘,更吻合业内共识的 CTC 底盘一体化技术的理念。

如果说比亚迪 CTB 是在零跑 CTC 基础上主要是在电芯部分得以进一步优化,那么特斯拉 CTC 则是在比亚迪 CTB 的基础上,进一步优化了结构。

特斯拉的做法是在以一种具备高粘性、阻燃性的胶体固定 4680 电芯的位置,并在每两排电芯之间放置单根蛇形管,对电芯的侧面进行冷却,从而保障电芯的安全性,并拿掉下托盘。

相比前两者的电池车身一体化技术,特斯拉 CTC 技术的方案在成本优势减少零部件量等方面做到更加极致。

特斯拉 CEO 马斯克曾表示,CTC 技术配合一体式压铸车身后,可实现减重 10%续航增加 14%,车身部件则能减少 370 个之多。

至于计划 2025 年推出 CTC 技术方案的宁德时代则表示,CTP 电池由于省去了电池模组,相比于传统电池包,可以使体积利用率提升 15%-20%,零件数量减少 40%,生产效率提升 50%并降低动力电池的制造成本,目前还没有透露具体的方案。

动力电池包从最初的标准化模组到 CTP 大模组,再到如今 CTC 一体化,每一代的技术更迭只为了能够不断地提升生产效率、优化车身结构、降低生产成本,以及电池的稳定安全性。

以特斯拉动力电池包的迭代为例,从最起初采用 18650 电芯布局 14/16 个模组方案的 Model S/X,到 2170 电芯布局 4 个模组的 Model 3/Y,再到之后的 4680 电池无模组结构,特斯拉每一代的技术迭代都为其生产线效率带来大幅度提升。

可以看出,无论是零跑 CTC、特斯拉 CTC,还是比亚迪 CTB,以及之后的宁德时代 CTC,共同目标在于车型设计之初带来「降本增效」的优势,只不过是在解决方案推进过程中,结合自身技术能力、量产可能性、后期维护等角度的不同产出差异化方案。

尽管 CTC 电池车身一体化技术已经提上了技术迭代的进程,但与现阶段的纯电动车型一样,从本质上弃绝换电模式的 CTC 车型依旧需要通过直/交流的方式进行补能,这也是 CTC 技术引来争议的关键因素。

虽然零跑 C01 车型兼容 800V 高压平台,并支持 400kW 超级快充,但 800V+高压或者是 400kw+超级快充,已经不是零跑一家提出,包括保时捷、吉利、比亚迪、长城、广汽、小鹏、理想、岚图等后续新车也都支持高压平台、超级快充。

这对于纯电动车型而言,补能如果能犹如加油一般的效率体验,无疑是一个向好性的趋势,但目前不管是供应链体系的匹配(车端)还是基础设施(桩端),都还没有完全跟上,仍然需要一定的时间部署规划。

去年 8 月,广汽埃安发布了 A480 超充桩,与 800V 高压平台车型搭配使用可以实现 6C 的高倍率充电,实现 0% 至 80% 电量充电时间 8 分钟,30% 至 80% 电量充电时间 5 分钟。

华为在去年也给出了一套比较明确的技术目标:到 2025 年将推出电压平台超 1000V、功率 600kW 的快充方案,5 分钟即可实现 30%-80%SOC 充电性能。

诚然,纯电动车型想要实现 5~10min 快速充电的体验,整车电压平台必然要向 800V 及以上演进,同时还需要配合 400kW 以上的充电功率。

而前者最理想的量产时间能够在今年得以实现,后者则预计到 2025 年才能实现大规模布局。

清华大学车辆与运载学院教授、汽车安全与节能国家重点实验室副主任宋健在最近的一次采访中表示,CTC 电池底盘一体化技术未来会成为行业主流,但车辆采用电池底盘一体化设计,也意味着车身结构更加复杂,电池拆卸更加困难,在换电时就很难操作。

所以车企在进行 CTC 电池底盘一体化技术开发时,也需要考虑后续如何适配换电方案的问题。

那么,这是否也意味着在超级快充时代到来之前,只要在电动车补能效率最接近加油速度的换电模式光环下,CTC 电池一体化技术的存在就会引来争议?

02

换电没有壁垒吗?

从下单到车辆开至换电站门前的准备区、再到泊入、换电、泊出大概一首歌的时间,车辆即可自动完成补能刚需。

这是蔚来第二代换电站带来的补能效率,当别人还在找充电桩-停车-扫码-拔枪-插入的时候,蔚来车主已经换上一块满电的电池上路了。

毫无疑问,换电对于现阶段的纯电动车型而言,是最理想的补能效率,没有之一。

目前市面上的换电站,其最慢的换电时间也能控制在 5 分钟左右,奥动新能源最新的第四代换电站已经实现换电过程 20 秒,全流程仅需 1 分钟的速度。

而且,换电更加类似加油的在途补能方式,车辆即换即走,决定效率的只有换电速度和电池存量的因素。

至于为什么要加个「现阶段,我们不妨从三个不同时期来看看换电模式的发展更迭。

  • 过去很前卫:在整包电池能量密度普遍在 20-30kWh,实测续航里程不足两百公里,快充桩覆盖率远不及用户使用需求的时代,换电成为补能最便捷的方式。

  • 现在很灵活:电池技术迭代频繁,换电满足不同终端用户的续航刚需。比如蔚来最初有 70、84kWh 的两种电池容量,后来又升级为 75、100kWh,之后还计划量产 150kWh 的固态电池,而无论是 2018 款首发版的 ES8,还是最新交付的 ET7,都可以根据不同的续航需求升级不同容量的电池包。

  • 未来待考证:当电动车的实测续航超过燃油车、当电动车的快充效率同比加油速度,换电技术是否会成为所谓的成本过高而过度设计?

成本对于涉及换电业务的企业一直都是不可避免的头等问题。

回望换电站的「鼻祖」Better Place、以及换电耗时仅需 90 秒的特斯拉,哪一家不是因为成本问题相继官宣相继退出。

对此,蔚来电源管理副总裁沈斐表示,换电站占地小,且空余时间一直可以给电池充电,其使用效率高于超充站,而且换电模式还可以对电池安全进行管理,同时蔚来车电分离价值,也为后续的 BaaS 模式提供了很好的物理基础。

蔚来联合创始人、副总裁秦力洪补充道,不要忽略 NIO Power 提供的「可升级」服务,换电体系可以支撑电池升级。

基于车电分离和换电模式,蔚来的 BaaS 模式应运而生,消费者以低于整车售价的价格购买车身,电池则以每个月支付月租费的方式租用电池,最明显的好处就在于,以更低的价格获得所购买车型。

显然,蔚来凭借着换电等服务形成了独特的「蔚来模式」,BaaS 是为了减低消费者购车门槛,换电是为了提升用户体验,两者最终目的是为了卖更多的车。

而奥动新能源、宁德时代、吉利则主要面向的是统一设计的 B 端车辆,比如宁德时代与一汽奔腾双方将借助奔腾 NAT 车型,率先在出租、网约车等运营场景推广换电模式;吉利旗下首款换电车型枫叶 80V 面向曹操出行等等。

可以看出,在高成本的压力下,这些涉及换电业务的企业通过不同方式、不同群体为自己打造一条看似「稳扎稳打」的路径,而这种「各自为战」的背后其实是换电无奈的一面。

——动力电池不统一。

换电技术主要解决电池卸下和装载时保持电池与车辆连接的稳定性,根据电池的安装位置,换电可分为底部、侧向、端部、顶部等多种不同位置布局,而根据电池包类型,又分为整包换电和分箱换电。

随着换电车型不断渗透,换电关键技术的焦点开始集中在换电的快速性、安全性,电连接的可靠性、耐久性,以及换电电池的安全性、长寿命等要求。

而目前换电市场已经形成了四方势力,以蔚来、吉利为代表的车企,以国家电网、中石化、中石油为代表的能源供应商,以宁德时代为代表的动力电池厂商、以协鑫能科、奥动新能源为代表的独立运营商。

定位不同,走的方向也就不同,自然形成「各自为战」的局面。

电池标准不统一是制约换电站发展的一大掣肘,不同车企有着不同的电池技术、标准和规格,一方面是车企不愿共享技术标准,毕竟对于百亿级风口,又有谁愿意拱手与他人共享一块蛋糕。

另一方面车企也不愿与其他车企形成统一的电池标准,因为这涉及到车型的级别、性能、续航等重要参数而无法实现规模化。

即便是动力电池配套中国过半新能源车的宁德时代,对于换电领域的发展,仍然是以统一标准化的网约车为入手点,可想实现换电车型的统一标准化难度有多高。

03

CTC 与换电相辅相成?

看到这里,其实已经能够看出 CTC 与换电之间的争议,本质上还是「充」与「换」之间矛盾。

在电动汽车的补能方式上,充电与换电这两种模式孰优孰劣,一直存在着激烈的争论,而国内对于这两种模式的发展也并没有只选其一。

  • 2007 年,国家电网提出「换电为主、插电为辅」的补能政策导向;

  • 2013 年,切换为以快充为主、兼顾慢充、换电为辅的补能政策导向;

  • 2020 年,政府明确换电模式与充电模式互为补充;

  • 2021 年,政府坚持认为换电站和充电桩政策导向还是需要等量齐观。

从车企角度来看,快充和换电,哪种补能方式更有前景?

从用户角度来看,哪种模式能够实现低成本、高安全、高便利性,我就支持哪种模式。

从商业角度来看,充电换电两种补能模式各有千秋、各有市场,两种模式都考虑到了盈利模式的可行性。

显然,从消费者到车企,再到供应链,这是一个完全可行的商业链条闭环,并且双方相较于未来美好的规划都还有很大的上升空间,实在没有必要执着于充与换之间孰优孰劣、谁对谁错。

同理,CTC 电池一体化技术无论是对车企、对消费者,甚至对于整个电池行业都有着重要的意义;CTC 技术的出发点是最大化降低生产成本,以充、换电的补能框架局限 CTC 技术的发展无疑是一个错误的导向。

与此同时,CTC 技术、换电目前同样也存在诸多待攻克的技术瓶颈,无论是 CTC 技术的车型结构、维修便捷性,还是换电模式的成本投入、统一标准化,仍然需要时间解决难题。

车企以充电速度去评判用户对于一款电动汽车的满意度固然是一个重要的指标,消费者目前对于电动车仍然存在续航焦虑也不假,但对于不同终端用户的需求,市场上必然也会出现多元化形势。

这就好比继换电业务落地之后,宁德时代也在加速 CTC 电池一体化技术赛道的布局。

上个月,前华为智能汽车解决方案 BU 智能车控领域总经理蔡建永加入宁德时代,负责其 CTC 电池底盘一体化业务。

此举也是宁德时代在新能源汽车未来格局尚未确实一众路线之前,不断的寻求增量市场的机会,维护自身的「宁王」的地位。

宁德时代认为,随着电动车渗透率不断上探,应用场景也会增多,需求就会出现多元化,很难实现一种技术路线打天下。

同样的例子还有对于磷酸铁锂与三元电池两种不同技术之争,宁德时代也是双线布局。宁德时代方面认为,未来三元和磷酸铁锂都将保持高速增长,齐头并进,在不同的细分市场服务消费者。

商业世界或许本就没有划分对与错的标准,放弃换电模式的车企会往 CTC 技术方向前行,选择换电模式的车企也会持续布局更多的换电站,彼此都有着盈利的目标,互不冲突。

技术的发展往往从简单到复杂,又从复杂回归简单

本文为汽车之心原创文章,作者:郑森鸿,如需转载,请联系授权。违规转载法律必究。
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