新能源汽车电池车身一体化技术对比解析

2023-08-21

本文主要针对承载式车身进行CTC技术的研究。

01电池车身一体化技术是什么？

CTC作为全新一代电池系统技术，实现电池、底盘和下车身等的集成设计，简化了产品设计和生产工艺，提升了车辆刚度和空间，在降低成本的同时还能提升电池容量和续驶里程。和CTP无模组技术相比，CTC主要通过将地板面板和电池包上盖合二为一，减少了二者之间的缝隙和连接所需零件，简化了生产步骤，而电芯既是为整车提供动能的来源，也是增加底盘/车身刚性的结构件。

根据车身形式CTC又分为电芯集成至底盘（非承载式车身，滑板底盘，无量产车型）和电池参与车身（承载式车身，多款量产车型），其中电池参与车身又称为“电池车身一体化设计”。本文主要针对承载式车身进行CTC技术的研究。

CTC的优点是高度集成化、减少了零部件数量和总装工艺，能够进一步化繁为简、降本增效。但是CTC结构也带来了困难和挑战：

1）对电池零部件要求更严苛：①电芯一致性的要求再次提高；②需要更高要求的电池热管理技术来保证电池系统温度的一致性；③更智能的BMS来监控管理电池的使用；④更精准的智能制造设备在制造过程中保证质量管控。

2）维修的便利性大幅降低：①拆装“电池包”将涉及更多的整体结构件，例如需要拆除座椅横梁、地板内饰等部件；②电池内部电芯间填充了树脂材料，导致难以更换单个电芯。

3）要求OEM和电池厂跨领域融合：①OEM需要更多地掌握电芯、三电系统相关的设计和集成能力，整体设计切入更早期的环节；②电池厂不再止于供应电池，还需参与整车设计。

02多种电池车身一体化技术对比

目前CTC电池车身一体化技术方案分为两种结构。第一种是地板面板与电池包上壳体合二为一，集成于电池（Packto Open Body，自密封PACK，可靠性更高），相当于电池上壳体替代了中地板的一部分结构（例如比亚迪CTB和特斯拉CTC）。第二种是地板面板与电池包上壳体合二为一，集成于车身（Open Packto ColseBody，非自密封Pack，密封性差），相当于将电池包的结构分为上壳体和电池本体两个部分，通过密封胶实现车身与电池本体的密封，底部通过安装点与车身组装（例如零跑CTC）。

1. 特斯拉

特斯拉CTC方案将电池框架与车身下车体集成装配时在上方整个车身完成装配（车身+前铸件+后铸件）后，再将电池结构与车身完成连接。该方案取消了模组设计，电芯密集排布在车辆底盘中，电池上盖肩负密封电池与车身地板两项功能，座椅则可直接装在电池包上。结构的变化对Pack设计、热管理以及碰撞安全设计提出了更高的要求。

特斯拉CTC方案带来了空间利用率、轻量化、生产效率、车身扭转刚度以及降低供应商依赖度等优势。但另一方面，特斯拉CTC方案存在维修便利性差、无法实现换电路线兼顾等缺点。

2. 比亚迪

从结构设计来看，比亚迪的CTB和特斯拉CTC想法类似，采用车身减法，围绕电池设计的路线，把车身地板与电池包上壳体合二为一，集成于电池，即电池上盖代替了中地板的一部分，但比亚迪CTB方案保留了地板上的一些横梁，这样车体刚度和车身整体稳定性更好。电池上盖与门槛及前后横梁形成的平整密封面通过密封胶密封乘员舱，底部通过安装点与车身组装。即在设计制造电池包的时候，把电池系统作为一个整体与车身集成，电池本身的密封及防水要求可以满足，电池与乘员舱的密封也相对简单，风险更可控。

比亚迪CTB技术实现了车身与电池系统的高度融合，整车扭转刚度提升一倍，搭载CTB技术的海豹，车身扭转刚度突破了40000N·m/°，有效抑制车身振动，能够更好地在实际场景中的连续减速带、鹅卵石等特殊路况中应用。“类蜂窝”三明治结构具有更好的安全性、稳定性，能够实现电池系统结构强度的突破。相比特斯拉在刚度、车身整体稳定性和Pack设计方面更具优势，但比亚迪CTB方案也无法兼顾换电路线，电池维修依然不够便利。

3. 零跑

零跑CTC方案与特斯拉、比亚迪存在一定的差异。零跑的CTC方案先用电芯形成模组，再将模组集成到车身上的，而不是像特斯拉、比亚迪直接将电芯参与车身。严格意义上来说，零跑的CTC方案相当于只去掉了电池包环节，属于模组集成于车身地板，并不属于纯粹的CTC技术，而是“MTC（Module To Chassis）”。

零跑CTC方案见表4，保留了原车身地板，并在下面设置以腔体，将没有上盖的电池包装进来，形成密封结构。该方案实际上更易于量产，且具备一定维修便利性。因为电池下盖是可以打开的，坏了可以直接打开维修。由于模组这个中间形态依然存在，所以零跑CTC方案在空间释放效率、集成度、成本优势及减少配件等各个方面都不如特斯拉极致。零跑CTC方案与特斯拉一样，不能兼顾换电路线。虽然在维修便利性上比特斯拉方案好些，但是也存在着风险。一旦拆解更换模组或电池，将会降低车身刚性和电池气密性。

综上所述，三者最大的区别就是电池结构与车身结合的形式和程度不同，在简化零件、高度集成化设计理念及形式上是趋同的。三种方案因结合的形式和程度不同，在集成性、性能、轻量化、空间及可维修性等方面各有差异，具体对比信息见下表。