随着新能源汽车不断发展,动力电池结构也在持续进化,从早期的独立电池包模组,逐渐演变为如今热门的电池车身一体化设计。电池车身一体化因其高度集成的结构特性受到越来越多汽车企业追捧,在电池材料技术很难实现大举突破的前提下,让有限的空间装载更多的电池,从而实现车辆续航能力和安全性的全面提升。
一、电池车身一体化技术的由来?
早期的电池采用“电芯-电池模组-电池包”的封装形式,电芯作为最小单元会首先构成模组,再由模组构成电池包。这样设计的好处在于将电芯按照独立的模组加以区分,方便进行管理,并且后期维护也相对简单。但是,串联模组之间需要使用大量线缆和结构件,导致电池包重量激增,空间利用率较低,不仅影响车辆续航,还会造成电芯防水、隔热难处理等安全性问题。
为了解决上述问题,业界提出了CTP(Cell to Pack)概念,通过取消模组或减少模组,将电芯直接布置在电池包内。典型代表如比亚迪的刀片电池,将电芯直接汇聚成电池包,其空间利用率提高50%。然而,CTP依然只是一种电池包精简技术,没有彻底消除线缆和结构件,也无法解决车辆续航和安全问题。
最终,电池车身一体化技术应运而生,通过将电芯直接整合在底盘上,大幅简化车身线缆和结构件,提高了动力电池能量密度,即单位体积可容纳更多的电芯,支持更长的续航里程。目前,电池车身一体化主要分为CTC(Cell To Chassis)和CTB(Cell To Body)两种技术路线。
二、电池车身一体化技术两种路线有何区别?
CTC和CTB两种技术路线虽然都属于电池车身一体化设计,但在结构和具体表现方面又有所不同。
CTC与传统电池安装方式的主要区别,在于取消了电池包上盖板或座舱地板。不同厂家的处理方式略有不同,比如零跑的CTC方案是取消电池包上盖板,而特斯拉的CTC方案是取消座舱地板。值得一提的是,特斯拉的CTC方案是将车舱横梁和车内座椅全部集成在电池包上,集成度相比零跑更高。
CTB与CTC类似,都是将电芯直接安装在底盘上。不过,CTC还是将电池包当作一个单独需要保护的物体,而比亚迪的CTB是利用刀片电池高安全性和高结构强度的特点,融合进车身的整体设计中来。刀片电池的电芯与整个电池包组成类似蜂窝铝的结构,本身就可以起到车身结构件的作用。因此,在结构安全和可维修性方面,CTB更胜一筹,对用户更有利。
三、电池车身一体化技术具有哪些优势?
通过将电池与车身融合,电池车身一体化技术实现了最大化的空间利用率以及更高的集成度。除此之外,电池车身一体化技术还具有哪些优势?
1、增加续航里程
首先,电池车身一体化技术可以提升电池包的体积能量密度和质量能量密度,用更小的重量换来更高的电量。其次,采用电池车身一体化技术的车型在空气动力学设计上具有优势,通过减少车底乱流,降低车身的风阻系数,使得能耗大幅降低。第三,由于减少了车身结构中的部分零件,采用电池车身一体化技术的车型整车重量得到进一步降低,从而增加续航里程。
2、提升车身刚度
采用电池车身一体化技术的车型,取消了电池包上盖板或座舱地板,电池包作为车身结构件的一部分,可以参与到力的传导过程中来,为车身提供结构支撑。因此,在危险发生的时候,能够大幅保护驾乘人员的安全。与此同时,随着车身刚度显著提高,车辆在高速过弯时车身形变量更小,侧向支撑性更足,操控响应也会更加灵敏。
3、提高驾驶舒适性
电池车身一体化技术可以优化座舱内的Z轴空间,从而带来更加宽敞的乘坐体验。同时,由于车身整合程度更高,结构件更少,车身振动自然也会减少,有助于提升车辆NVH水平,驾驶体验得到明显改善。
四、电池车身一体化技术存在哪些劣势?
上文列举了电池车身一体化技术的诸多优势,不过,凡事都有两面性,电池车身一体化技术也并非没有劣势。
1、维修、更换成本高
电池车身一体化技术由于采用高度集成的结构,一旦车辆底盘区域受到碰撞发生形变,单个组件的维修费很有可能会上升到几十个组件的更换费,维修成本毫无疑问比电池分离式设计要更高。
2、难以支持换电模式
电池车身一体化技术由于将电池与车身底盘“深度绑定”,形成了一个整体,不论是单个电芯还是整个电池包,更换的便利性都将受到很大影响,因此很难支持换电模式。
3、不利于产品拓展
采用电池车身一体化技术的车型底盘结构往往比较复杂,布局更倾向于标准化定制,一定程度上丧失了车身设计的灵活性,不利于平台化的多车型布局,因此在产品拓展方面也有一定的局限性。
总结:
电池车身一体化技术因其具备出色的续航能力和安全性,成为现阶段电动汽车的主要发展方向。不过,电池车身一体化技术仍然面临维修成本高、产品拓展不利等劣势,并且与部分车企力推的换电模式存在明显分歧。相信随着动力电池能量密度和安全性能不断提升,快充技术持续迭代,未来电池车身一体化技术有望进一步完善。