文｜節(jié)點AUTO 天璣
2016年，特斯拉給動力電池做了一點調(diào)整，它將電池包的布局改成了縱向大模組，整車只有四個動力電池模組，這讓Model 3的電池利用率上了一個臺階。誰也沒想到這個小小的調(diào)整，會在日后成為電池行業(yè)的發(fā)展趨勢，還讓CTC成為了焦點。
CTC已經(jīng)是電池行業(yè)不可逆的發(fā)展趨勢，電池廠和車企都在布局。但是，這條路不僅不好走，而且還有很大的爭議。
前不久，哪吒汽車CEO張勇就在微博上對CTC“開炮”，他表示CTC對車企降本有用，對用戶沒用。張勇還在評論中補充，哪吒也會推出CTC技術(shù)的量產(chǎn)車。這反應(yīng)了CTC爭議的焦點，車企和電池廠為什么一定要做CTC？
什么是CTC？
1766年，世界上誕生了第一輛汽車，當時的動力是蒸汽。在此后一百年間，汽車的動力先后出現(xiàn)了燃油和電力兩種，這三種動力并存了很長一段時間。但是，蒸汽動力由于外燃機技術(shù)效能過低被市場淘汰，燃油動力由于石油依賴問題，被各國列入了被替代名單中，電力在此背景下成為了汽車動力模式的“最優(yōu)解”。
不過，電力有兩個缺點，那就是電池的成本過高和能量密度低，而CTC以及CTP、CTB可以解決這兩個問題。
在展開之前，先說清楚這些英文縮寫是什么意思。其中的“C”是“Cell”的縮寫，也就是“電芯”，“T”是“To”，“P”是“Pack”，也就是電池包的整包，“C”是“Chassis”，也就是底盤，“B”是“Body”，指車身。從名字上不難看出，這三種方案都是圍繞電芯做文章，涉及到了汽車的底盤和車身，可見它們的方向是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，而非材料創(chuàng)新（動力電池的創(chuàng)新方向分為材料和結(jié)構(gòu)）。
在結(jié)構(gòu)上，動力電池經(jīng)過了多輪“進化”。行業(yè)最早的結(jié)構(gòu)是MTP（Module to Pack），這種結(jié)構(gòu)奠定了動力電池的結(jié)構(gòu)雛形，包括電芯、模組和電池包三部分。一個模組由多個電芯組成，多個模組加上BMS、配重模塊等零部件組成一個電池包，然后裝在車內(nèi)。大眾 ID.3 使用的就是MTP結(jié)構(gòu)電池，其電池包由殼體、電池模組、電池控制模塊和電池管理系統(tǒng)等組成。
MTP有一個致命缺點，那就是對于電池包的空間利用率極低，僅有40%，其中電芯對模組的空間利用率只有80%，模組對電池包的空間利用率為50%。當電池材料無法取得突破的情況下，電池創(chuàng)新只能從結(jié)構(gòu)上入手，此時這個缺點就讓車企和電池廠難以忍受。也就是說，哪吒上CTC也是無奈之舉。
但是，CTC真的對消費者沒用嗎？這個問題還要從動力電池結(jié)構(gòu)的研究說起。
先來看CTC，它的設(shè)計邏輯是把電池算作車身結(jié)構(gòu)的一部分，目前有兩種模式。第一種是直接把電池包集成到底盤上，或者使用乘員艙地板做電池包的上蓋，零跑走的就是這個路線。第二種是把電池單體連接到底盤結(jié)構(gòu)上。這是目前最激進的路線，采用這種路線的是特斯拉。兩者相比，零跑的電池包多了模組，相同之處是都去掉了電池包。
正如馬斯克曾經(jīng)舉過的一個例子，原本飛機的構(gòu)架是把燃料箱放在機翼之中，但為了更大程度地利用空間，我們可以拿掉燃料箱、直接用機翼來儲存燃料。把燃料箱挪到機翼上的結(jié)果是，飛機內(nèi)的空間利用率更大了。零跑首款搭載CTC技術(shù)的車型是C01，它的車身垂直空間上增加了10mm，同時電池容量空間比傳統(tǒng)方案增加了14.5%，續(xù)航提升了10%。
CTP和CTC的本質(zhì)都一樣，都是為了精簡電池結(jié)構(gòu)，得到更大的空間利用率和更長的續(xù)航。
CTP在MTP的基礎(chǔ)上去掉了模組，直接將電芯做成電池包。CTP有兩種思路，一種是將電池包看成一個完整大模組替代多個小模組的結(jié)構(gòu)，逐步減少端側(cè)板等結(jié)構(gòu)件，寧德時代的麒麟電池和蜂巢能源的短刀電池是這一路線的代表。另一種是直接去掉模組，以電池本身作為強度結(jié)構(gòu)件，比亞迪的刀片電池是代表，這種路線也被稱為CTB。
以刀片電池為例，它雖然采用能量密度低于三元鋰的磷酸鐵鋰材料，但得益于集成效率能達到86%以上，體積利用率提升了50%以上，其能量密度較傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池提高了大約 9%，體積能量密度達320Wh/L，已經(jīng)可以比肩三元鋰電池。
對比MTP，這三種方案的基本邏輯是相同的，那就是去掉“中間商”。對車企來說，這樣可以用更低的成本，推出續(xù)航不弱于搭載三元鋰電池的車型。而三元鋰電池一直應(yīng)用于高端市場，這就為車企打“價格戰(zhàn)”或者拓寬市場空間提供了有力支撐。同時，消費者也能買到更有性價比的汽車。?
CTC會是動力電池的終局嗎？
如果說MTP是電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的1.0時代，那CTC和CTP就是2.0時代。在材料還沒取得突破的情況下，CTC和CTP是電池行業(yè)滿足市場要求的最優(yōu)手段。但是，這前面需要加上“目前”兩個字。從動力電池的發(fā)展歷史來看，它的革命性變革都發(fā)生在材料突破上，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新更適合做過渡。
最早應(yīng)用的動力電池是鉛酸電池，由英國發(fā)明家托馬斯·帕克在1884年設(shè)計。當時，搭載鉛酸電池的電動車的續(xù)航里程約為40-65公里，最高時速約30公里/小時，不能滿足消費者的需求。而且鉛酸電池具有體積大、質(zhì)量大、能量密度小、功率密度低的特點，如果想增加續(xù)航，只能搭載體積更大的電池，總之就是不實用。
相比之下，燃油車的出現(xiàn)時間雖然比電動車晚，但由于汽油更實用，燃油車反而更早走上了街頭。鉛酸電池被淘汰和燃油車的后來居上，給動力電池行業(yè)提供了血的教訓(xùn)，那就是一切都應(yīng)以實用為先。
1997年，豐田推出了搭載鎳氫電池的普銳斯混動，給行業(yè)提供了新的方向。但是，除了豐田外，大多數(shù)車企用的不是鎳氫電池，而是我們最熟知的鋰電池。
這是因為鎳氫電池有三個至關(guān)重要的缺陷，分別是循環(huán)壽命低、能量密度低、快充和低溫性能差，這三點都是電動汽車補能體驗的關(guān)鍵，哪怕占了一條，都會嚴重影響體驗。鋰電池在這三點和空間利用率、低溫性能上都比相比鎳氫電池有優(yōu)勢。
當然，鋰電池的低溫性能也不見得有多好，搭載鋰電池的電動汽車在冬季，續(xù)航普遍要打骨折，可見鎳氫電池在低溫情況下的表現(xiàn)有多差。
從鉛酸到鎳氫，再到鋰，動力電池的進步本質(zhì)上是材料的進步，因此結(jié)構(gòu)創(chuàng)新更適合做企業(yè)的過渡選擇。
另外，就算CTC、CTP是電池行業(yè)的終局，也需要不斷“創(chuàng)新”，因為它們本身有局限。
在市場上，關(guān)于CTC、CTP的局限性，有很多傳言，流傳最廣的是不能換電和維修費用高，如果細究，有些傳言是站不住腳的。
據(jù)多份第三方調(diào)研顯示，消費者購車時首要考慮的因素就是續(xù)航，而換電是目前最高效的補能方式，可以減少消費者的續(xù)航焦慮。但是，這個問題需要全面地看。
換電的效率確實高，蔚來的第三代換電站，完成換電流程只需要四分四十秒，和加油體驗相差無幾。不過，換電模式需要在終端上兩頭發(fā)力，一頭是汽車，背后是車企和電池廠，另一頭是換電站，背后也是車企和電池廠，這兩頭都需要更大規(guī)模投入。
據(jù)業(yè)內(nèi)分析，蔚來三代換電站的成本大概在150萬-200萬元。2023年，蔚來新建1035 座換電站，累計建成 2350 座，投入有多大可想而知。換電站的運營成本也很高，蔚來一個換電站一年的運營成本在30萬-40萬元左右。李斌不久前對媒體表示，Nio Power實現(xiàn)盈利還需要幾年時間，單個換電站一天60單可以實現(xiàn)盈利，但蔚來整個換電網(wǎng)絡(luò)距離這個平衡點仍有差距。
更重要的是，當前車企和消費者有更“高效”的選擇，那就是可油可電的混動模式，CTC、CTP是否支持換電就不那么重要了。
CTC技術(shù)真正的局限在于，由于電池和底盤、車身的設(shè)計是一體，如果發(fā)生車身的碰撞事故，電池也可能會連帶著被換掉，這會增加維修成本，這和車企都在推廣一體化壓鑄技術(shù)是相似的。
另外，我再補充一個“傳言”，那就是隨著結(jié)構(gòu)創(chuàng)新成為電池行業(yè)的發(fā)展趨勢，電池廠商和車企的競爭會變多，電池包領(lǐng)域的格局會被改寫。
由于CTC涉及汽車底盤制造，這是車企的優(yōu)勢地帶，隨著電池廠商推出CTP方案，它們也在向底盤方向滲透。同時，車企隨著CTC方案，也在向電池包、電池模組領(lǐng)域滲透，雙方的交集變多了，競爭不可避免。而在二者的夾擊下，首當其沖的是第三方電池包企業(yè)，它們的市場份額會被蠶食。?
結(jié)語
在材料創(chuàng)新上，動力電池行業(yè)目前有兩個方向，一個是鈉離子電池，另一個是固態(tài)電池。鈉離子電池有很多優(yōu)點，比如儲量是鋰資源的440倍、耐低溫，但由于它的能量密度低于鋰離子，所以更適合應(yīng)用在A00級市場，與磷酸鐵鋰互補。江淮釔為旗下的“花仙子鈉電版”，是全球首款搭載鈉離子電池汽車，它的電池包容量是23.2kWh，CLTC工況下的續(xù)航只有230km。
固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)，替代了傳統(tǒng)鋰電池中的電解液和隔膜，相比鋰離子電池，有著更好的安全性和更高的能量密度。但應(yīng)用時間較長，電池行業(yè)龍頭寧德時代的計劃，到2030年實現(xiàn)固態(tài)電池的商品化。
總的來看，盡管動力電池短期內(nèi)在材料上還無法取得突破，只能依靠結(jié)構(gòu)創(chuàng)新滿足當前日益增長的市場需求。這個結(jié)果雖有遺憾，但也有驚喜，那便是中國企業(yè)在材料和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域都擁有不可忽視的地位，中國企業(yè)只能望“洋”興嘆的日子已經(jīng)過去了。