从CTP、CTC、CTB浅谈电动汽车动力电池集成技术

文/赫炎 设计/邱洪涛

5月20日，比亚迪汽车海洋系列新车型海豹正式上市，并开启预售。根据官方介绍，该车型是比亚迪汽车首款搭载CTB技术的e平台3.0车型，应用了CTB电池车身一体化技术。那么，CTB是什么技术？想了解电动汽车的消费者肯定是想首先了解一下这个CTB到底是什么，而有购买电动汽车意向的消费者肯定不止看了这款车的介绍，在看其他车型介绍时会发现，其他车型有的应用了CTP技术，还有的车型应用了CTC技术，那到底这些都是什么技术，相互之间有什么关系？本文就这些问题，简要介绍一下这些电动汽车动力电池集成技术，以方便消费者了解电动汽车的相关知识和技术发展现状。

近些年，随着新能源汽车的发展，最常应用的磷酸铁锂电池和三元锂电池等动力电池，在已掌握的电池技术方面达到了性能极限，短时间内还很难从体积能量密度和质量能量密度等方面得到发展。因此，只能从整车结构方面进行优化，在有限的空间内，最大程度地装载更多的电池，以保证车辆在行驶中的性能和续航里程。

电动汽车动力电池传统的集成方式就是将电芯集成在模组中，英文是Cell to Module，简称CTM。以前对动力电池的集成化重点是在不断提升标准化电池模组的尺寸方面，例如典型的355、390和590等模组，但这种集成方式的空间利用率仅有40%，很大程度上限制了其它部件的空间。由此催生了CTP、CTC、CTB等新的电动汽车动力电池集成技术。除了比亚迪海豹的CTB，在更早时间有多家企业应用CTP技术，零跑汽车则全球首发无电池包的CTC。

CTP（Cell to Pack）电池无模组技术

该技术最早由宁德时代于2019年提出，后来比亚迪汽车、蜂巢能源等陆续发布了各自的CTP方案。CTP技术主要是通过取消电池模组设计，直接将电芯集成为电池包，再把电池包作为整车结构的一部分集成到车身底板上，这样的结构比传统的动力电池结构提高了空间利用率，电芯装的多，模组的端板结构少，质量减轻，续航里程也就相对提高。CTP技术有两个典型代表，一个是宁德时代CATL，将小模组变为更大的模组，让更多的电芯集成在一个大模组里，如特斯拉标续版Model 3采用了4个宁德时代的大模组磷酸铁锂电池；另一个代表是比亚迪汽车的“刀片电池”，采用了无模组设计。CTP技术在电芯安全得到保证的前提下，减少了内部线缆和结构件，使整个电池包的体积能量密度和质量能量密度均得到了提升。综合而言，应用CTP技术，可以使电池包的体积利用率提升10%～20%，电池包的零部件数量减少30%～40%，生产效率提高30%～50%，能量密度达到200Wh/kg以上，而且使电池的制造周期和成本大大降低。

在实际应用中，比亚迪汽车的刀片电池应用CTP技术，空间利用率达到了60%，实现了大规模商业化应用。宁德时代通过应用CTP技术，实现高集成结构设计，提升了电池包体积利用率，从第一代电池包的利用率55%提高到到第三代麒麟电池的67%。

CTC（Cell to Chassis）电池底盘一体化技术

CTC技术是将电芯直接集成在汽车底盘上，核心也是去模组化，实现更高程度的车身、底盘一体化。该项技术应用的代表是特斯拉，取消了车身底板的横梁，将其集成在电池上盖，电池的外框直接充当底盘的骨架结构，与底盘形成了集成化设计。该技术进一步加深了电池系统与动力系统、底盘等的集成度，减少了零部件数量，提升了空间利用率，还提高了结构效率，大幅减轻了车辆的质量，增加了续航里程。

零跑汽车采用CTC技术后，有效提升了车辆的各项表现：零部件数量减少20%，结构件成本降低15%，整车刚度提升25%，实现了高集成化和模块化。拥有较强的扩展性，可兼容智能化、集成化的热管理系统。在空间方面，取消了电池上部结构，减少了冗余结构设计，在整车垂直空间增加了10mm，使电池布置空间增加14.5%。同时，通过应用CTC技术，零跑的综合续航里程提升了10%，还加快了充电速度；整车扭转刚度提升25%，轻量化系数达到2.4，提升了20%；在开发过程中进行了底部球击、挤压、热扩散等近30项的多轮严苛试验，以确保电池安全，其中的8项安全测试结构远高于国家标准。

再以特斯拉为例，其CTC技术采用一体压铸技术，节省了370个零件，零部件减少15%～20%，整车质量减轻10%，结构件成本降低15%，提升了车身刚度，电池结构体积减少10%，1kWh的成本减少7%。再辅以空气动力学优化，能使续航里程提升15%～20%。特斯拉计划将CTC技术应用于柏林工厂生产的Model Y车型上。特斯拉预测，随着CTC技术得到应用，1GWh的投资将减少55%，占用空间将减少35%。

CTC技术的特点是，需要电池制造商更早介入车型设计阶段，也就要求电池制造商具备较强的研发设计能力，配合主机厂进行深度开发。同时，对相应的底盘技术要求也更高，具有较高的技术壁垒。

CTB（Cell to Body）电池车身一体化技术

CTB技术是由比亚迪汽车首先提出的一种全新的电池集成技术，实现了从车身一体化向电池车身一体化的演进。应用CTB技术，把车身地板、面板与电池包上壳体合二为一，集成于电池上盖与门槛及前横梁形成的平整密封面，乘员舱密封采用密封胶，底部通过安装点与车身组装，即在设计制造电池包时，把电池系统作为一个整体与车身集成，电池本身的密封和防水要求可以满足，电池与乘员舱的密封也相对简单，使风险可控。例如因为CTB技术的应用，使比亚迪海豹的车身主体具备完整的受力结构，保证了车身的安全性，整车抗扭刚度超过40000Nm/°，使车身整体更稳定，同时使车辆的操控性和舒适性得到大幅提升；提升了电池包的体积能量密度和质量能量密度，续航里程达到700km，四驱版0～100km/h加速时间为3.8s、能耗为12.7kWh/100km。在抗压方面，刀片电池、上盖板和地板紧密排列，构成“类蜂窝”三明治结构，具有更好的安全性，测试数据表明，应用CTB技术的比亚迪海豹顺利通过了50t重型载货车碾压极端测试。

结语

目前，CTP、CTC和CTB技术主要还是在造车新势力企业研发推广。究其根源，传统燃油汽车企业由于考虑到车型平台化和沿用性等原因，虽然也在发展电动车型，但主要还是沿用了油改电的方案为主，转为专项研发电动平台还需时日，需要过程。此外，还存在一个问题，随着电池集成度不断提升，这些新技术将使电池企业参与到底盘的设计开发中，由此引来传统整车企业与电池企业关系发生微妙的变化，传统整车企业有可能受到挑战，谁主谁从将是未来企业间需要探索的领域，只有解决好这个问题，新技术才能真正走向广泛地推广应用。