汽车动力在数百年间经过了蒸汽机、电动机、内燃机三大类解决方案的变迁,如今电动机重新成为趋势。目前动力电池的发展主要从材料技术和结构技术两条路径推动。材料层面,无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,在体积能量密度和重量能量密度上的突破幅度均已有所缩小,国内多家企业开始朝着电池结构技术方向研发,让有限的空间装载更多的电池,同时保证车辆运动的性能和耐久。最近热门的CTB(Cell to Body)技术把电池包上盖板部分跟车身地板合二为一,使动力电池系统既作为能量体,也能以车身结构件的角色参与到整车的传力和受力当中,精简结构,实现了更高程度的集成化。
1. 电池结构技术发展历程
早期将电芯装到车上的主流步骤是:电芯→模组→电池包→车身,电动汽车的电池包都是由独立的电池模组构成,电池模组的组成又由柱状、片状或者块状动力电池构成。CTM技术就是以一定数量电芯整合为独立的小电池模块,然后通过物理隔断把数个模组再打包成电池组的封装形式。相对来说,固定的电池包形状内部空间是有限的,因此利用率和电池能量密度决定了这块电池包的容量。后来随着CTP(Cell to Pack)技术的快速发展,取消了电池模组设计,直接将电芯集成为电池包,同时把电池包作为整车结构的一部分集成到车身地板上,这种由电芯直接组成电池包的封装模式从一定程度上提高了电池包内部空间的利用率,节省了大量的结构和空间,相对传统的封装模式,CTP技术能够在同样的电池包内装入更多的电芯,从而提高电池容量,增加电动汽车的续航里程。
CTC 方案灵感源于机翼油箱,技术核心就是取消电池包设计,直接将电芯集成到汽车底盘上,取消原有乘员舱地板板,以电池上盖取代之,座椅直接安装在电池上盖上。电池既是能源设备,也是结构本身。它进一步加深了电池系统与电动车动力系统、底盘的集成,减少零部件数量,节省空间,提高结构效率,并且大幅度降低车重,增加电池续航里程。但使用CTC方案的车辆,由于电池组和底盘是一体设计的,不能适配换电补能,并且从维护角度来分析,当车辆底盘区域受到碰撞形变后,维修方案将涉及更多的整体结构件,成本亦会有所增加。
从结构设计来看,与CTC技术不同的是, CTB技术是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,电池与成员舱的密封也相对简单,风险可控。CTB技术实现从车身一体化向电池车身一体化的转变,有助于空间利用率的提高以及电动车性能的进一步释放。
图3 CTB结构示意图
2. CTB技术可以给用户带来什么?
3. 结语
对于电动车而言,从最初的直接在燃油车上加装电池,到现在的CTB一体化技术,可以很明显的看到,高度集成化与一体化的设计注必定是纯电车型的发展趋势。CTB技术让电池和车身结合的更加紧密,不仅电池包的空间利用率得到了进一步的提升,而且带来了更强的车身刚度,让驾驶者能够体验到更加纯粹的运动驾驶体验感受,同时赋予了整车更强的性能表现。