鉅大LARGE | 點擊量：340次 | 2023年03月01日
TSLA的"結(jié)構(gòu)化電池"有什么好處？又甩同行幾條街？
1、TSLACTC亮相
從集成式的控制模塊到一體化鑄造車身，TSLA這條大鯰魚，一直在不斷地攪動汽車行業(yè)的技術(shù)格局。
十月，TSLA在柏林廠舉辦的"Giga－Fest"慶典上，TSLA又照例秀肌肉，展示了最新一代的電池組技術(shù)——structurebattery（結(jié)構(gòu)化電池）。
關(guān)注電池技術(shù)的朋友大概已經(jīng)聽了很多諸如大模組、CTP（celltopack）、CTC（celltochassis）這樣的熱詞了，那我們就先來看看這些都是縮寫都是啥意思。
最初的電池包設(shè)計，就是由單個電芯集成為模組，再由模組組合成為電池包。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池能量密度的提高也就仰賴于整個電池包中電芯所占的比例，于是乎大家就開始探索如何去掉電池包里的冗余結(jié)構(gòu)件以提高電芯在電池包中的占比。
但是問題也隨之而來，軟包電芯本身幾乎無法承重，必須要有殼體支撐保護。所以在大模組上，軟包鋰電池一直進展緩慢。而方形電池和圓柱電池則分別在BYD和TSLA車型上不斷進擊，BYD的刀片電池基本上可以認為就是大模組和CTP的一種應(yīng)用。而TSLA展示的所謂structurebattery也就是CTC的一種嘗試。
馬斯克舉了飛機油箱（下圖）的例子，來說明電池包和車身結(jié)構(gòu)的融合。概念上確實如此，飛機油箱從機翼＋油箱變?yōu)闄C翼＝油箱，所以車身＋電池包也可以變成車身＝電池包。而油箱和電池包的差別就在于燃油是液體，電芯則是固體。當(dāng)然也因為電芯本身的殼體結(jié)構(gòu)，讓它有條件成為整體承重結(jié)構(gòu)的一部分，馬斯克的類比看起來沒毛病。
回到電池，我們看到TSLAstructurebattery中，一個個圓柱電芯被緊密的排列在中地板下方，而應(yīng)該是電池上蓋的部分還長出了和門檻搭接的橫梁結(jié)構(gòu)。
再往下看，這塊電池已經(jīng)沒有獨立的電池上蓋。電池上表面的零件和車身結(jié)構(gòu)連接集成了座椅固定及車身橫梁的功能（下圖），同時承擔(dān)電池的密封功能。
這樣的集成方法就意味著不僅省去了一層地板結(jié)構(gòu)，同時也解決了分開設(shè)計時地板和電池包之間的間隙預(yù)留。這部分空間無論是向上給到座艙，還是向下給到電池包都是很好的加成。
不過這樣做也有弊端，就是電池再也無法單獨拆下來了，換電肯定不用想，維修性也是大打折扣。Anyway，TSLA要兜售給大家的是自動駕駛再也不會撞車的未來，電池包自然也是沒事兒不要動它。還有就是圓柱電芯照理上下方向比較利于承重，其他方向也起不了太大用途。也就是說寬度方向的力還是少不了結(jié)構(gòu)支撐，前后縱向力也是要解決的問題。這部分都沒有細講，可能是電池下殼體，也可能是內(nèi)部填充結(jié)構(gòu)來補足電池包內(nèi)部梁結(jié)構(gòu)去除后的缺失。
總結(jié)一下，structurebattery有什么好處？
1．盡可能減少結(jié)構(gòu)冗余，相同空間里塞更多的電芯，提高能量密度。
2．電池包和車身結(jié)構(gòu)融合整體剛度更好，電芯集中整體慣量小操控更敏捷。
3．電芯位置更居中，側(cè)向撞擊更難接觸到電芯，電池保護更好。
4．配合TSLA前艙和后地板的一體壓鑄結(jié)構(gòu)，零件數(shù)量大幅減少。
TSLA描述結(jié)構(gòu)化電池的好處
壞處自然也有，筆者認為以下幾點有待商榷：
1．電池包無法單獨拆解，如何檢測維修，撞壞了怎么辦？
2．電池包的密封及安全性一系列實驗認證怎么做？
3．電池和前后車身以及側(cè)面結(jié)構(gòu)的連接是怎么樣？裝配順序怎么改？
4．前后連接的制動管高壓線等管線怎么走，如何保護？
圓柱電池的結(jié)構(gòu)化解決方法近在眼前，方形電池和軟包能跟上嗎？
方形電池單個電芯比圓柱電池大，靈活性沒有這么高。但只要電芯和車寬相匹配相同可以塞到地板底下去，雖然系列化稍差一點但基本還在同一起跑線。
軟包鋰電池略尷尬，沒有額外的結(jié)構(gòu)無法承力。只能用模組的方式裝載到底盤上，那就是MTC（moduletochassis）？下圖LG公布的軟包鋰電池CTC方法，筆者認為還是叫MTC更合適。
LG軟包鋰電池的CTC方法，應(yīng)該叫MTC更合適（知化汽車）
嚴格意義上說structurebattery這個概念不難跟隨，重點是怎么解決實際問題保證可靠性和實用性，特別是高度集成化方法帶來的一系列變化如何應(yīng)對。
整體鑄造的部分廢品回用率很高，集成化的電池殼呢？要同時保證電池殼的密封性以及和其他車身結(jié)構(gòu)的連接和承力，精度要求公差控制都是要攻克的課題。
按照目前傳統(tǒng)車商的制造體系，筆者認為像TSLA相同的CTC方法很難跟進。但是這樣的方法就是最終形態(tài)了嗎？或許并非如此。既然可以把電芯集成到承載結(jié)構(gòu)里，那么整個車身的結(jié)構(gòu)組成是不是還有機會改變，零件的材料、拆分有沒有更多的變化，期待未來看到更多的創(chuàng)新出現(xiàn)。
2、一體化底盤的可能
你可能會問炒的熱火朝天的CTC就這么簡單？沒有別的了嗎？
筆者認為structurebattery只能算作CTC的一個部分，真正的CTC恐怕可以擴展的更多，畢竟底盤不止電池這么一點點。傳統(tǒng)意義上來說，轉(zhuǎn)向制動驅(qū)動單元都算是底盤的范圍。仔細一看，電動汽車的核心部件不都在這了嘛，不僅是核心部件更是高利潤部件。所以不管是重新構(gòu)建滑板式底盤架構(gòu)的Rivian、Canoo，還是本特勒、CATL這樣的供應(yīng)商，都想加入這個可以說改變汽車行業(yè)結(jié)構(gòu)的技術(shù)競賽當(dāng)中。
按照這個技術(shù)邏輯，汽車就不再是前艙、座艙、后艙三段的組合，而是要變成底盤＋上車體的造車模式了。硬件上底盤和不同形式的上車體分開，軟件上智能駕駛底盤控制和智能座艙也可以分開。這么一來，同一個底盤配上不同的車身形式不就可以做出轎車、皮卡、MPV、SUV等等各種各樣的車型了嘛。所謂"超級底盤"的概念也就這樣發(fā)展出來。
慢著，真有這樣的好事兒可以一個底盤做出完全不同的車型嘛？作為傳統(tǒng)車企從業(yè)者，恐怕要說不太可能。且不說哪家公司愿意成為貼牌廠，給自家車子裝上別人家的"靈魂"。單就車型差異來說，也不太可能實現(xiàn)"同一個底盤"涵蓋從轎車到皮卡、SUV、MPV這么廣泛的車型需求。因為不同車型的訴求是不同的，假如只是拉貨那可以換不同高矮胖瘦的上車體來適應(yīng)不同的貨物。但是涉及到人，涉及到不同的坐姿，不同的視野要求以及人員保護，事情就沒那么簡單了。
下面我們展開來看看，"通用底盤"都有什么問題有待解決。
看下Canoo的底盤和座艙組合，有沒有眼熟？其實早在2014年公布的i3就已經(jīng)是這種構(gòu)成了。當(dāng)年的寶馬把它稱為"LifeDrive結(jié)構(gòu)"，由一個鋁制底盤和一個碳纖維加固的駕駛座艙組成。
上圖：Canoo的底盤和座艙
下圖：i3的底盤和座艙
當(dāng)年i3的E－NCAP成績是四顆星，當(dāng)然這里面有碳纖車身帶來的差異，但不妨礙我們定位通用底盤第一大難點——碰撞安全。乘用車的碰撞安全要求重要包括：乘員保護、行人保護和主動安全三大塊。在乘員保護上，不管是剛性壁障正碰還是可變形壁障40％重疊碰都對整個車輛結(jié)構(gòu)的力傳導(dǎo)有很高要求。
傳統(tǒng)車身大概都有三條承力路徑，一般中間這條是主力。底盤和座艙分開的設(shè)計就必須改變這一分配，從Canoo公布的圖上看大概也只有兩條路徑。這兩條路徑如何連接，如何分配是一個很大的疑問。再加上它極短的前懸結(jié)構(gòu)，相信挑戰(zhàn)會更大。
傳統(tǒng)車和Canoo碰撞傳力路徑比較
另一大難點就是視野，特別是駕駛員視野。駕駛員在駕駛過程中80％以上的信息要靠視覺得到，聽覺及其他感知僅接受不到20％的信息。所以汽車良好的視野，是安全駕駛的基本保障。同一個底盤，要做出差異巨大的不同車型并不現(xiàn)實。要保證一定的視野，當(dāng)坐姿降低時留給懸架的高度也會減少很多。同平臺不同車型的應(yīng)用很常見，而同底盤不同車型只能說是偷換概念了。要做出不同高度不同坐姿的車型，懸架必定是要做出大幅調(diào)整和改變，那么相應(yīng)的開發(fā)驗證也是少不了。這還能叫做"同一個底盤"嗎？恐怕不行。
所以一體化的超級底盤，只能說和傳統(tǒng)車廠的平臺架構(gòu)并無二致。最大的差別就是這個排列組合的開發(fā)者從整車廠轉(zhuǎn)到了供應(yīng)商。
那么開發(fā)者變了，差別在哪里？這就得看供應(yīng)商開發(fā)的系列化的底盤硬件＋電驅(qū)動要賣給誰。筆者以為這樣的解決方法恐怕只能供應(yīng)給希望快速造車的互聯(lián)網(wǎng)車企。那些不以汽車駕駛體驗為賣點，而是要一個平臺來承載智能駕駛、智能座艙的公司可能成為目標(biāo)用戶。在可見的當(dāng)下，互聯(lián)網(wǎng)車企所要的就是一套可靠的高續(xù)航的底盤及電驅(qū)系統(tǒng)，他們的賽道在智能駕駛、智能座艙上。
在這條賽道上傳統(tǒng)車企所在意的駕乘體驗，似乎駕駛體驗要被拿掉了。只是不了解這條賽道的未來能否出現(xiàn)足夠的差異化，讓消費者有非它不可的沖動。畢竟對待傳統(tǒng)車，大家還是會感受不同車廠帶來的不同的駕駛體驗。不管是什么樣的產(chǎn)品，最終要供應(yīng)的都還是讓人愿意買單的東西。假如說自動駕駛真的要開辟一條新的道路，讓車上不再有駕駛者，那好像也不用再購買汽車，只要購買旅程就好了。
總的來說，電池從針對傳統(tǒng)車輛結(jié)構(gòu)的異形電池，進展到結(jié)構(gòu)更加緊湊可以適應(yīng)不同續(xù)航需求的平板電池；從大模組到CTP的嘗試，一直是在提高電池自身的能量密度以及和整車的集成程度。而CTC則是要打破電池和整車的界限，所謂"超級底盤"更是要顛覆車型開發(fā)的核心分工。電池和底盤一體化的設(shè)計確實可以提高續(xù)航里程，同時也可以節(jié)省開發(fā)時間。但是"超級底盤"這件事供應(yīng)商能夠做出來，賣給誰能賣多長時間怕是個問題。關(guān)于乘用車，消費者還是要差異化的價值錨點來認知不同的車型，這種標(biāo)準(zhǔn)化的集成電驅(qū)動底盤也許更適用于不拉人只拉貨的商用車型。
