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2022-04-28 15:44
特斯拉学徒,学会抢跑了

本文来自微信公众号:autocarweekly (ID:autocarweekly),作者:嗷嗷胡,题图来自:视觉中国


自从小鹏跟特斯拉闹起不愉快,零跑就成了最像“特斯拉门徒”的那个。


4月初,特斯拉刚刚在德州超级工厂举办了Cyber Rodeo开幕活动,率先改用4680电芯CTC电池包的新版Model Y自然是主角。而仅仅半个月后,大洋彼岸的零跑就发布了将搭载于新车C01的CTC电池技术,大有截胡“师父”之架势。


提高,提高,还是xx的提高


所谓CTC即Cell-to-Chassis,在《做电池最难的一关,是起名字》中曾经浅尝辄止的提及过,由电芯单体(cell)直接“to”底盘/下车体(chassis)。电池包(pack)与车身底盘此时融合为一体,你中有我我中有你,你即是我我即是你。


世界上的道理大多相通,去掉中间冗余结构,总是会带来效率、重量、空间等方面的提升。特斯拉当初的说法是,使用一体压铸前/后车身、4680电芯和CTC电池包的新版Model Y,重量减少了10%,而续航提升了14%(注意不单是CTC自己的功劳)




零跑这边给出的数字也很漂亮,CTC使得续航提高了10%、整车垂直空间增加10mm、电池布置空间增加14.5%。另外在上述基础上,零跑的CTC还让车身扭转刚性提高了25%、轻量化系数提高20%,这些是特斯拉安利CTC时没提的,至于是没提高还是懒得说,咱也不知道。


反正总归一句话,就是想说牛B呗。


假如没CTC,世界是怎样的?


每当某一家企业(不限于车企)提出一项突破性新技术时,在那些闪闪发光的漂亮数据PPT面前,你都有必要先平静一下自问自答:


在这项新技术出现之前,这个行业内大家都是怎么做的?为什么之前没人想到还可以这么做?究竟是别人没想到还是有什么原因导致别人不愿意做?这么做之后会不会有什么代价?如果无需代价和妥协为什么只有你一个大聪明?


完全不是在贬责创新,因为历史上完全找得出案例,是可以一一给出回答,而看起来依旧合理有前景的。


只是想强调一下:只有提出并思考了这几个问题,捋清了这个领域发展的最基本脉络,你——很显然不可能全知全能——才有可能(只是有可能哦)初步判断一项炸裂or看似炸裂的新技术,究竟是真正的行业破局革命,还是无情的PE/VC收割机。


后者又称辍学伪nerd对高学历海龟的反向收割。



扯远了,搂回到CTC。


今天最常规的电动车电池系统是这样的:最小的不可拆分单位叫做电芯/单体/cell,根据它长什么样可以分成圆柱、软包、方壳等大类,我们熟悉的18650/2170/4680等,就是在描述其中圆柱cell的规格。


特斯拉Model S上的一个模组


若干个电芯/cell密集排布组成一个模组/module,纯电动车的电池电量需求较大,所以往往需要若干个模组。这些电芯模组被安置于金属外壳内部,再加上冷却、电路、电池控制等部件,就构成了一个完整的电池包/pack。


电池包/pack是电池系统的最终成品,所以整套流程的最后一步就是把这个“包”装车。



在电芯规格相同的前提下,如果用更多电芯组成更大的模组,同样大小的电池包下能放的模组数变少了,但模组与模组间空隙所占用的总体积也变小了,于是电池包可以容纳更多电芯,即更大电量——这就是所谓“大模组”电池包。


再进一步,直接去掉模组与模组间隙,让所有电芯紧密排布成为一个巨大的模组,电池包内有且仅有一个模组,也就没有了模组/module的概念,电池包/pack直接由大量电芯/cell组成——这就是所谓的CTP,Cell-to-Pack。


特斯拉的CTC电池包,CTC同时也是CTP


请注意,当CTP实现时,在电池包pack层级的“去中间化”就已经到头了:电芯cell是最小的不可分割单体,电池包pack是最终的完整成品。下一步的CTC,本质上已经超越了“电池包pack”这个层级,它是电池系统与车身(电池系统以外)之间的集成化,这只手从电池包本身向外伸。


非CTC的常规电池包,无论油改电还是纯电平台,可以认为是“吊挂”或者“嵌入”了车身底盘/下车体。电池包和车身之间,通常采用螺栓之类的连接方式。你肯定听说过某些电动车因故障或衰减更换电池包的事,自然需要可无损拆卸的连接手段。


保时捷Taycan的电池包由28颗螺栓固定于底盘


这种常规的做法用了很多年,也是正常来讲电动车发展初期必然:车嘛,以前用油,发动机油箱拧上去;现在用电,那自然把电池(包)拧上去咯。尤其在电动车发展早期,电池系统出问题需要维护是常有的事,哪怕一颗电芯坏了需要修也得把整个电池包打开,“打包然后拧上去”才是正常人的逻辑。


但这种常规方式也造成了明显的结构冗余,车身底部地板是一大片金属板,电池包上壳体也是一整块板。二者起到的作用其实有大量重叠,车身地板对于电池包上方是有保护作用的,设计得当也能保护乘员免受电池燃爆伤害(或者说难道两层板就永保无虞了吗,也没有)


雪佛兰Bolt/别克微蓝7的SMC电池包上盖


其实目前一部分厂商的电池包,上壳体就是用玻璃钢等更轻的非金属材质制作。它们处于车身结构的保护下,并不需要承担主要的抗冲击作用,而只是负责密封电池包,以及抑制电池包向上对于乘员舱的威胁。


乘员脚下先是一块金属车身地板,然后是电池包上壳体一块硬板,再然后才是真正提供电能的玩意儿(电芯cell)。而CTC,简单粗暴地讲,就是把这两块板子融成了一块——是的,很多技术解析一通天花乱坠,道破天其实就这么点事儿。


CTC,零跑没走特斯拉的路


“把两块板变成一块板”,理解起来就这么简单,但并不代表CTC就轻而易举。直接将车身地板作为电池包上盖,我们暂且不谈这个“地板兼上盖”是算车身的还是算电池的,电池系统与车身的连接方式不能再仅仅是拧螺栓了。


零跑CTC,注意分解图中是无电池包上盖的,车体地板本身作为上盖


原因很简单,螺栓不足以保证高标准密封性能,需要配合其他密封性更好的连接方式——结果是无法再实现几乎无损的拆装更换。


以前螺栓连接的,是两个各自分别密封的部分:车身底部是焊在一起的,你开车涉水水不会从地板缝里渗进来;电池包是经过严格密封的,动不动就IP68。至于这两者之间倒没有那么高的要求,螺栓装也方便拆也方便,电池出问题了甚至可以直接整包更换。


CTC目前主要有两种实现方式,其一是“先把电池包封死、车身那边先漏着”,其二是“先把车身地板铺好、电池上边先敞着”。欧阳明高院士将前者称为CTC,而认为后者应该称为“CTV(vehicle)”,我们这里暂不做区分。


来自2022年电动百人会欧阳明高,注意此处“换电”并非指蔚来那种


方案一就是特斯拉使用的方式,先满足电池系统的密封需求。仅看电池这边,生产制造包括密封都与以往非CTC电池包没有太大不同,因此被认为风险较为可控。但因为需要先制造一个完整的电池包,电池包尤其是上壳体的形状会受到一定限制,对于整车/车身结构效率的提升空间有可能不及方案二(当然眼下谈这个或许为时尚早)


注意9A中,车身部分是不含地板的,区别于上面的Taycan


特斯拉展示的CTC电池包分解,座椅直接装在电池包上壳体上


方案二则是今天零跑的选择,车身是一个完整的车身送过来,而电池包此时是一个无上盖的“敞口”状态。在将电池部分安装到车身的同时,电池包下壳体与车身地板暨上壳体合体密封。这种做法优先保证了乘员舱密封性,但很显然电池密封此时远比乘员舱重要。安装并密封电池部分时,车身结构已经基本完成,要考虑到车身这么大一个“累赘”,安装工序相对会更加复杂繁琐。


因此相对于特斯拉使用的方案一,零跑这个CTC带有更多的未知风险。


当然方案二也有自己的优势,因为地板部分是焊接于车身成为一体的,可以方便地设计各种横纵梁结构,也无需像方案一那样要考虑电池包连接车身时避让四周结构,相比方案一的车身“借用”电池上盖会有结构效率上的优势。换言之,在综合了重量、材质工艺(成本)、刚度目标等方面,可以在整体层面上获得更好的车身综合性能(一样成本更轻、一样重量更刚等等)


零跑CTC,车身是完整的,电池是敞盖的


黑科技了,但又没那么黑


CTC确实可以显著提高电动车的综合性能。


首先,对于电池系统,去掉了一层冗余结构,电池系统可以拥有更多空间,或者/以及可以把高度方向的空间让渡给乘员舱,或者/以及降低车身高度和增大离地间隙。总之空间更紧凑了,想怎么用看老板心情。


其次,仅仅一层板的冗余在垂直空间上并不明显,但重量减少是实打实的。CTC“减掉一层板”的轻量化优势,对于纯电动车而言颇有诱惑力。而CTC对于车身结构的补强作用增加,又会让同等刚度目标下所需的车身材料更少,间接也是促进了轻量化。


最后,CTC使得(或者说迫使)电池包壳体以更牢固的方式连接于车身——毕竟壳体本身就要成为车身的一部分,这会增加电池包对车身刚度的贡献。其实常规电池包已经可以带来动辄50%的刚度提升,改善了车辆NVH等相关性能,CTC之后电池包对于车身刚度的贡献可能更大。


MEB纯电平台的电池包连接方式


既然CTC技术如此诱人,那么回到开头的问题,为什么直到今天才有零星车企开始应用呢?


我们已经解释过密封方式的不同,零跑CTC是更为冒险的方式,即便特斯拉CTC电池包密封难度更低,也多少有一定的乘员舱密封性风险,尤其是长期使用后的耐久性能。这些风险当然完全有可能已经被解决掉了,但在时间足够长之前,无人能断定其不存在。



售后维修的问题也不难理解。常规电池包如果电池出现故障,更换电池包就是拧螺栓的事,甚至还有蔚来那样靠换电补能的。而CTC之后一旦电池包内部有状况,更换或打开电池包就一定意味着拆换车身主体。随之还会伴有二次密封的隐患,CTC电池包拆换是否会对车身结构造成影响,现在没人能给出确凿回答,问题出现之前没人知道有没有问题。


当然你可以说自己买电动车只是开两年就换,但整个价值链条是通着的,电动车只要一直开下去就早晚会遇到电池故障,如果尾端的维保工作难度大成本高,整个周期缩短或者周期内成本有所增加,必然会传导至前端的新车保值率,不存在什么完全不受影响的购置用车方式。



然而话又说回来,指出并承认这些代价和风险,并不等于否认CTC技术是大势所趋。这个世界的各种技术进步,从来就鲜有全方位无牺牲无妥协的。如果一切以稳妥为宗旨、以低成本为信条,今天满大街应该都是全钢车身、自然吸气、化油器喷油、手动变速器的原始车,技术进步和社会发展会缓慢地令人发指。


技术进步对于社会发展的推动,一定是有舍有得的,只有当有人为了“甜头”而甘愿“冒险”,才能创造出螺旋上升全面完善的机会。反过来,也不能单纯为了尽快让新技术变成熟,而向人们掩盖其暂时的不成熟和未知。这个世界不存在一种单向的正确,只有在矛盾之中寻找平衡,在进退之间权衡取舍。


CTC属于“效用后置”的底层基础性技术,它并不是一眼可见的直观。或者说,CTC对整车性能造成的影响,是要经过“好几手”传递的。CTC会减轻重量、增加空间、提升续航、提高刚度改善NVH,但你永远都不会知道到底哪些方面的多大部分优势,是仅因CTC而改变的。并没有一个除了无CTC之外完全一样的平行宇宙去给你作比较。


你只能说CTC牛B,却无法量化CTC带来了多少牛B值。CTC可以减重,但你也可以把减掉的重量塞更多电池、铺更多隔音材料、装更大马力电机;CTC可以提高刚度,但你也可以提前省下材料降低车身主体刚度,再用CTC补回来;CTC对轻量化和刚度的贡献,车企可以用来提高性能,也完全可以用来省成本,又或者二者兼得,孰多孰少看选择。


最终消费者买单的是车辆的实际性能和表现,而CTC等只是为了实现之的技术手段。甚至能不能实现还得另说,用尽先进技术、主观也很努力、下本也很舍得却做出一坨翔的例子也不罕见。所以CTC其实很难成为站在聚光灯下的主角——除非强行渲染为某种改变一切规则的黑科技。


大众可能在下代平台SSP上才会尝试CTP和CTC


CTC本身也不是多么高深的尖端技术,三两句话说下来小朋友都能理解个大概,绝大部分大型车企都有上马CTC的技术实力,只是各自的动力、资源和境况不同,节奏和做法也不同。


特斯拉在Model Y上采用CTC电池包,背景是Model 3/Y大杀四方赚到手软,此时选择突破一下进一步增加优势不无不可。德州与柏林新工厂没有旧设备的沉没成本,也给了产品迭代一个好机会。至于激进风险和维保成本什么的,特斯拉什么时候在乎过这些?特斯拉什么时候需要在乎这些?



零跑的情况有相同也有不同。相同的是也没什么沉没成本,因为零跑此前的车型销量不算多,除C11以外的车型后续创收能力也较有限。此时抢先换道,零跑决定起来反而比那些头部车企更轻松,后发也是有后发优势在的。


不同的是零跑需要冒更多风险、打破更多疑虑,尤其是选择了比特斯拉更冒险的CTC方式,而零跑并没有积累足够的口碑和市场信任(尽管特斯拉在制造方面口碑也不咋地,但毕竟量足)。如果说特斯拉搞CTC,是缺乏像样竞争环境下的“试试就试试”,那么零跑用上CTC,多少混杂着一点点为了破局而以风险换产品竞争力的抢跑心态。


没什么好与不好,承认抢跑者更可能身姿不稳,也祝愿这一次抢跑最终值得。


本文来自微信公众号:autocarweekly (ID:autocarweekly),作者:嗷嗷胡

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