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特斯拉学徒,学会抢跑了
发布日期:2022-05-14 11:25    点击次数:97

文 | 嗷嗷胡

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?(近期案例是)

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, 河南省交通运输发展集团有限公司郑州分公司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。

AAB

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