零跑汽车徐良渡:CTC电池系统的开发与挑战

NE时代新能源/徐良渡

阅读 1557    更新于2023-11-22 08:54:18

在NE时代、凌傲咨询联合举办的“2023xEV电池技术论坛暨新能源光储充融合产业大会”上,零跑汽车电池产品线总监徐良渡就《高集成效率的电池系统开发与挑战》进行了主题报告。

演讲嘉宾:零跑汽车电池产品线总监徐良渡

报告主要分为以下两个部分:

1、新能源电池系统技术发展趋势

2、零跑CTC电池系统的开发与挑战

新能源电池系统技术发展趋势

2022年全国新能源汽车销量688.7万辆,渗透率达25.6%。2023年1-9月,新能源汽车销售591万辆,预测全年销量850万辆。去年缺芯缺电,但是新能源汽车处于上升趋势。新能源市场需求在增长,匹配零部件供给能力,才有如今的增幅。下一步, 随着新能源渗透率拐点到达,需求爆发,与之同步的动力化技术、集成化需求也是每个主机厂和零部件厂需要考虑的点。

作为新能源汽车的“心脏”,动力电池系统是新能源最重要的零部件之一。零跑作为车企,电芯需要依靠电池厂, Pack电池技术是零跑接下来要研究的重点方向,更高的集成和效率,CTC将成为趋势。

国家政策层面上,CTC技术也是被力推的关键动力电池技术之一。 2021年11月,国务院发布新能源汽车产业发展规划特意提到,要研发新一代模块化高性能整车平台,攻关纯电动汽车底盘一体化设计、多能源动力系统集成技术。所以在未来,CTC前景巨大。

基于政策和趋势预测,2030年我国电池车身一体化技术市场空间或将达到8500亿元。目前采用CTC技术,整车空间和续航能力都得到提升,驾乘体验也明显改善。 如果CTC能突破瓶颈、不断优化,逐步取代以前模组到Pack的方案,2024年、2025年占比有可能达到90%以上。

电池系统集成技术发展路径,最早通过标准化模组,从电芯到模组、模组到Pack,优势是电池包开发更加简单,只需要把模组堆到电池包内就行,问题是无法灵活进行电量和电压配置,因为模组是标准化的。对于整车来讲,需要多少电量的时候,不好配置;另外模组零部件较多,系统成本比较高,Pack空间利用率比较低,与整车厂预期不符。 2.0时代,即CTP时代,以宁德时代为代表的电池厂逐步开展大模组形式的CTP方案,体积利用率提升15%-20%,零部件数量减少15%-20% ,单从Pack提升来讲,生产效率有质的提升。

从主机厂角度来说,CTP已经不能满足其集成化要求,所以需要CTC技术方案这样更高程度的集成化。 CTC方案零部件数量将继续减少20%,结构、成本也会得到进一步优化,成本可能会优化15%。 此外, CTC方案高度集成化、模块化有利于整个生产过程。零跑在2022年4月份发布了CTC技术,在9月份量产落地。

目前主要参与的车企及电池厂布局CTC技术进展情况,特斯拉在2020年电池日上推出了CTC概念,目前在国内工厂展示的Model Y采用了CTC方案;比亚迪今年在海豹上也量产了CTB。第二梯队的宁德时代,希望在2025年有全新一代CTC产品,并且在上海、苏州专门成立团队研究CTC,吉利的沃尔沃去年提出了第三代电池系统将采用高集成度的CTC方案;哪吒去年也提出了这样的规划,说2023年要在车型上量产,这是车厂、电池厂的最新进展情况。

零跑CTC电池系统的开发与挑战

2022年9月,零跑汽车第一款搭载CTC技术的车型C01落地,目前已经量产配套3万套。 零跑在金华有两大Pack工厂,8条线,产能30万辆/年,而且是柔性生产,可以支持传统大模组Pack,也能支持CTC Pack生产。

CTC和整车、底盘、车身关联,车企之外Pack厂没有便捷参与整车研发的优势,零跑自主研发,电池、电驱、车身、底盘全是自研,多方合作比较容易达成共识,从而更好地进行垂直整合。

要实现智能化动力CTC,需要硬件创新和软件创新来实现可持续进化。硬件创新主要包括高效结构和气密性两点,这也是零跑在开发CTC过程中遇到的最大挑战。电池包怎么和车身结合做一体化? 最终方案是利用电池和底盘一体化设计,电池骨架结构和底盘车身结构合二为一,做到既是底盘车身结构又是电池结构,使结构效率更高。另外通过车身设计实现电池密封,CTC技术借用底盘基本结构,利用车身纵梁、横梁形成完整的密封结构,目前还在持续优化,2.0版本还会有新的突破。

CTC智能底盘技术,不仅有电池结构,还有BMS参与其中,目前 零跑利用车端实时在线BMS检测技术+云端电池大数据管理相结合 ,实现AI BMS大数据智能电池管理系统。利用云端数据,可以不断优化车端的在线算法和标定,利用AI深度学习,最终实现延长电池使用寿命、提升实验效率、提高电池使用安全。

CTC技术有两个优点,一是高适配, 与整车匹配度高,可快速柔性化批量生产,目前零跑CTC车型与非CTC车型可以共线生产;另外。高度集成化和模块化,可跨平台适配未来各级别、类型车型。 二是强扩展 ,以C1平台车型为例,目前支持50-120kWh电池包,都可以兼容CTC方案,搭载智能化和集成化热管理,未来可以实现800V高压平台,400kW超级块充,可拓展“加油式”充电,充电5分钟续航200+km。

搭载CTC技术的整车:

(1)更大的驾乘空间。电池上移,让整车的座椅底盘下侧的位置可下移10mm,车内空间增加10mm,电池布置空间增加14.5%,整车空间布局更灵活。

(2)更长续航里程。续航提升10%,717km超长续航,提高电池保温性能,传统的电池包车身与电池之间有一层空隙,在行车过程中有风道进去,对电池来说,上层下层都有冷却。采用CTC之后,上层是保温作用,完全是密封的。AI BMS能耗经济智能管理,支持拓展800V快充。

(3)更强操控性能。扭转刚度提升25%,超40000N,轻量化系数提升20%,操控响应速度提升,NVH性能优化也相应提升。

(4)更高整车安全。电池结构和车身结构互补,AI BMS提供全时智能主动守护。

零跑坚持无模组化CTC技术,2023年已经在实施2.0版本,很快将会在新车型上发布。相对于1.0版本,2.0版本具有更高集成度,零部件进一步节省10%,重量减少5%,重量非常靠近铝型材箱体,钢结构强度比铝型材好,成本进一步降低,续航得到进一步提升,能耗也有所改善,另外兼容400V/800高压平台,搭载高智能化、高集成化热管理。

此外,徐良渡还介绍道,零跑科技于2021年成立全资子公司浙江凌骁能源科技有限公司,目前零跑所有的车载动力电池系统全部由其电池产品线研发、制造。

凌骁能源是一家从事动力电池系统、非道路移动机械电池系统、储能系统三大产品体系的专业研究、开发、应用的创新型新能源技术企业。目前研发中心在杭州总部,制造在金华、杭州,全域电池包25万台已经下线,目前零跑所有电池包皆为自研制造。

对外业务中,专用车领域,主要是环卫车、园区物流车、可换电物流车等可换电物流车,可配1/2/4个Pack,最多可以配8个Pack,目前已经有搭载车型。非道路移动机械领域业务,有高机、叉车、AGV,对应产品也已落地。

储能电池与系统领域业务,主要关注户储和工商业储能,户储有两款产品,一款是10kWh一体式储能电池系统,质保10年,循环寿命6000次,目前主要是出口;另外一款是堆叠式产品,支持10/15/20kWh,灵活搭配。工商业储能目前采用全液冷技术,风冷也做过,但接下来会全部推液冷,拥有标准化模块化设计、全时安全防护,梯次利用电芯资源丰富,梯次利用Pack溯源系统、全周期高效收益。

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