2020年02月25日 | 能量密度提升50%？！国内新能源凤毛麟角的CTP技术究竟是什么？

动力电池成本占整车成本的40%，甚至还要更多，降低动力电池成本一直是电池供应商和主机厂的重要任务之一。现有的电池Pack结构，通常由“电芯-模组-整包”的三级结构组成。若干个电芯组合在一起，被称为“模组”；若干个模组组合在一起，再加上BMS、配电模块等零部件，就成为“电池Pack”。为动力电池降本，主要手段之一就是减少“模组”的成本，但如今这种手段已经到了瓶颈期。

如何既能降低电池成本，又能提高能量密度，增加续航里程？

CTP技术或许是当下最好的选择！

CTP技术全称Cell To Pack，也叫无模组技术，现有两种不同的技术路线。一是彻底取消模组的方案，以比亚迪刀片电池为代表；二是小模组整合为大模组的方案，以宁德时代CTP技术为代表。此外，比亚迪刀片电池专攻磷酸铁锂电池，宁德时代则以高镍三元锂电池为主。

■ 比亚迪CTP技术有什么特点？

比亚迪刀片电池，就是在此前方壳电池的基础上，将电芯做“长”，做“薄”，形状类似刀片。根据公开信息显示，比亚迪一共有5种不同的电芯规格，具体数据如下表所示。这种电芯其实高度同现在方壳电池相比没有变化，厚度相比软包电芯略厚，主要变化是长度，从435mm一直到2500mm都有。这里面，比亚迪具体是如何做的，根据目前的资料还不清楚。

这种电芯想要组成电池PACK，就要依赖CTP技术。这种技术一方面提升了电池PACK的包内空间利用率，增加了带电量；另一方面又减轻了PACK重量，提高了整包的能量密度。

根据比亚迪申请专利能看到，在电池包总体积一致的情况下，现有的电池PACK结构，多出了各模组的侧板、端板、紧固件、横梁、纵梁等组件，包内空间利用率大概在40%左右；而采用了CTP技术的比亚迪电池包，除去电池管理系统、配电箱等组件，包内空间利用率大概在62%左右。受到不同的电芯布局方式影响，包内空间利用率分别为55%、60%、62%、65%，如有需求甚至可以达到80%。即使是同一辆车，采用CTP技术的电池PACK后，带电量约增加20%-30%，续航里程也能提升20%-30%。

■ 宁德时代CTP技术有何不同？

宁德时代在去年法兰克福车展上，公布了自家CTP技术的部分信息，这种电池PACK由至少两个以上的大模组构成（如下图），每一个模组之间通过固定件连接在电池托盘上，最终电池PACK通过安装梁固定在不同车型上。

宁德时代CTP技术电池Pack示意图

宁德时代CTP技术电池模组爆炸图

根据宁德时代专利能够看到，一个大模组里面被若干个塑料材质的散热板分割成一个个小的空间，方壳电芯就像电脑硬盘一样，可以插进这些小空间。每个电芯的侧面还贴有导热硅胶垫片，且电芯宽度方向的散热板留有散热通道，可以直接于外部的冷却管路连接。根据相关数据显示，这样做能够减少约40%的零部件，这些零部件来自模组之间的连接线束、侧板、底板等。此外，在电池体积不变的情况下，采用CTP技术的电池Pack包内体积利用率也提升了15%-20%。

■ CTP技术有什么优点？

1、轻量化。CTP技术能够最大程度的减少电池Pack内部，各个模组之间的侧板、底板、连接线束、固定件、非必要的横梁，纵梁等零部件，对于电池的轻量化非常有帮助。

宁德时代CTP技术电池模组连接方式

2、电池能量密度提升。这里面有两个维度，第一个是重量比能量密度，这种说法也是我们常见的；以宁德时代的CTP技术为例，重量比能量密度能达到200Wh/kg。第二个维度是体积比能量密度，以比亚迪的CTP技术为例，体积比能量密度相比过去能够提升50%，不同规格的电芯体积比能量密度分别为439Wh/L、448Wh/L、449 Wh/L、450 Wh/L。

作为对比，采用CTP技术的比亚迪磷酸铁锂电池Pack的重量比能量密度已经达到了180Wh/kg，堪比当下采用NCM811电芯的电池Pack了。

比亚迪刀片电池的另一种布局形式

3、成本低。事实上，CTP技术落地的一个重要推动力就是降低动力电池成本的需求。以比亚迪为例，新产品的成本可以降低20%-30%。这里面包含电池Pack本身的成本的因素，也包含简化了生产组装工艺，导致不良率下降的因素。宁德时代虽然没有透露成本优势，但因为生产效率提升50%带来的积极影响，显然不可忽视。

■ 现阶段，对CTP技术的一些疑问？

1、电池碰撞安全。传统三级结构的电池Pack，因为有模组的存在，所以碰撞安全多了一层保护。采用CTP技术的电池Pack，除去Pack的边梁，电芯将直接承受碰撞的冲击。

从现有的资料来看，以宁德时代为例，Pack的框架是铝型材直接挤压成型，以增加强度；每个大模组内部的塑料壳体通过注塑成型，注塑时将散热板嵌入箱体模具内，实现一体成型。

2、电池热管理。由于新技术改变了电池Pack的结构，势必会对电池的热管理系统，甚至BMS系统提出全新的设计要求和策略，这是软件层面的考量。

从硬件层面来看，比亚迪为这种电池Pack设计了新的排气孔和排气通道。排气孔对着电芯两端的防爆阀，当火焰、烟雾或气体从防爆阀中排出，会通过排气孔进入排气通道，排出电池包外。现有的电池Pack则没有类似的排气通道设计，火焰、烟雾或气体很容易聚集在模组内，对电芯造成二次伤害。

比亚迪刀片电池的排气通道设计（103为防爆阀，221为排气孔，222为排气通道）

类似的设计，我在宁德时代的专利申请上也看到了，且针对三元锂电池更易发热的情况，采用宁德时代CTP技术的每一个电芯，内置在上下壳体中。壳体中间填充有导热胶，电芯侧壁和壳体之间还有压力或温度传感器。前者用来检测电芯的外形变化，后者用来检测温度变化，以排除故障电芯，提前预电芯测热失控现象。

3、售后维修便捷性和成本。这是知乎大V朱玉龙提出的一个疑问——因为电芯或采取某种方式（或许是粘）直接固定在电池Pack的托盘上，因此4S店在日后的维修中，一是对技术提出了更高的要求，二是某个电芯故障，或许需要更换整个电池组。

比亚迪刀片电池的又一种布局方式

4、电池的一致性。目前有分析推测，采用CTP技术的电芯，其内部或许是几个更小的电芯以并串联的方式一个一个连接起来。无论该推测是否正确，这种新的技术对于电池的一致性确实提出了更高的要求。这里面也包含两方面的内容，一是电芯生产过程中的一致性，二是电池使用过程中的一致性。而电池的一致性，一直以来都是国内电池生产商难以很好解决的问题。

■ 还有谁家有CTP技术？

除了上文所述的宁德时代和比亚迪之外，长城汽车的蜂巢能源、国轩高科等电池企业也都在研发自己的CTP技术。

据蜂巢能源透露，他们的CTP技术既有无模组方案，也有大模组方案。相比蜂巢能源传统的590模组，CTP-G1减少24%零部件数量，每Wh电池成本降低0.1元；CTP-G2提升5%-10%重量成组效率，提升5%空间利用率，减少22%零部件数量，每Wh电池成本降低0.21元/Wh。只是目前还没有更多的技术信息透露出来。

蜂巢新能源的CTP电池展示

另一方面，今年3月比亚迪将正式发布“超级磷酸铁锂电池”，届时关于比亚迪的CTP技术或许会有更多消息。北汽新能源则确定要在EU5上，率先搭载采用了宁德时代CTP技术的电池，我们也可以期待。按照主机厂动力电池的测试流程，预计今年Q1末，我们就会看到更多采用了CTP技术的电池公布技术亮点。

■ 邦点评

CTP技术能够显著提升电池能量密度，提高纯电动车的续航里程，这对消费者而言是一件好事。然而，回归文章标题的疑问——CTP技术能让我们的车更安全、更便宜吗？目前为止，仍需打个问号。安全方面，最基础也是最重要的电池一致性，国内电池企业同日韩电池企业还有较大差距；成本方面，由于电池供应商会掌握更大的话语权，新技术带来的电池成本的降低，是否能体现在车辆的指导价上还未曾可知。

当然，我们有理由相信，当CTP技术成为一种趋势后，我们现在的担忧将不再是问题。