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电趣事|未来我们都将坐在电池包上开车?

拆车坊

  车讯网 报道纯电动车型是如今汽车市场中主流的发展方向,不同于燃油车型以汽油、柴油等燃料为动力源,这类车型主要以方形电池、圆柱电池和软包电池为动力源,为车辆的驱动电机提供源源不绝的动力。无论什么类型的电池组成的电池组,都将会成为车辆结构的一部分被安装在底盘区域,那么一个很有趣的问题来了,电池组究竟是以哪种方式和车辆融为一体的呢?

  电池组为何藏于底盘区域?

  燃油车型的油箱在车辆的底盘区域,一般来说常见家用车的油箱容积35~50升左右,如果车型的尺寸大其油箱容积也会更大些,即便是一次能够加上100升汽油的燃油车为例,这么多汽油的重量才约有75公斤左右,这和纯电动车型所需电池组的重量相比,就有些小巫见大巫了。

  一般来说,当下常见的纯电动车型的电池组少则三四百公斤,多则甚至超过千斤的重量,想把这块庞然重物装进传统的油箱之中,以当下的电池技术来说是不可能实现的,那么这近千斤的电池包该何去何从呢?把它平铺成扁平的长方体,并且体积大小做成和底盘相似的尺寸,最后将其安装在车辆的底盘区域,让电池组和底盘融为一体是个非常好的解决办法,这也是当下纯电动车型在用的一种设计思路。

  可能也有同学要问了,为什么不把电池组安装在车辆的后备厢区域呢?根据实用性角度来说,近千斤的电池包放在后备厢里,肯定会占用很大的空间,甚至会将后备厢整个塞满,这样一来车辆的储物空间就大打折扣了。根据安全性的角度来说,近千斤的重量可能会破坏车辆的平衡结构,头轻尾重在车辆转弯时可能会引发“摆尾”等危险情况。

  所以将电池包放在车辆的底盘区域,既可以解决车辆前后的平衡问题,同时还会为车辆带来一些操控优势。因为近千斤的电池组装配在底盘区域,车辆的重心会集中于车辆的中心位置,更容易塑造出50:50的前后配重比,并且车辆重心也是能处于更加偏低的状态,综合来看可以为车辆提供更佳的驾驶操控感。这就和不倒翁的原理有些相似,无论你如何去晃动不倒翁,它都能很快的保持平衡并稳定下来。

  几千节电池堆出了早期纯电动车

  知道了电池包安装在车辆的哪个部位,那么电池组是以哪种方式安装的呢?在早期的时候,纯电动车型所用的电池包内部包含有许多个电池模组,每个电池模组内部又是由很多单体电芯组成。这种以多个电芯组成模组,多个模组组成电池包,最终把电池包安装到车辆上,这种较为传统的工艺流程被统称为CTM(Cell to module)。

  特斯拉旗下的第一代Roadster车型,使用的就是由6800多节松下公司生产的18650钴酸锂电池组成的电池包,作为几年来纯电动车领域的领头羊,特斯拉的这项举措当时也算是名震汽车圈了。通俗点讲,CTM技术更像是我们平时上班带饭的饭盒,饭盒内部会有很多个隔层设计,每个隔层可以适量装上些米饭、炒菜。

  使用CTM技术组装成的电池包有很大的缺点,一者是电池包内部的空间利用率低。之所以说空间利用率低,是因为其内部有上千个电芯组成的多个模组,每个电芯、模组之间就要使用大量的线束进行正负极连接,同时还会使用加固结构件来保证电池包的结构安全性,以防因为碰撞等意外操作造成自燃或爆炸现象,如此下来电池包的整体重量就是电芯+线束+加固结构件等的总和,这也就意味着电池包的整体能量密度会偏低,直接造成的后果就是车辆的续航比较短。

  二者是电池包的安全性相对低,因为电芯可能存在有热失控等安全隐患,虽然从生产工艺上可以降低发生热失控的几率,但万事都是不怕一万只怕万一,几率低但并不代表着它是百分之百安全,电池包中有上千个电芯和大量线束,那么发生热失控等安全隐患的几率也就随之提升了。

  无模组化思路是当下主流设计

  为了弥补那些缺点,除了将电芯单体的容量越做越大,电芯安装到车辆上的方式也在不断的更新迭代,于是CTP(Cell to Pack)技术就顺势而生了。相较于CTM技术来说,CTP技术取消了电芯→模组→电池包中的模组结构,直接将电芯按照顺序排列装配成电池包,这样就简化掉了以往电池组中的部分加固结构件,通俗点说就是无模组电池技术。

  这就像是把饭盒中的隔层取消了,直接将炒菜覆盖在米饭上,成为了一份盖浇饭属性的盒饭,这样在吃的时候既不耽误食用者吃饭,同时因为不再有那么多隔层了,同样大小的饭盒还可以放下更多的米饭和炒菜,让人吃的更饱。

  CTP技术在大容量单体电芯的协同下,减少了大量加固结构件的使用,这样的设计能够在相同的空间内,能够塞入数量更多的电芯,更好的空间利用率好处非常明显,那就是电池包的总容量随之提示,车辆的续航里程也会相应的增加。除了提示车辆的续航里程外,电池包内部的线束使用数量也随之降低,因此电池包出现安全隐患的几率也就降低了不少。

  最早提出CTP技术并进行实际应用的是一家国产锂离子电池研发制造商—宁德时代。宁德时代在锂离子电池领域的研发,对全球纯电动车领域的发展有着很大的促进作用,除了研发高密度大容量电芯外,它还提出并应用了CTP技术,通过减少模组数量并优化模组之间的机构,将诸多大容量单体电芯直接装配成电池组,用以提升整个电池组的能量密度,为车辆提供更长的续航里程。如今,宁德时代应用最新CTP技术生产的麒麟电池,已经官宣可以将纯电车型的续航里程突破至1000公里。

  但值得注意的是,因为每个人的饭量是不一样的,A可能吃的完饭盒里所有的食物,B可能吃了一半就吃饱了,那么饭盒里剩下的一半食物不仅浪费了,而且上班路上要提着满当当的饭盒,下班也要提着体积较大的空饭盒也是很费力气的,如何解决这两个问题呢?答案是为B专属定制一个装满食物刚好让其吃饱的小饭盒。

  客制一体化才是最优解?

  对于B来说,这个小饭盒装满食物后,既能让自己吃饱不会浪费粮食,同时上下班提着也更加省力些,可谓是物尽其用的高效率状态,这里定制的饭盒对应的便是CTC(Cell to Chassis)技术,它取消了以往的模组和电池包共两个步骤,直接将电芯集成在车辆的底盘上,大量的大容量单体电芯按照顺序堆叠在一起,一定程度上可以将其看作是车辆的底盘结构的一部分,通俗点说就是电池车身一体化技术。

  一般来说使用CTC技术的车辆,它会取消原本电池组用于加固结构作用的上盖板,或是直接将座舱的地板进行优化,让电池组既成为座舱地板的一部分,同时也是底盘结构的一部分,这样的构思设计能加大座舱内部的垂直空间。比如零跑汽车的CTC技术思路就是取消电池组的上盖板,特斯拉的CTC技术思路是取消了座舱地板,将车辆的横梁和座椅等直接集成在了电池包上。

  不过网上也有一部分网友认为,因为零跑汽车提出的CTC技术思路,是先将电芯组成电池模组,再将电池模组集成到底盘之中,从字面意义来看它似乎不是Cell to Chassis,而是Module to chassis,所以称之为MTC技术更加恰当些。

  CTC技术的好处远不止增加座舱空间,因为集成化程度更高,所以在空间利用率方面有着更加出色的表现,使用这项技术的车辆从理论上来说,能够在塞入更大容量电池的同时,相对而言还能降低车辆的总重量,最终的结果是为车辆提供更长的续航里程,同时还能够借助大容量单体电芯的高结构强度,让其和车辆底盘相结合来提升车身的扭转刚度。

  当然,使用CTC技术的车辆缺点也是非常明显,因为电芯已经集成在底盘上,如果车辆发生了意外碰撞事故损坏了底盘结构,那么后期的维修费用便会直线上升。并且让许多消费者都看好的换电补能方式,也将因为电芯和底盘的高度集成化无法快速将电芯取下,最终无缘实现这一快捷补电的方式。

  有趣的是,比亚迪在CTC技术的基础上研发出了CTB技术。得益于比亚迪研发的刀片电池在安全性上的保障,以及刀片电池高安全性和蜂窝结构的排列方式等优点,如果说CTC技术是简化了电池组的结构,并将电池组和底盘两者融合成为一体,比亚迪的CTB技术则是直接就把电池组成为车辆白车身的一部分,相当于是将每个大容量单体电芯都看作是车辆底盘的加强梁。

  如果继续拿饭盒作为例子来说,比亚迪这套CTB技术是不使用饭盒,直接把食物做成饭盒的形状,并在外面套上一层保鲜膜防止食物被污染,等到饿的时候拿出饭盒形状的食物直接吃就行。其实透过现象看本质,传统的CTM技术更像是以前的老款翻盖手机,手机屏幕小且无用的硬件较多,但是它可以来回翻盖并能更换手机电池。

  不同于CTM技术,CTP技术更像是现在屏幕带刘海或进行打孔了的智能手机,虽然屏幕大显示效果清晰且功能多,但是屏幕上因为保留有前置摄像头等设计,屏幕上的部分区域不能用来显示,并且它的手机电池是不可拆卸的;CTC、CTB技术虽然也属于是不可拆卸电池的智能手机,但它更像是将手机正面的前置摄像头进行了优化,做成了能让屏幕可以全屏显示的全面屏手机,在使用的时候拥有更佳的视觉体验效果。无论车辆使用的是哪种电池技术思路,根据现有电池行业的技术来看,相对于纯电动车型所使用电池组的总重量总体积来说,只要你乘坐的是一辆纯电动车型,无论是前排的驾驶员还是后排的乘员,坐在车上都约等同于坐在电池组上疾速行驶。

  写在最后:

  将电芯以何种方式装配在车辆上,诸多技术的背后其实是为了提高车辆的续航里程和安全性能。在电芯排列成组为车辆提供动力来源的同时,因为充放电的过程中会释放出很多热量,遇到碰撞积压情况电池组甚至会发生热失控的情况,而且外界的环境还会影响电芯充放电的效率,比如说温度过低或过高等都会影响车辆的续航里程和充电功率,此时一套完善的电池管理系统就显得很有必要了。下期内容,我们将带您了解车辆的电池管理系统,敬请关注。

责任编辑:王欣

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