浅析特斯拉CTC方案和一体化压铸技术

CTC是Cell to Chassis的简称，即电芯直接集成于车辆底盘的工艺。它进一步加深了电池系统与电动车动力系统、底盘的集成，减少零部件数量，节省空间，提高结构效率，大幅度降低车重，增加电池续航里程，被认为是下一个阶段决定新能源汽车竞争胜负的关键核心技术。



CTX三阶段  

电池成本占到整车成本的三分之一以上，是决定汽车性能的核心因素，因此电池系统的集成化是新能源汽车生产制造改革中重要的一环。电池系统集成主要走过了几个阶段：  

CTM：Cell to Module，最开始产业希望将电芯标准化，进而利用规模化降低成本，但是OEM车型需求不同，电池厂家的电芯尺寸也难以统一，所以后来电池系统标准化转向了模组。过去几年电池系统集成化的重点就是不断提升标准化电池模组的尺寸，如比较典型的是355、390、590模组。  

CTP：Cell to Pack，由于模组的存在，使得电池包的空间利用率较低，因此如宁德时代、比亚迪、蜂巢能源等陆续发布了各自的CTP方案，跳过标准化模组环节，直接将电芯集成在电池包上，有效提升了电池包的空间利用率和能量密度。  

CTC：Cell to Chassis，不再仅限于电池重新排布，还将纳入电驱电控系统，使得电池、电机、电控、车载充电机、DC/DC、底盘高度集成，通过智能化动力域控制器，优化动力分配、降低能耗。这是未来的发展趋势，要求主机厂、电池供应商等必须具备多项跨域的能力，车企大多要有具备电芯设计、三电系统高度集成的能力，电池企业可能需要在电机、底盘设计等板块的布局，目前特斯拉已率先公布CTC方案，沃尔沃、比亚迪、宁德时代等都在加速布局。  

特斯拉 CTC方案和一体化压铸技术  

特斯拉在2020年电池日讲到，CTC 技术灵感来自航空航天领域，即将燃料箱融于机翼，而不是在机翼内还有一个燃料箱用于容纳燃料。新设计能有效减少零部件的数量和电池组的总质量，通过提高制造效率并降低成本最终实现电动车的续航里程的增加。据悉，特斯拉最新的第三代圆柱电池4680电芯和上一代电芯都可以使用CTC技术。  

2021年6月，特斯拉公开了一份名为INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM的电池系统专利，专利号为 US 2021/0159567 A1，详细描述了4680 Structural Battery（CTC）电池系统集成技术。  

2021年10月，特斯拉在柏林工厂举办参观活动时，首次对外展示了 4680 Structure Battery，整体设计思路方案与专利披露信息基本一致。  

根据专利和公开展示的信息，特斯拉CTC有下面的几个特点：

①电池包上盖与电芯粘接在一起，与座椅等车辆结构件直接连接在一起；

②电芯之间填充树脂材料，起到热保护和结构性支撑的作用；

③把以前的铝丝连接改为 Busbar 连接，利用母排引脚将电连接和电池管理系统的采集板直接连接在一起；

④电池包一侧配置了8个泄压阀，加强了热失控管理；

⑤电芯间的蛇形管布置与车桥方向平行，通过减少蛇形管长度而减少流阻，增加冷却均匀性。  

特斯拉CTC方案具有减少支撑件、减轻整车质量、提升整体电池容量等优势，该应用将为车辆降低10%车重，增加14%续航里程，减少370个零件，单位成本下降7%，单位投资下降8%，大幅提升汽车生产制造的效率。  

此外，提到特斯的CTC解决方案，就不得不提一体化压铸技术。  

2020年特斯拉电池日上，特斯拉首次在Model Y后车身结构件采用一体压铸工艺，前车身+后车身+底盘电池包组合成车身。相比传统冲压焊接工艺，特斯拉的一体压铸技术将大量减少车身零部件、降低车身复杂度并实现减重，与此同时车身焊接线及对应的工业机器人及工人将由一台压铸机替代，压铸成型后的一体式车身无需再进行二次热处理，大幅提高制造效率（柏林工厂可实现45秒生产一个车身）。另，一体压铸工艺的生产设备的占地面积更小，相比于传统冲压焊接工艺的生产设备能够节省35%的占地面积，生产流程也得到简化。  

零跑汽车 国产CTC首发  

2022年4月25日，零跑智能动力CTC电池底盘一体化技术发布会隆重举行，如无意外，今年8月上市的零跑C01将是成为国内第一款搭载CTC技术的产品。  

零跑的CTC想法来自朱江明，他在2016年时受到从功能手机分离式电池到智能手机一体式电池的启发，“汽车动力电池是不是也可以借鉴这种思路？”，于是立即启动预研，成立了电池研发团队，掌握了基于电池制造整个模组、电池包和BMS的技术能力。  

零跑将电池、底盘和下车身进行集成设计，简化产品设计和生产工艺的前沿技术，通过重新设计电池承载托盘，使整个下车体底盘结构与电池托盘结构耦合，创新了安装工艺。通过减少冗余的结构设计，能有效减少零部件数量，在提升空间利用率和系统比能的同时，让车身与电池结构互补，使电池抗冲击能力及车身扭转刚度得到大幅提升。  

首先是减少模组后产生更多的电池容量空间，相比传统方案电池布置空间增加14.5%。  

其次是轻量化，电池系统取消模块层级节省下的结构件让车身轻量化系数相比传统方案提升20%，同级系数更好，经济性、性能更均衡。  

第三是让车身扭转刚度提升25%，抵御共振能力就越强，NVH性能越好，操控性、响应度和行驶性能越好，同时提升了被动安全。  

第四是通过软件控制，电池的主动安全也得以提升。据称，采用了AI BMS的技术，可以实时监测，这样基本上杜绝了因为电池或者电芯失效引发的安全问题。  

此外，严格意义上讲，零跑目前是技术是MTC（Module to Chassis），因为其仍然保留了电池模组——Module，是把电池模组集成到了底盘，而不是把电芯直接集成到底盘。这种方案在CTC节省空间、提高集成度、减少配件等板块打了折扣，但是在维修保养的便利性和成本上会低不少，且可以迅速推向市场。  

比亚迪 CTB电池车身一体化技术相约520  

2021年，比亚迪推出了全新纯电动专属平台e3.0， 实现了“八合一”动力系统集成，将驱动电机、电机控制器、减速器、高压配电箱、逆变器、车载充电器、整车控制器、电池管理系统等8大模块整合，延续使用了超安全刀片电池，并进一步将刀片电池与整个车身融为一体，还将整车的驱动、制动、转向等功能深度融合。  

近期，比亚迪宣布海豹将于5月20日开启预售，同时发布基于平台3.0打造的CTB电池车身一体化技术。如果说海豚是七合一，元PLUS是八合一，那么海豹就是在八合一的基础上更进一步地将电池做到了车身中，刀片电池把安全和强度融入作为整车的一部分，扭转刚度将比燃油车翻一倍，对整车的驾控将会有很大的提升。  

CTB电池车身一体化技术从结构设计来看，比亚迪把车身地板面板与电池包上壳体合二为一，集成于电池上盖与门槛及前后横梁形成的平整密封面通过密封胶密封乘员舱，底部通过安装点与车身组装。也就是说比亚迪在设计制造电池包的时候，把新一代海豹的电池系统作为一个整体与车身集成，电池本身的密封及防水要求可以满足，电池与成员舱的密封也相对简单，风险可控。  

宁德时代CTC布局提速

2020年8月，宁德时代宣布正研发一项电池底盘一体化新技术，该技术可使电动车续航里程超过800公里，这一数据在当时普遍300-400公里续航的市场中称得上具有突破性。  

目前，宁德时代正在加快 CTC 的研发攻关，并宣布计划于 2025 年左右推出高度集成化的CTC技术，并有望在2028年前后升级至第五代智能化CTC。  

2022年1月26日，宁德时代与上海适达投资管理有限公司、苏州新越众合商务咨询中心(有限合伙)及自然人姜勇在苏州市共同投资设立“苏州时代新安能源科技有限公司”，专注电动汽车驱动控制系统，其中宁德时代出资13.5亿元，持有合资公司54％股权。该公司法人代表姜勇曾经担任汇川技术副总裁、汇川联合动力系统有限公司董事长，在新能源汽车电机电控等领域拥有近十年经验；董事长李平则是宁德时代的联合创始人与副董事长。有消息称，时代新安成立的核心目的是CTC技术的落地，将电芯和底盘集成，再把电机、电控、整车高压如直流转换器DC／DC、车载充电机OBC等通过创新的架构集成在一起，并通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。  

2022年2月15日，时代新安与浙江新吉奥汽车有限公司签署战略合作协议，据称合作不仅仅局限于CTC底盘的开发，接下来，随着项目的落地与合作的深入，双方将在合作开发的基础上，实现CTC底盘的合资生产，甚至双方还已经探讨了未来“三电”围绕新吉奥新能源商用车板块布局属地化生产的可能性。  

2022年2月19日，宁德时代（上海）智能科技一体化电动底盘研制项目及瑞庭时代上海智能动力系统项目（二期）开工仪式在上海临港举行。其中的一体化电动底盘项目大概率就是为了加速CTC技术的落地。  

2022年4月29日，华为智能汽车解决方案BU智能车控领域总经理蔡建永已经离职，并加入了电池企业公司宁德时代，负责CTC电池底盘一体化业务。蔡建永在华为有着深厚的履历，曾任华为智能汽车BU的CTO一职，工作内容主要涉及车辆架构、系统设计两大方面。  

此外，宁德时代也在同步挖掘车身架构、底盘方面人才。招聘网站显示，宁德时代目前在招岗位中有20多个与车辆底盘与架构设计相关。  

CTC对汽车产业链影响深远  

CTC技术集成了电芯、底盘、大小三电系统等，同时也整合了自动驾驶相关模块，涉及的产业链极其复杂，将会为汽车工业带来的一场生产制造革命。  

整车企业：   主机厂认为“不能将灵魂交给别人”，CTC的出现，将突破PACK的限制，直接涉及到汽车底盘，这是整车最为关键的核心部件，是整车厂商经历长期发展所积累的核心优势所在，电池企业/专业 PACK企业难以独立开发的。虽然新能源汽车底盘开发的技术壁垒相比燃油汽车已经大幅下降，但整车厂商仍然在开发经验和技术上具有较大优势。未来CTC发展路线上，具备技术研发优势的OEM将掌控更多CTC主导权；不具备整车开发优势的整车企业将沦为移动出行公司的代工厂，在底盘等硬件环节也将丧失主导权；主打自动驾驶和科技出行服务，以轻资产运营的整车厂商如百度、小米等，将交由第三方主导CTC开发。同时具备车身研发和电池研发这两个领域的专业经验与能力的车企，将会大有所为。  

电池企业：   与CTP技术相比，CTC技术要求电池制造商从更早的阶段介入车型设计，这就要求电池企业具备更强的研发设计能力，配合部分主机厂进行深度开发。因此，预计将会有越来越多的电池厂与主机厂展开深度合作。  

此外，电池企业缺乏对车辆底盘的开发经验和技术积累，虽然在CTC上有构想，但若想在底盘技术上有所突破还需要较长时间的积累。通过并购或控股等方式控制一些专业底盘公司，掌握底盘开发技术，可能是电池厂商较快实现CTC突破的有效路径。目前，宁德时代正在大力招聘汽车底盘技术相关的人才；国轩高科也与车企讨论过CTC方案，认为这在有限的范围内可行，但目前还没有布局。  

底盘企业：   掌握底盘零部件研发及系统集成技术的专业底盘公司，一方面自身有独立开发CTC的可能性，另一方面也将以供应商的角色参与以整车厂商或电池厂商主导的CTC研发中。此外，滑板底盘创造出新能源汽车赛道的新入局机遇，出现了悠跑科技、PIX Moving等电动底盘开发的第三方供应商。  

其它零部件企业：   由于CTC技术的高度集成，像模组时代的占据一定比例的金属结构件，如如纵横梁、模组壳体，加强筋，水冷管路等，塑料结构件如如用于承载、固定、绝缘防护，管路连接等，会锐减甚至会直接退出这个产业。此外，如焊接类、紧固连接类的加工工艺也将大幅锐减。  

对于胶黏技术可能需求量会更大且要求更高，一些新材料新工艺如热失控防护材料、喷涂等则需要更高的技术性产品来匹配。  

此外，对于电芯的技术要求会更高，除了电化学本体上的性能要求外，尤其是结构强度、刚度上的要求，相当于电芯的技术门槛提高了。  

未来集成的重点将由电池系统转移至电底盘，一体化电底盘技术体将开启它独立的技术迭代，期待CTC技术迸发出更多的创新和技术需求，开创出划时代的智能电动汽车。

审核编辑：刘清