零跑的CTC量产
昨天，汽车圈传来一个重磅消息。
4 月 25 日，零跑正式发布了 CTC 电池底盘一体化技术，该技术可以提升车辆续航约 10%，而 C01 车型将率先搭载。此外，零跑还宣布将对 CTC 技术免费开放共享。
据介绍，零跑智能动力 CTC 技术应用车身结构作为电池包外部结构，取消了电池包的部分结构设计，而搭载零跑智能动力 CTC 技术的零跑 C01 将成为全球首款无独立电池包的电动车。
“零跑智能动力 CTC 技术，即 cell -to -chassis，是指将电池、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，真正做到了 Less is more。
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度提升。”
什么是CTC技术？
特斯拉，率先提出了 CTC 技术概念。
CTC (Cell to Chassis) 电池技术是将电芯直接集成到车辆底盘内部的电池技术。CTC 技术省去了从电芯到模组，再到电池包的两个步骤，直接将电芯安装在车辆平台上，是 CTP（Cell to Pack）的进一步集成方案。
CTC 的技术思路与飞机将燃料箱融于机翼一体而不是另做燃料箱这一设计相类似，其目的是高度集成化，减少零部件的数量与总装工艺，起到提高效率，降低成本的作用。
CTC 电池集成方案，省去模组：
CTC 方案灵感源于机翼油箱：
特斯拉 CTC 技术将首次运用于 Model Y 车型上，并将在德国柏林工厂实现量产，预计量产时间为 2022 年。CTC 工艺技术的进步有望显著降低 Model Y 的 成本，并提升生产效率。
CTC技术的演变
我们大致介绍一下CTC技术的演变历程。
动力电池的设计大致可以分为3个大的阶段，分别是：
- 标准化模块的1.0时代，
- 采用大模组的CTP 2.0时代，
- 和代表目前业界最高水平的CTC 3.0阶段。
在1.0时代，动力电池被称为标准化模块，结构非常繁琐，从内到外分别为电芯、模组和电池包。
许多个电芯打包成一个模组，许多个模组再打包成电池包，最后安装在车上。但只有电芯是用来供电的，这种“过度打包”不仅需要设计、生产额外的零部件，也要占用额外的空间，这就导致电芯的空间占比减小了。
2.0时代被称为“大模组”时代，主要思路就是设计更大的模组，减少模组数量甚至是无模组，来尽可能减少这个层面的零件数量和空间占用，最有代表的就是宁德时代的CTP技术和比亚迪的刀片电池。
3.0时代标志着电池和底盘集成设计的方案开始问世。CTC是“cell-to-chassis”的简称，就是“将电池和底盘融合设计”的意思。同时，还要有更智能的BMS（电池管理系统），对电池的使用进行更智能的监控、管理和优化。
头部电池企业逐鹿CTC
2020 年中国储能大会上，宁德时代透露公司正在开发 CTC 技术。根据董事长 曾毓群介绍，宁德时代 CTC 技术可以有效降低新能源车的成本，使其可以直接和 燃油车竞争，乘坐空间更广阔，地盘通透性增强，并且在续航方面，由于省去了电 池包与模组，最大程度降低了车身重量，从而可提升电动车续航至 800 公里。
LG在2021年首次公开了一份CTC专利，专利公开号为KR1020210017172A，这是它在CTC方向发展的一个重要信号，也说明LG也在CTC上面开始发力。
众所周知：软包由于自身的结构特性，是无法独立固定的，所以，LG的这个CTC方案选择的是模组到车底盘的集成（Module to Chassis）。
LG的考量初衷是进一步去掉冗余结构件，提高模组的空间利用率和系统比能，同时简化电池系统和整车的工艺，该方案的总体思路，如下（这里为了展示，将产品倒过来了）：
CTC技术的难点及设计思路
电池与车身的集成主要的难点在于：
- 需要保证电池本身的密封性能，安全性；
- 需要保证电池与车身集成后，成员舱的密封性能。
为了解决这个问题，主要的解决方案，有以下两种：
方案一：地板面板与电池包上壳体合二为一，集成于电池，相当于电池上壳体替代了中地板的一部分结构。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。
此种方案优点在于：电池包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。
方案二：地板面板与电池包上壳体合二为一，集成于车身，相当于将电池包的结构分为上壳体和电池本体两个部分。通过密封胶实现车身与电池本体的密封，底部通过安装点与车身组装。
此种方案的风险在于：
拆散了电池包的结构，下车体框架密封电池，由于车身结构较多连接接头、定位孔、漏液孔等影响，现IP67等级（沉水1m，半小时，无水气侵入）电池密封困难,IP69更难实现。下车体框架密封电池，严重增加电池进水造成电芯短路起火风险，安全隐患严重。
电池-车身匹配界面所有零件及总成，均需进行100%气密性检测：
- 需在总装车间开发检测线和返修线，导致生产节拍大大降低，增加成本及工时。
- 如出现问题，漏气点排查困难，无法短时间内返修完成，存在停线风险。
- 无法返修将导致整台车身报废。
CTC技术的电池螺栓连接
原有技术电池包车身采用螺栓连接，一般M8、M10、M12等螺栓规格。车身材料焊接螺母（钢车身），铆接螺母（铝车身）的形式。
因为电池包的密封都是在电池包上通过上下箱体之间的密封条，密封圈，密封胶等进行了完整的密封，上下盖之间采用的螺栓一般为M6的小规格螺栓，密封条也会存在螺栓拧紧扭矩的衰减问题。
当然，因为都是小螺栓，螺栓之间的间距可以设计的比较小，即使有一定的衰减也能保证足够的密封作用。
当然，有些电池包的上下箱体之间的密封采用O形圈的设计，能够降低螺栓连接在密封条作用下的扭矩衰减。
CTC技术，如果采用上述设计的方案一，电池包上下箱体仍然存在，也就是电池包的设计，密封结构基本做到不会发生变化。
与传统的电池包密封方案基本一致，螺栓连接仍然可以使用，仅仅对车身部分设计结构进行变化，考虑车身乘客舱的密封性即可。
总体来说：对螺栓连接的设计，不会引起很大的变化。
对于零跑车型的这种设计，相当于车身地板是电池包的上箱体，然后在电池包下箱体与车身安装时候，需要考虑电池包上下箱体的密封。此时，就需要考虑螺栓连接在软连接，如密封条等条件下的预紧力衰减问题。
大面积的金属板件是通过焊接的方式组合到一起的，考虑到防水性能，传统的焊接和检测方式也就不再适用了。
为了解决这个问题，零跑采用了特殊的工艺，提高了焊接质量、精度控制和焊接的一致性，也提出了新的气密性检测方法和返厂维修方案。在底盘和托盘的连接处，采用了“铆钉 密封胶条”的组合，保证防水性能。
由此可见：零跑为了保证密封，减少螺栓连接引起的预紧力衰减，直接采用了：铆钉 密封胶条的形式。
这样设计的优点，不言而喻，就是能够保证连接的紧密性，密封性。
但是，存在一个缺点就是电池包一次性安装，如果需要拆卸就需要对铆钉进行破坏性拆卸。零跑的具体结构设计和连接设计，可以参见零跑申请的专利。
螺丝君的经验总结
CTC是未来的电池包和汽车车身设计的一个方向，能够大大降低重量，提高续航里程，减少零件的种类和数量，同时能够提高乘客舱的容积。
这个电池电芯，完全靠一个电池包或类似零跑一样，还有一部分的模组的外壳保护，安全性，电气控制逻辑等方面提出了更大的挑战。
相信零跑CTC车型量产以后，会有很多车企，先买回一辆进行研究、对标、测试，逐渐CTC技术，会有更多的车企，电池包企业跟进。
今天的分享就到这里，如果大家对CTC技术，有更深的了解，特别是：CTC螺栓连接，铆接等连接技术方面更多的信息，欢迎分享到螺丝君交流。
附：领跑汽车，官宣：全球首发无电池包CTC技术！
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