電動汽車的核心競爭力，還是在于成本的不斷下降。隨著電芯成本的一路下探，電池系統(tǒng)除了電芯之外的成本也有很強(qiáng)的下降訴求，自從寧德時代在德國法蘭克福國際車展上推出了全新的CTP電池開發(fā)平臺（CellToPack），目前有不少的國內(nèi)車企（北汽、蔚來、威馬和哪吒）都隨之采用新的技術(shù)，通過這項技術(shù)開發(fā)新的電池系統(tǒng)。本文就現(xiàn)有的公開資料來探討一下這項技術(shù)路線的發(fā)展可能性。

第一部分商用車電池系統(tǒng)的迭代

在我國的新能源汽車政策推廣中，乘用車和客車是分開管理的，前者可以使用三元電芯，后者在2017年開始的補(bǔ)貼政策里面是限制三元而推薦使用磷酸鐵鋰電芯，但是能量密度的需求一路從85Wh/kg提高到135Wh/kg。這個提升是關(guān)于電池系統(tǒng)所要求的，如下圖所示：

圖1新能源客車電池系統(tǒng)補(bǔ)貼要求變遷

為了完成這個要求，并且滿足電池每kWh補(bǔ)貼一路下降的趨勢--2018年為1200元/kWh，2019年為500元/kWh--這里就有兩條實現(xiàn)路徑：提高磷酸鐵鋰的電芯能量密度，還有就是提高電池包的成組率。電芯能量密度的提升重要是依靠把電池的容量越做越大實現(xiàn)的，如下圖所示：

圖2寧德時代的商用車的單體容量提升路徑

從上圖來看，電芯容量從50Ah，一路提升到157Ah起步，2019年寧德時代的商用車用得最多的是202Ah和271Ah，而在去年十一月的北京公交展覽上新的電芯規(guī)格重要是在厚度上做一些差異化，形成了新的一組優(yōu)選的電芯容量。

除此以外，寧德時代在商用車上改變了供應(yīng)模式，在早期階段，商用車電池和大巴公司，也是從單體、模組和電池包的成組方式，寧德時代供應(yīng)模組、大巴公司進(jìn)行組裝。但是在補(bǔ)貼下降和大巴的用量特殊性的基礎(chǔ)上，通過標(biāo)準(zhǔn)包的形式，寧德時代直接放棄模組這樣的形式，直接把電芯集成到電池包，優(yōu)點是提升了電池包空間利用率、減輕電池包重量、提升能量密度并降低了成本。如下圖所示，最重要的就是從原有我們熟悉的VDA標(biāo)準(zhǔn)模組的結(jié)構(gòu)擴(kuò)大，一步步回歸到簡化的設(shè)計。

圖3寧德時代的商用車交付物的演進(jìn)

我們可以比較定量的來看上述兩個措施在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的結(jié)果：

1）電池尺寸上升：隨著電芯容量的新增，能量密度從之前的140.19Wh/kg，現(xiàn)在最高可以做到178.1Wh/kg，這個過程中，重要是電芯的高度和厚度提升帶來的效果，目前271Ah的尺寸為173×202×72mm，202Ah的尺寸為173×202×57mm，重要是厚度的差異。

2）整包的成組率：從電芯能量密度到整包能量密度的提升效率，我們可以折算下，總體的結(jié)果如下所示--從原有的72%，過渡到83%，目前最高的已經(jīng)能超過90%了。這個數(shù)據(jù)本身是和電池系統(tǒng)的重量有關(guān)系的，不過我們可以清晰的看到成組率提升帶來的成本下降。

因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，這個改變的數(shù)據(jù)效能，重要是根據(jù)寧德時代在客車電池系統(tǒng)上的做法改變（體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，電池包能量密度提升了10%-15%）。當(dāng)然這里是有約束條件的：

●制造過程，從電芯直接進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)包的生產(chǎn)線，減去了原來的模組線，但是這個標(biāo)準(zhǔn)包的設(shè)計是完全相似的；

●模組結(jié)構(gòu)，是把電芯的一個最小集合以可運(yùn)輸、維修的一個合集，在系統(tǒng)中起到電芯集成、支撐、固定和保護(hù)等用途--在結(jié)構(gòu)和電氣連接上起到重要的用途，整個分工的形式也就變化了，我們看到國內(nèi)的大巴公司都把標(biāo)準(zhǔn)包作為裝車的基本單元，直接裝車了。

圖4商用車?yán)锩娴某山M率情況

第二部分CTP在乘用車上的推廣和可用性

2019年，乘用車的補(bǔ)貼也是降下去一大截。為了從之前的補(bǔ)貼機(jī)制轉(zhuǎn)向市場模式驅(qū)動，電池系統(tǒng)最重要的事情還是降低成本。這時候，在商用車有效的辦法，通過弱化模組環(huán)節(jié)，直接在系統(tǒng)設(shè)計中將大量的電芯進(jìn)行組合，減少零部件和降低成本，這個事情就是CTP的應(yīng)用邏輯。

在乘用車原有的商業(yè)模式里面，寧德時代重要以幾種方式交付產(chǎn)品：

●電芯：直接向整車公司交付電芯，由整車公司來設(shè)計開發(fā)模組并進(jìn)行模組的生產(chǎn)；

●模組：直接向整車公司交付模組，由整車公司來搭建Pack組裝產(chǎn)線并采購其他零部件進(jìn)行生產(chǎn)；

●電池包：這個模式和商用車相似，直接交付整包。

圖5寧德時代的標(biāo)準(zhǔn)模組（355和590）

想用解決CTP的應(yīng)用問題，乘用車和商用車不相同，這里有以下的幾點：

●現(xiàn)有各個乘用車公司的電池包的尺寸兼容性并不強(qiáng)，采用標(biāo)準(zhǔn)包的方式是不可行的，必須要因地制宜根據(jù)每個電池包內(nèi)部的空間來進(jìn)行布置；

●維修處理：由于模組結(jié)構(gòu)的弱化，使得在固定這么多電芯過程中，要使用一些必要的手段，一方面這個集合牽涉了更多的電芯，另一方面關(guān)于現(xiàn)場在4S店進(jìn)行維修操作加大了很大的難度；

●多點采購的不兼容性：由于整車公司一開始是使用標(biāo)準(zhǔn)的模組，采取多點進(jìn)行采購的，進(jìn)入這種模式，在知識產(chǎn)權(quán)和替換過程中，車企要解決很多的問題。這個我們可以看到商用車在電池供應(yīng)方面的主導(dǎo)權(quán)方面基本都投降了，這有個短時間成本下降與鼓勵動力鋰電多點供應(yīng)以保持長期競爭力之間的矛盾關(guān)系。

目前已經(jīng)宣布選用CTP方法的幾家車企，還沒有把電池設(shè)計進(jìn)一步披露出來，根據(jù)電池系統(tǒng)的實際設(shè)計情況，可能會出現(xiàn)不同車企之間有較大差異性的情況。根據(jù)商用車的專利和實物，可能有幾個共性的特點：

1）模組從單排走向多排：單排電芯排列然后進(jìn)行組合重要是為了模組有足夠的強(qiáng)度可以通過振動和沖擊實驗，一旦把這個要求取消掉，如下圖所示，就可以在原有的電池尺寸上，把原有的模組在Y方向上面排列2-4組（這里減少最多的是側(cè)板和底板），形成一個大的合集。而這里的約束重要受托盤的梁結(jié)構(gòu)約束，所以會形成結(jié)構(gòu)塊的形式。

圖6繼承自商用車方法的可能特性1

2）模組采樣線和母線排連接簡化：如上圖所示，把大量的采樣線通過順序的FPC代替，把模組之間的Busbar連接通過簡單的螺栓連接或者直接焊接，都可以把結(jié)構(gòu)簡化。

圖7繼承自商用車方法的可能特性2

小結(jié)：

根據(jù)目前乘用車電池系統(tǒng)的開發(fā)周期，我們最早也只能在2020年Q1末尾見到最早期的乘用車CTP方法，到時候我們可以來驗證寧德時代的CTP在不同車企里面的變化。其實能把成本降下來是大家都愿意看到的事情，但是客觀來說確實有一個短時間硬成本下降和長期保持多供應(yīng)商的技術(shù)&成本競爭帶來的好處。我們在過去三年里面走得也比較快，很多東西要細(xì)細(xì)想一想電池系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展該怎么走，成本下降該怎么做。