刀鋒之戰(zhàn)！寧德時代時代CTP與"刀片"電池的構(gòu)型淺析
很顯然，在政策與成本競爭的雙重倒逼作用下，新能源技術(shù)需要不斷向低成本、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化演進(jìn)。而"技術(shù)成本"的下降在此時絕非壞事，包括貴金屬材料成本、研發(fā)和制造成本的降低，會大幅減輕整車的規(guī)劃壓力，一方面給品質(zhì)提升預(yù)留更大空間，一方面保持價格優(yōu)勢，提升整體性價比。
實際上，特斯拉Model 3所采用的基于21700集成化大模組已經(jīng)展現(xiàn)出了這種趨勢的效果，相對此前Model 3僅電池成本就降低了35%，這在很大程度上幫助Model 3成為全球市場的重磅炸彈。
（Model 3大模組解剖圖）
而作為國內(nèi)新能源技術(shù)的輸出者，寧德時代和比亞迪都已經(jīng)在這股趨勢之上，發(fā)布了自己的電池集成化技術(shù)。寧德時代CTP（Cell To Pack）技術(shù)路線基于高鎳三元鋰架構(gòu)，其核心是減少了模組數(shù)量，直接由多個大容量電芯組成標(biāo)準(zhǔn)化電池包，再靈活堆疊組成更大的電池模塊，適應(yīng)不同車款的儲能需要。而比亞迪的"刀片"電池則基于其所擅長的磷酸鐵鋰技術(shù)，電池單體同樣向大容量進(jìn)化，但電芯形狀更加扁平、窄小（長邊可以定制變化，單體最大穩(wěn)定長度可以達(dá)到2100mm），因此形象化的取名"刀片"。多個"刀片"捆扎形成電池包模塊，通過少數(shù)幾個大模組的組合成電池模塊。
兩種技術(shù)狀態(tài)在減少模組結(jié)構(gòu)、提升封裝效率上可以說是殊途同歸的，大幅減少單體連接線束以及相關(guān)的流程工藝成本，大幅度提高成組效率（能量密度），不過從應(yīng)用角度來看，還是能發(fā)現(xiàn)一些區(qū)別。
從結(jié)構(gòu)耐久性上看。
作為布置在車底的大質(zhì)量單體部件，電池模塊必須考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對于復(fù)雜用車環(huán)境的適應(yīng)性。側(cè)向碰撞的抵御能力是最顯而易見的需求，而往往廠家通過電池包外殼的結(jié)構(gòu)和材料運用提升這一方面的能力。不過，對于長期使用的私家車而言，普遍采用非承載式車身，沒有大梁，電池結(jié)構(gòu)還需要能夠承受車身反復(fù)形變帶來的長時間應(yīng)力變化。
（電池包受扭轉(zhuǎn)力仿真模型圖）
通過結(jié)構(gòu)分析，我們可以看到，寧德時代CTP技術(shù)因為考慮到體積封裝效率的最大化，大模組之間的連接可靠性更容易受到對角線反復(fù)切應(yīng)力的影響，對于高壓線束和冷卻系統(tǒng)的連接挑戰(zhàn)比較大，長期使用的可靠性有待驗證。而比亞迪"刀片"電池實際上仍然保留了模組封裝和電池包封裝的整體構(gòu)型，同時從專利圖可見，其電池包封裝將有可能根據(jù)車型需要，預(yù)留形變空間，避免超薄大電芯直接受力。從結(jié)構(gòu)耐久性上看，比亞迪刀片電池封裝更容易做出可靠的產(chǎn)品。
不過，這樣的保險結(jié)構(gòu)也會帶來其他問題，從目前公布的數(shù)據(jù)來看，比亞迪采用體積功率密度作為衡量指標(biāo)，而沒有公布大家已經(jīng)普遍使用的重量功率密度數(shù)據(jù)，可以猜想其結(jié)構(gòu)重量疊加鐵電池本身的比能不高效果，導(dǎo)致其在工信部標(biāo)準(zhǔn)測量平臺上重量功率密度并沒有顯著突破，根據(jù)之前的信息預(yù)計，刀片電池成包重量功率密度可能達(dá)到180Wh/kg左右，處于目前的主流水平。
從結(jié)構(gòu)匹配性上來看。寧德時代作為單一的電池和相關(guān)技術(shù)供應(yīng)商，需要面對更多產(chǎn)品配型的考慮。不過，從目前的專利細(xì)節(jié)上看，CTP大模組的高度是不可改變（而且并不夠輕薄），同時需要配套配型外殼，以適配安裝在不同的車型上。這樣的結(jié)構(gòu)需要整車廠家在產(chǎn)品規(guī)劃上相應(yīng)作出調(diào)整，而比較困難的問題在于目前還沒有大規(guī)模銷量作為開發(fā)的支撐，廠家針對單一電池供應(yīng)商的配型需要做設(shè)計調(diào)整風(fēng)險是非常大的。這可能也是其呼聲大，但真正計劃投產(chǎn)少的原因之一（目前已知北汽確定將會裝車投產(chǎn)）。
（寧德時代CTP電池大模組解剖圖，左側(cè)為商用車大模組參照）
作為自己就生產(chǎn)新能源汽車的比亞迪來說，"刀片"電池可能從一開始就考慮到了自家產(chǎn)品的多規(guī)格適應(yīng)性需求。"刀片"的窄邊做得盡量小，這就意味著在垂直高度上可以更容易適應(yīng)高底盤和低底盤車型的需要。而在未來，更可以基于此開發(fā)超薄底盤的多功能車，讓用戶的使用空間更多，挖掘新能源車的優(yōu)勢。同時，我們也看到，這種超薄電池的疊壓應(yīng)用可能，這可能是為商用以及高底盤大型SUV產(chǎn)品準(zhǔn)備的，能夠存儲更多的能量。
（刀片電池高度更有優(yōu)勢，適配車型靈活）
從單體構(gòu)型特點上看。
寧德時代CTP電池的另一個特征是單體電芯的大容量化，單體容量從最初的50Ah到現(xiàn)在的超過200Ah，大大減少了殼體的占比，同時在充放電倍率不變的情況下，采用簡單的串聯(lián)結(jié)構(gòu)就可以輸出或者是接受更大的電流（提升動力和充電便利性）。另外，寧德時代目前公開的資料顯示，CTP電池組仍然會采用方殼封裝，考慮到目前高鎳電池的穩(wěn)定性，這種封裝應(yīng)該是比較好的選擇。
比亞迪"刀片"電池的單體設(shè)計最初讓我感到有些意外。首先，如此大的單體長度并不是一種穩(wěn)固的力學(xué)結(jié)構(gòu)，受到側(cè)向力時的形變抵抗能力非常弱，而通常電池工作時會帶來內(nèi)部壓力導(dǎo)致外殼膨脹，進(jìn)而向周圍電池施壓。所以在成組時不得不謹(jǐn)慎考慮間隙問題，一方面要防震，一方面是消除側(cè)面受力，在這方面還缺少證據(jù)。
（刀片電池對側(cè)向力抵御比較脆弱）
而另外的技術(shù)挑戰(zhàn)可能來自于電芯內(nèi)部卷繞方式，猜測其內(nèi)部會采用多個電極+多個獨立卷繞單元的形式，實際上可以看做是多個小電池組成一個大電池只不過這些小電池共用一個封裝。這對于每個單元的均一性挑戰(zhàn)非常大，因為電池性能總會遵循木桶原理，最差的那個決定了整體表現(xiàn)！
最終總結(jié)。
整體來看，寧德時代CTP電池和比亞迪"刀片"電池是各有千秋的。寧德CTP功率密度更高，成組效率更高，對于大多是整車廠成本控制更為友善，也更容易在重量一定的前提下，推出更長續(xù)航能力的產(chǎn)品；而比亞迪的"刀片"電池在結(jié)構(gòu)靈活性和耐久性上更具價值和想象空間，大大增加了鐵電池的性能表現(xiàn)，讓其從商用或者是低端產(chǎn)品用，重新回歸主流，這不得不說也是一種可觀的進(jìn)步。
而從另外的角度來看，兩者的技術(shù)架構(gòu)差異也表明一個事實，雖然兩家企業(yè)同為新能源汽車的技術(shù)輸出者，但比亞迪本身作為整車廠的技術(shù)累積是有優(yōu)勢的，這種優(yōu)勢可能不取決于單一指標(biāo)的提升，更多是對用戶環(huán)境的理解和合理化解決，我想著也應(yīng)成為其長期價值的立足點。
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