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杏彩体育零跑科技宋忆宁:动力电池集成技术经历三大阶段CTC引领新时代

发布时间:2024-07-10 22:45:32点击量:

  杏彩体育网站注册杏彩体育网站注册本届论坛是由科技出行产业创新服务平台亿欧汽车主办的GTM2022年度主题论坛之一,并由北京大学光华管理学院高层管理教育中心作为学术支持,锂解作为产业数据合作平台。来自业界的核心动力电池厂商、主机厂、上下游企业负责人、投资人等多位嘉宾共话动力电池产业格局。

  在届次论坛上,零跑科技零跑科技电池产品线总经理宋忆宁发表了以《全域自研成潮流 CTC电池底盘一体化风向标》为主题的演讲。他在演讲中主要发表了以下三大观点:

  1、在动力电池领域,目前主要有两大技术进化路线:依赖于物理、化学层面基础学科领域突破的材料路线,依靠结构优化的动力电池集成技术路线、动力电池集成技术最近十多年的发展,主要经历了三个阶段:十年前开始的标准化模组1.0时代;以CTP技术为代表的大模组2.0时代;以CTC技术为代表的全新3.0时代。

  3、零跑智能动力CTC技术拥有2大创新点:一是高适配,可跨平台适配未来各级别、类型的车型;二是强拓展,可适配智能化、集成化热管理系统。

  大家好,我是零跑科技电池产品线总经理宋忆宁,很高兴与大家在线上相聚。作为一家以技术立企的研发型企业,零跑是业内为数不多的、拥有智能电动车完整自主研发能力的厂商。自品牌创立之初,我们便确立了走一条短期艰难,长期正确的全域自研路线,力求以技术创新,构筑企业底层核心竞争力。而对于创新,我们也有明确的方向与目标。

  正如零跑董事长朱江明所言,“我们的创新,一定要基于电动车和燃油车的差异去创新,而不是盲目地去搞创新”。这样,我们才能更好的集中优势资源、聚焦用户需求,加速推动电动车行业发展。

  而落到具体实践上,为了更好的满足用户需求,目前电动车行业主要沿着两大创新路线持续发力:首先,三电技术的创新是根本,是解决用户痛点和体验的基本诉求,只有在续航、安全等方面彻底打消用户顾虑,比如能够提供700公里以上的续航、充电5分钟续航200公里等,用户才能够更加喜欢电动车,电动车才能迎来加速普及。

  在动力电池领域,目前主要有两大技术进化路线:材料路线主要依赖于物理、化学层面的材料基础学科领域的突破,来解决电池在能量密度、循环寿命以及安全性等方面的痛点。

  近年来,虽然电池行业在电芯、正负极等材料领域有所提升,但距离实现性的技术突破和量产落地还为时尚早。那么,基于现有电池材料技术,通过工程技术手段改善和提升电池性能,就成为了全行业另一个重要的研究方向。

  在十年前,电动车刚刚兴起的时候,那时候受限于技术条件,多采用由电芯组成模组再组成电池包,并安装在底盘上,这时可称为标准化模组的1.0时代。传统模组的电池包不仅复杂笨重,再加上当时多为油改电平台,电池布置受限,带来的就是整车性能不尽如人意。

  此后,意识到问题的行业专家们,开始有意识的在电池结构上进行创新。随着CTP技术的诞生,标志着动力电池技术进入大模组为主的2.0时代。目前,整个行业尚处于从标准化模组加速向CTP技术的过渡进程中,CTP凭借其在结构、性能、量产等方面的优势,逐渐成为主流。

  就在CTP技术尚未普及之时,更先进的CTC技术已出现在很多新能源车企的技术路线中,不过由于技术难度太大,很多还处于战略规划之中。现在,零跑能够实现创新突破,将CTC技术实现量产,可以说引领了全球动力电池进入了全新的3.0时代,具备里程碑式的意义。

  零跑能够率先实现CTC技术的量产,绝非一蹴而就。实际上,零跑CTC技术的起步很早,可以说,我们是第一批“吃螃蟹的人”。

  早在2016年,朱江明董事长从智能手机电池的集成方式上获得了灵感,认为既然手机电池可以由分离式变为与机身一体化,使得智能手机变得更加轻薄,那么电动车能否借鉴这一思路,在保障性能的前提下令动力电池变得更轻薄?对于这个想法,其实一开始很多人是持质疑态度的,觉得不太可能成功。在当时18650电池集成已经非常难。

  但是,朱江明董事长特别坚持,组织跨部门的精英强将成立项目组,亲自监督项目推进。这个研发过程很难,我们也经历了很多“拦路虎”,每一个结构优化几乎都是“牵一发而动全身”。但是事实证明,朱江明董事长的坚持是对的。

  通过持续投入研发,不断丰富完善这一设想,我们在2018年取得了实际性进展,在行业内较早的完成了CTP大模组方案的设计。但我们的目标不止于此,2019年至2020年经过试验试制等阶段,我们经历了两版CTC技术的工程实践方案,至此,之前的设想初步得到了实现。

  在随后的2021年,通过堪比“鸡蛋里挑骨头”式的不断试验论证和改进后,我们终于完成了CTC电池底盘一体化量产方案,成为全行业最早实现这一技术落地的企业之一,一切付出都变得值得!

  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。

  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。

  现如今,软件定义汽车、硬件持续推动软件迭代已经成为行业发展趋势。为了使零跑所有车型能够得到技术的最大赋能,零跑智能动力CTC技术将会从硬件创新、软件创新、两个方面的协同进步实现技术的可持续进化。

  在硬件创新方面,CTC技术和传统电动车电池包的结构是完全不同的,最大的难点是既要集成化,又要相对模块化,这是一个矛盾点。对此,零跑研发团队大胆假设,小心求证,创新提出电池底盘一体化结构,我们将电池骨架结构和底盘车身结构合二为一,做到既是底盘车身结构又是电池结构,让整体结构效率更高。

  为了解决气密性难题,我们通过车身设计实现电池密封,CTC技术借用底盘基本结构,利用车身纵梁、横梁形成完整的密封结构。

  这是现阶段我们综合考虑电池杏彩体育、车身、底盘三个系统最大集成可能的技术方案,让整车车身结构效率更高,同时也解决了气密性难题。

  就像解一道数学难题,即便论证难度很大,我们也要尽量用简洁有力的方式去证明。从技术角度,这包含电池包与车身底盘结构集成,电池安装结构与车体骨架结构高度集成。

  具体到电池底盘一体化的结合方式,零跑创新性应用了CTC双骨架环形梁式结构车身,红色部分是车身结构梁,绿色部分是电池托盘结构,两者有机结合在一起,这一结构的车身扭转刚性远超预期目标,具备更强安全性能。

  我们来看一下CTC技术在硬件层面能带来哪些突出的优势。首先,CTC技术能带来两个空间层面的提升。

  在电池布置空间方面,相比传统PACK方案,在不改变车架外沿造型的前提下,CTC技术有效消除电池包与车身之间的安装间隙。以C01车型为例,采用CTC方案可增加14.5%的电池布置空间,在同等轴距的情况下,可以实现布置更多的电池,获得更多续航。

  其次,由于大大简化了电池本身结构,同时把电池结构和底盘车身结构合二为一。 CTC技术在车身垂直空间增加了10毫米,不要以为10毫米微不足道,对于整车设计而言,已经殊为不易,这意味着乘客可以拥有更好的头部空间。

  在用户普遍关心的综合续航能力和冬季续航方面,CTC技术带来的更高电池空间利用效率,为整车续航带来更多增益。同时,通过电池与座舱之间结构的减少,来加入保温层设计,在冬季为电池提供保温作用。这意味着配置CTC技术的车型在冬季续航会有更好的表现。

  总结一下,零跑智能动力CTC技术可以带来提升10%综合工况续航的增益,基本消除所谓的里程焦虑。

  在CTC量产之前,我们进行了大量的测算及实验,力求无限逼近极限。因为即便是小数点几位后的数字,一旦发生对个体都是100%,模拟危险发生概率的结果,“0”是我们的唯一选项。我们设立了专门的CTC技术实验室,通过制定了严谨的试验流程,对CTC技术方案进行了30多项安全试验,其中加热热失控扩散试验、IPX9防水试验、5米高空跌落试验、挤压试验、外部火烧试验等多项测试,远高于国家标准。

  在软件创新层面,为了实现对硬件更高层级,更大范围,更深渗透的度优化管理,我们融合了大数据和AI深度学习等相关技术,突破原有车端BMS的技术管理瓶颈,实现行业首创的基于车端BMS和AI大数据云平台线上线下相结合的——零跑AI BMS大数据智能电池管理系统。

  从原理上来说,这一系统是通过实际使用场景的车、云两端大数据来分析历史工况下电池充放电状态。结合电池解析模型,电芯SOH状态,电池温度及相关实验数据等,可实现电池全生命周期可控,以此做到电池长时间尺度安全预警、延长电池使用寿命、提升电池使用效率。

  通过获取电池的电流、电压、温度等测量数据并与试验参数比对,我们可以实时对电池状态进行预警;大量测量数据积累,并基于大数据分析和电池历史状态AI学习分析带来的中长期预警。这样做的好处是,我们可以对智能电池进行全时安全预警。

  相比过去用电池容量衰减估算电池使用寿命,我们将实现基于大数据和云端电池画像预估电池健康状态;相比基于参数标定的热管理策略,我们将实现基于电池能量最优化利用的智慧能源管理;相比基于阈值标定的故障识别,我们将在云端建立知识图谱网络,基于AI学习实现安全预警线上线下联动,实现延长电池寿命,优化电池性能的目的。

  基于零跑AI BMS大数据智能电池管理系统,我们可以为用户提供触达电芯级别的实时云端安全保护,在电池安全、电池寿命、电池性能层面得到全方位的提升,实现6大功能:

  我们通过对比燃油车进行软硬件差异化创新,并深度应用零跑智能算法诞生的零跑智能动力CTC技术,可以被称为“可持续进化的能量母体”。

  总结一下,零跑智能动力CTC技术拥有2大创新点:一是高适配,与整车匹配度高,可快速柔性化批量生产,高度集成化和模块化,可跨平台适配未来各级别、类型的车型;二是强拓展,可适配智能化、集成化热管理系统,未来可兼容800V高压平台,支持400kW超级快充,可实现“充电5分钟,续航超过200km”。

  我们积极推进CTC技术研发,引领电池科技进步,初心就是为了满足更高的用户需求,通过更好的产品,为用户带来更高品质的出行体验。CTC电池底盘一体化技术,可以为整车带来更大空间、更长续航、更强性能、更高安全。

  我们相信,CTC电池底盘一体化技术将成为未来智能电动汽车的标配技术,而零跑将以率先量产的姿态,引领这一技术的发展。

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