汽車(chē)的結(jié)構(gòu)大概可以分兩部分,車(chē)身和底盤(pán)。如果說(shuō)構(gòu)成汽車(chē)的整體外觀和創(chuàng)造空間是車(chē)身的話,那么安裝動(dòng)力系統(tǒng)和懸架等汽車(chē)行駛所必需的裝置就叫做底盤(pán)。將零部件模塊化,使各種零部件和結(jié)構(gòu)可以共享給其他車(chē)輛,通常稱為平臺(tái)。我這么說(shuō),大家是不是就很好理解汽車(chē)的構(gòu)成了。
汽車(chē)平臺(tái)幾十年來(lái)以多種方式發(fā)展,但是隨著電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代的到來(lái),在車(chē)輛中間地板上裝載了最重的電池組,擁有了與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)完全不同的結(jié)構(gòu)。因此,開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用平臺(tái)的必要性越來(lái)越大。
到目前為止,制造電動(dòng)汽車(chē)的方式是將巨大的電池組安裝在車(chē)輛下部的形式。這種方式被稱為“滑板平臺(tái)”,很容易在改造現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車(chē)型的電動(dòng)汽車(chē)上使用相同的電池組。室內(nèi)空間也完全平整,空間利用率也相當(dāng)好。由于可以將車(chē)身和電池分開(kāi),更換電池也很容易。
目前電動(dòng)汽車(chē)電池分為包式電池、圓柱形電池、方形電池等。雖然電池的包裝方式有差異,但共同點(diǎn)是都與車(chē)身分開(kāi)。如果將電池設(shè)計(jì)為零部件的一部分,可以在多種車(chē)型上共用一種形式的電池,從而降低開(kāi)發(fā)成本。
一直保持這種方式的原因是售后服務(wù)的易用性。電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)日新月異。受氣溫影響較大,而且由易燃、腐蝕性物質(zhì)組成,有發(fā)生火災(zāi)、爆炸的可能性,是最大限度地防止這種情況發(fā)生,提高效率是基礎(chǔ)。
電池組中有很多稀土,價(jià)格昂貴,而且廢棄時(shí)還會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上看,無(wú)法像內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛那樣進(jìn)行部分維修,如果壽命下降或受到外部沖擊,將不可避免地進(jìn)行整體更換,維修費(fèi)用相當(dāng)高。組成電池組時(shí)產(chǎn)生的空隙和連接電池和電池的電線、模塊增加的重量和低密度帶來(lái)的低效率被認(rèn)為是缺點(diǎn)。
CATL的Cell to Pack(即電芯直接集成到電池包)電池被評(píng)價(jià)為目前最先進(jìn)的電池封裝技術(shù),它擺脫了現(xiàn)有的由Cell-Model-Pack組成的配置,減少了模塊的數(shù)量,并最大限度地將單元和單元直接連接到包中。可以縮小各單元之間的距離,減少電線,減輕重量,提高能量密度。
但由于形狀和大小與以往沒(méi)有太大區(qū)別,因此在提高行駛距離和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力方面暴露出弱點(diǎn)。因此,包括CATL和比亞迪在內(nèi)的電池制造商和汽車(chē)企業(yè)不斷努力整合電池和車(chē)身。
這項(xiàng)技術(shù)又名電池車(chē)身一體化,在2020年特斯拉電池日首次公開(kāi)亮相。目前在美國(guó)市場(chǎng)銷(xiāo)售的部分Model Y中應(yīng)用了該技術(shù)。電池車(chē)身一體化的核心是將電池芯放入車(chē)身內(nèi)部。與以往車(chē)身和電池相結(jié)合的車(chē)身不同,車(chē)身內(nèi)部將搭載電池。在這種情況下,可以減輕車(chē)輛重量,提高行駛距離,減少零部件種類(lèi),從而達(dá)到降低生產(chǎn)單價(jià)的效果。
底盤(pán)本身起到了電池組的作用,從飛機(jī)的機(jī)翼中包含油箱的作用中獲得了靈感。這種方式也被稱為CTC(Cell-To-Chassis)、CTV(Cell-To-Vehicle),其核心是可以在車(chē)身的底部框架內(nèi)放入電池芯的蜂蜜形狀。再加上環(huán)氧填充劑,可以自行減震。將冷卻板放置在地板上,可以釋放電池芯的熱量。
如果說(shuō)包括Cellto Pack在內(nèi)的現(xiàn)有電池是普通的成衣,那么電池車(chē)身一體化 可以比喻為考慮體型的定制正裝。在將電池芯放入車(chē)身的同時(shí),可以卸下包裝和模塊,具備針對(duì)車(chē)身大小、形態(tài)優(yōu)化的電池形態(tài)。
熱管理也變好了,電池本身起到了車(chē)身底部的作用,還產(chǎn)生了減少零部件數(shù)量和電池大小、提高行駛距離、輕量化的優(yōu)點(diǎn)。提高車(chē)身剛性也很有利。特斯拉最終提出了將電池用作汽車(chē)結(jié)構(gòu)的計(jì)劃。
據(jù)特斯拉稱:“現(xiàn)有的2170電池由于電池體積小而無(wú)法實(shí)現(xiàn),但4680電池的出現(xiàn)使電池之間的結(jié)合更加牢固,可以提高車(chē)身的扭轉(zhuǎn)剛性。”另外,隨著電池組不是位于地板正下方,而是可以放入車(chē)身內(nèi),軟管等電池保護(hù)和相關(guān)配件的保護(hù)性更好了。
特斯拉Model Y部分采用的結(jié)構(gòu)化電池(structural battery pack)將電池組替換為汽車(chē)結(jié)構(gòu)的一部分。其特點(diǎn)是最大限度地將車(chē)身和電池一體化。不僅是特斯拉,比亞迪也在其中型電動(dòng)轎車(chē)“海豹”上首次采用了這種技術(shù)。近期備受關(guān)注的小米SU7也是電池車(chē)身一體化設(shè)計(jì)。
雖然這種方式有很多優(yōu)點(diǎn),但缺點(diǎn)也很明顯。為了優(yōu)化電池設(shè)計(jì),電池制造商和現(xiàn)有汽車(chē)制造商必須建立更緊密的關(guān)系。由于擔(dān)心技術(shù)泄露,雙方可能相當(dāng)不愿意合作。因此,汽車(chē)制造商正在全力生產(chǎn)電池。
另外,還存在電池壽命下降或發(fā)生故障時(shí)實(shí)際上無(wú)法維修的問(wèn)題。與智能手機(jī)的案例一樣,汽車(chē)的生命周期可能會(huì)發(fā)生變化,要么提供翻新產(chǎn)品,要么購(gòu)買(mǎi)新產(chǎn)品,而不是部分維修。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō),雖然可以取得收益率改善的效果,但至少要承擔(dān)更貴的車(chē)輛更換費(fèi)用,最終這部分費(fèi)用將轉(zhuǎn)嫁在消費(fèi)者身上。