電動車減肥三部曲

在F1的名人堂里，柯林·查普曼雖然名氣不如恩佐·法拉利，但也是一個繞不開的風雲人物，20歲就成立了超跑品牌「路特斯」，名下的車隊曾七奪F1年度總冠軍，在上世紀六七十年代可謂是所向披靡。

和恩佐·法拉利不同，查普曼不喜歡以馬力論英雄，而是將工程學和開戰鬥機的經歷用在車身設計上，並大獲成功。用他的話説就是：「大馬力能讓你在直線上很快，但輕量化能讓你在哪兒都快！」。翻譯成現代漢語：「寧少十馬力，不多一公斤」。

但很可惜，查普曼在1982年因病去世，路特斯這個品牌也從此顛沛流離，先后輾轉於美國人、意大利人和馬來西亞人之手，而誰都不會想到，路特斯會成為特斯拉Roadster的「繆斯」，不是因為它的電動化造詣，而是輕量化設計。

雖然電動車去掉了發動機和變速箱，但卻增加了電池這個大塊頭，反而更重了，對輕量化需求格外迫切。

以第一代Roadster為例，爲了達到近400公里的續航能力，它背上了6831顆小圓柱電池，單這些就320公斤，再加上線束、冷卻系統、BMS、托盤以及上殼體，電池包總重量達到500公斤，要知道，一臺發動機加上變速箱和冷卻系統也只有300公斤左右。

爲了讓Roadster跑得更遠更快，工程師們從路特斯上找到了不少靈感，比如調整了車身架構和使用碳纖維材料，最終做到了百公里3.6秒的加速度，一掃人們對電動車「非醜即差」的刻板印象。

在汽車行業，減肥能帶來立竿見影的效果：車身重量每降低10%，油耗可以減少6-8%，加速時間減少8%，排放量減少10%，制動距離減少5%。但代價也不菲，需要同時對材料、結構和工藝做出改變，而且牽一發動全身。

在燃油車時代，只有豪華品牌或者性能車纔有資本追求「魔鬼身材」，像是在回答一道奧數加分題。而到了電動時代，由於身材憑空增重了上百公斤，減肥成了擺在車企面前的一道必答題。

車身：抽脂塑身

1985年，在德國漢諾威展會上，兩名身材苗條的女子毫不費力地舉起了奧迪100的全鋁車身，推開了車身輕量化的第一道任意門。

在此之前，鋁合金主要是用在航空領域，它的成分一度被德國視為國家機密，之后才慢慢走入了汽車領域。相比於傳統的低碳鐵，鋁合金要輕三分之一，伸縮性和可塑性更好，能夠在發生碰撞的時候更好地吸收潰縮（即通過變形分散碰撞動能）。

然而，一種新材料想要被量產車所接納，只是性能出色還不夠，換了新的材料就需要新的工藝或者結構，只有三者配合默契才能實現「質量—成本—性能」之間的平衡。

八年之后，奧迪在漢諾威展會上正式推出了ASF（Audi Space Frame）概念車，這款沒有經過塗裝處理的車閃着耀眼的銀光，它也是A8的雛形。1994年，採用了全鋁車身的第一代奧迪A8正式量產，它的重量比上一代旗艦車輕了248公斤。

這主要得益於ASF的結構設計，核心邏輯就是把合適的材料放在合適的位置。比如在A柱、B柱和縱梁等位置，用高強度材料，在其他地方選擇成本較低的鋼材，從而在滿足碰撞要求以及整車性能不受影響的前提下，儘量減輕零部件的重量。

有了全鋁車身和ASF結構設計，就差工藝了。

傳統的低碳鋼主要是採用電阻焊接，成本低，速度快，但和鋁合金不匹配。直到1999年，奧迪A2這款車第一次用到了激光焊接，大大解決了鋁合金材質的連接困難問題，推動了全鋁車身的應用。

隨着時間的推移，越來越多的輕型材料也陸續上車，包括高強度鋼、鎂合金、鈦合金以及碳纖維複合材料等。對車企來説，車身上的材料越豐富，工藝上的連接就越困難，結構設計就越複雜。

比如最新一代的奧迪A8已經不再是全鋁車身，而是用了包括碳纖維、鎂合金在內的4種材料，鋁合金佔比只有58%，甚至重量都比上一代重了約50公斤。但這並不代表輕量化不再重要，而是另有其因。

一方面是因為像碳纖維這樣的材料依然有些高攀不起，每公斤約為120到200元，相當於鋁合金的4倍，而且用在生產上效率也比衝壓低不少。另一方面，車企在結構和連接工藝上不斷取得突破，可以將不同材料用到極致，增強剛度和安全性的同時也能降低成本，從而獲得一個「完美身材」，算下來，比全鋁更划算。

換句話説，工藝可以通過組合加工的方式，彌補材料本身的缺陷。

隨着電動車開始普及，車企不能只追求極致的性能，也要考慮賺錢問題。因此，材料也出現「降級」，比如，2018年寶馬推出了新款i3，爲了擴大銷量，車身從碳纖維變成了鋁合金；特斯拉Model 3的車身也從之前的全鋁變成了鋼鋁混合（鋁佔比約為20%）。

這時就輪到工藝發揮作用了。

壓鑄：八塊腹肌

2020年9月22日，馬斯克宣佈Model Y將採用一體式壓鑄后地板總成，零部件從80個變成2個，焊點從之前的700-800個減少到50個，原料回收利用率可以達到95%以上。一頓操作下來，車體總重量降低了30%。

某種程度上，特斯拉選擇一體化壓鑄技術既是一種無奈之舉，也是一種冒險。

壓鑄工藝在汽車製造中早已有之，其原理簡單來説類似於將熔融的金屬注入磨具，等待冷卻后就得到一個成型的金屬鑄件。但因為在成型過程中的熱脹冷縮容易出現誤差，應用範圍比較有限，傳統車企的壓鑄件往往替代的是非結構件，在大型結構件上試水一體化壓鑄，這還是第一次。

特斯拉這次工藝升級，相當於把一個圓鼓鼓的肚子直接壓出了八塊腹肌，省掉了健身跑步這個環節。

一體化壓鑄將衝壓和焊接兩個工藝合併，簡化了白車身的製造過程，而且零部件數量驟減也降低了模具開發和組裝成本，並且大幅減少了機器人的使用。同時，一臺壓鑄機佔地僅100平方米。根據馬斯克所述，採用大型壓鑄機后特斯拉工廠的佔地面積減少了30%，算下來製造成本下降了40%。

這種做法不僅對衝了Model 3車身從全鋁變成鋼鋁混合之后增重所帶來的不利影響，而且能進一步提升生產效率，擴大銷量。

雖然一體化壓鑄是新技術，設備、材料、工藝以及成本都存在不確定性和挑戰，但這並不妨礙汽車行業過去兩年颳起了一股壓鑄風暴，包括蔚來、小鵬、華人運通這樣的新勢力，也包括電動化轉型比較激進的沃爾沃，都在主動擁抱這種新技術。

總的來説，一體化壓鑄是對傳統汽車製造工藝的一次巨大變革。它的作用並不限於給車身減重，而是對汽車生產效率的一次體系化升級。

三電：優化骨架

在一輛電動車中，電池、電機和電控佔了總重量的20-40%，隨着減重需求的迫切，這頭「房間里的大象」來到了臺前。

按照傳統思路，第一反應就是換材料。比如將電池Pack殼體從鋼材變成鋁材。早在2019年，寧德時代就宣稱將航空級別的「7系鋁」用在電池包下箱體，這樣做能讓整車質量減少250公斤，電池系統能量密度提升50%[12]。

其次是結構設計，化零為整。比如比亞迪的「八合一」電驅系統通過將不同模塊集成化，可以實現在相同功率下，零部件體積減小20%，重量降低15%。此外，通用的奧特能（Ultium）純電動平臺通過無線BMS系統，也能夠減少90%的線束佈置。

但這些並沒有觸及電池包減重的核心。電池包有兩個顯著的特點：一是電芯重量佔據了六成以上；二則是它的層級複雜，不僅包括成百上千的電芯打包成的模組，還有BMS、冷卻系統、高壓線束以及外殼等。

因此，最有效的減肥是對症下藥。相比於在殼體和BMS上的邊際改善，改變電芯形狀和整個pack的成組方式才能優化骨架。另外，想要提升系統能量密度，最簡單有效的辦法就是去中介，減少中間結構件的數量。

2020年，比亞迪推出刀片電池，又長又薄的單體電芯形如刀片，直接跳過了模組環節，將電芯集成電池包（Pack），這就是所謂的CTP（Cell To Pack）。寧德時代、蜂巢能源等其他同行也採取了同樣的設計思路。

雖然CTP省掉了模組，但上百公斤重的外殼卻依然存在，這時候業內出現了一種更大膽的思路：既然電池是平鋪在車輛底部，為何不乾脆把車身地板當作電池殼，把車身、電池和底盤集成一個整體，將電池直接做成整車結構件。

這種想法多少有些「第一性原理」的意思，相當於把電池看作是汽油，把車身和底盤中間的空間看作是油箱。用馬斯克的話來説就是：「沒必要在盒子里面再裝一個盒子。」

2020年，特斯拉官宣了CTC技術。馬斯克表示，採用了這項技術之后，可以省掉370個零部件，能為車身減重10%，每瓦時電池成本也將下降7%。去年10月的柏林超級工廠發佈會上，特斯拉對外亮相了4680的電池組，它可以直接作為車身結構的一部分。

相比於CTP，CTC不僅可以將系統能量密度提升了一個層次，更重要的是它的出現可以讓電池廠突破電池包的範疇，直接將技術延伸到底盤開發，而這是整車最關鍵的零部件。

國內最早提出這個想法的則是曾毓羣。2021年年初，寧德時代宣佈將於2025年前后推出CTC（Cell To Chassis）技術，將電芯和底盤集成在一起，能讓電動車續航里程達到800公里以上。

如果把換材料和結構設計比作是想辦法讓一個人的衣服變得更輕，那麼已經量產的CTP和指日可待的CTC則是在想辦法降低人本身的體脂率。

尾聲

知乎上有人提過一個問題：「100 米短跑提高 0.1 秒有多難？」

國內最有資格回覆這個問題的蘇炳添親自作答：「那太難了。0.1秒可厲害啦，提高0.01秒都有點難。我從9.99到9.91（提高0.08秒）用了3年時間吧。」

同樣的道理也可以適用於電動車系統能量密度和減重問題上，續航從300公里到600公里相對容易，但越往后技術突破難度就越大，邊際改善的成本也就越高。

但這不意味着就不用再啃這根硬骨頭了，相反，越難的事越要去做，因為新能源車革命從不可能一蹴而就，而是在一點一滴中從量變實現質變的。