近段時間,CTC技術一詞成為新能源汽車行業的頂流熱詞。在電化學創新相對緩慢的時期,這一結構創新有效幫助新能源行業降本增效,同時也一定程度上提升了新能源車的續航里程。然而在近期筆者獲悉,CTC技術的理念已經被引入激光行業,采用這種新理念設計及制造的激光器同樣引領了光纖激光器的變革。
什么是CTC技術?
CTC技術的靈感來源于飛機設計領域,將機翼內原本獨立的燃料箱結構,改進為燃料箱與機翼融于一體,減少了零部件的數量與總裝工藝。這種改進一方面起到提高生產效率、降低生產成本的作用,另一方面也增加了油量裝載,提升了飛機航程。
這一理念被特斯拉率先引入新能源汽車行業,并率先運用在Model Y車型上。數據顯示,在特斯拉車身一體壓鑄技術以及CTC技術的使用下,Model Y新車減重10%,車身部件減少370個,續航增加14%。
在此之前,動力電池結構非常繁瑣,從內到外分別為電芯、模組和電池包,由許多個電芯打包成一個模組,許多個模組再打包成電池包,最后安裝在車上,這一時期被稱為標準化模塊時代。但這種電池包結構只有電芯提供電能,“過度打包”的結構不僅需要設計、生產額外的零部件,也要占用額外的空間,導致“更少的電源驅動更多的負載”。
國內的電池廠商也意識到這個問題并做出相關改進,主要思路是設計更大的模組、減少模組數量甚至是無模組設計,以此來盡可能減少模組層面的零件數量和空間占用,其中又以寧德時代的CTP技術和比亞迪的刀片電池為代表。
而當下大家熱議的CTC技術,則是以特斯拉、比亞迪、零跑等為代表的電池底盤一體化設計。這種技術的優勢非常明顯,既能推動車企降本,還能有利于增加續航里程,此外還增加車內空間提升駕乘舒適性。
CTC技術對激光行業產生哪些影響?
本月15日,凱普林召開了一場線上發布會,正式披露了閃電系列激光器取得成功的技術內核——光纖激光器版的CTC技術(Chip to Chassis,芯片一體化技術)。這一技術理念與機翼油箱一體化集成、電池底盤一體化集成一脈相承,是通過把芯片、熱沉結構、泵浦模塊與激光器進行一體化設計,省去從芯片到泵浦模塊以及后續裝配環節,有效減輕泵源的體積和重量,實現高度的集成化。
正是由于對CTC技術的前瞻性布局研究,凱普林得以率先提出適用于光纖激光器領域的CTC技術方案,并在2022年正式推出基于CTC技術內核的閃電系列光纖激光器。閃電激光器不僅自身在市場上取得成功,大受用戶歡迎,還直接引領了光纖激光器的小型化、輕量化發展趨勢,走出了光纖激光在比拼功率、亮度之外的第三條路。
CTC技術推動激光器實現小型化、輕量化,并由此顯著提升了下游設備的便攜度和高集成度,直接引發了下游設備和應用場景的革新。其中最為明顯的當屬激光手持焊市場。早期的手持激光焊接機,配備冷水機、老式的1000W單模塊激光器,柜箱體積達到1.05m3(相當于一個老式洗衣機的體積)。隨著閃電系列激光器的普及,市場上開始出現體積超小(接近風冷手持焊體積)的水冷激光手持焊機,讓水冷激光手持焊也進入了后備箱時代。便攜性提升大大拓寬了水冷手持激光焊的使用場景,還補上了風冷手持焊機雖便攜但高溫環境難以長期穩定的短板。
此外,小型化激光器在應用更普及的激光切割領域也觸發了結構升級。過去的光纖激光切割機必須單獨給激光器配空調房,既要額外占地,也會增加安裝、維護的難度。目前已有一些設備廠把CTC的理念延伸到設備制造領域,取消了獨立的空調房,直接將光纖激光器集成進機床的控制柜里,讓激光器能夠隨成套設備一體發貨,真正做到了拆機即用,還能節省30%以上設備安裝時間、降低運輸成本。
為什么凱普林能率先掌握激光器的CTC技術?
當然,盡管CTC技術優勢明顯,但并不容易被復制,即便是已經醞釀多年的新能源汽車領域,也只有寥寥數家企業真正掌握了CTC技術。這是因為主機廠雖然熟悉造車流程,但通常不具備電芯設計的能力,而電池廠往往又不熟悉汽車底盤的設計和制造要領,雙方均有欠缺。只有既懂電芯也懂造車,還具備三電系統高度集成能力的企業,才能真正將CTC技術的優勢發揮出來。
而激光領域存在同樣的問題。純粹的泵浦源制造廠家和激光器制造廠家,盡管在各自的領域都有豐富的技術積累,但缺乏整體性、串聯解決問題的經驗,還不能充分解決芯片一體化后的集成性與散熱性的問題。
而凱普林是泵浦源國產化的先驅企業,有著十余年的泵源制造經驗,同時還有著名列前茅的光纖激光器整機銷量,屬于既懂泵源,也懂激光器整機的廠商,因此能夠率先破解激光器CTC技術密碼,并成功實現量產,最終引領光纖激光器的小型化時代。
小結
如今,小型化已成為繼高功率、高亮度之后,業內共識的第三大激光器發展方向,而CTC技術則是實現激光器小型化且長期穩定運行的關鍵。同時,CTC技術也為更高功率激光器的“縮骨”奠定了基礎——憑借CTC技術的成熟運用和閃電系列激光器的成功,凱普林開發并研制了高亮度、準單模新一代雷霆光學平臺,雷霆12kW光纖激光器整機尺寸比閃電系列縮小70%,成為目前市面上體積最小的12kW光纖激光器。
除此之外,CTC技術的落地也確保更高功率激光器能夠溫度運行。據了解,凱普林通過功率合束技術及超高功率輸出技術,突破功率上限,實現高光束質量輸出,最終實現100kW超高功率穩定輸出。
從新能源汽車行業的發展來看,CTC理念從出現到升級,已經逐步引發新能源汽車行業的技術變革。而光纖激光器領域的CTC技術,雖然還沒達到顛覆行業認知的程度,但也顯著提升了激光器的性能和穩定性,有效拓寬了激光的應用場景。我們有理由相信,未來CTC技術的進一步發展和應用,將會為更多潛在的應用領域帶來更為廣闊的發展前景。
審核編輯 黃宇
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