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宝马抓住电动汽车的命脉

宝马纯电动iNEXT

汽车电动化了,得电池者得天下:电池成本可能占据汽车相当大部分,又决定了汽车主要性能。如果汽车企业还只是做一个简单整合者,在这个蛋糕里面,还能切到多大一块?

在电动化上探索最早的豪华品牌宝马集团,把电动汽车的命脉把握到自己手里。这表现在,宝马不仅掌握电芯技术和生产的know-how,而且上溯到了重点原材料,直接采购钴和锂。

“到2030年,我们将实现电芯的能量密度翻番,从而为我们的客户提供两倍的纯电续航里程。”宝马集团董事长齐普策,11月14日在宝马集团慕尼黑全新电芯技术中心启用仪式上如此宣告。

他有这样的信心,因为该中心不仅研究电池,而且生产电池原型。当天,《电动汽车观察家》参观了宝马电芯技术中心,并参加了三个电芯相关的workshop。我转述一下所见所闻,供车企、电池企业和消费者参考。

宝马电芯技术中心原型电芯生产中的外壳安装工位

1.电池专家

宝马车闻名遐迩,说是造车专家不过分,说宝马是电池专家,大家可能会有疑问。

不过,你应该听过这个故事。如今风光无限的宁德时代,刚开始做动力电池时不知道怎么做,宝马则拿出了800页动力电池需求说明。

整车的性能越高越好,但是受制于电芯能力。电芯能量密度很大程度决定了续航里程;峰值功率很大程度决定了最高时速;使用寿命决定了整车寿命;电芯是整车能量集中区域,安全性挂钩整车安全;电芯在不同温度下的表现,则决定了整车在极端气候条件下的表现,比如在寒冷的条件下,是否还能充进去电,是否还能启动……

只有对电芯有深入的了解,才能提得出详细的、并且可实现的需求,从而确保整车性能。为此,宝马在这个电芯中心投入2亿欧元,目前拥有200名电池专家。

宝马这个电芯技术中心刚刚启用,但这绝不是他们研究电池的开端。宝马对电池的研究和生产(非量产),至少有10年了。

他们的工作主要分成两部分。首先是对电芯做分析研究,包括电芯几大主材、电芯基本工艺和封装模式。这让他们应用最新材料更有把握。以811高镍三元电芯为例,尽管这一电芯是行业热点讨论的话题,被认为是解决能量密度和降低成本的很好解决方案。但有把握首先将其付诸应用的是宝马。2019年3月,宝马X1插电式混合动力里程升级版上市,采用了811电芯。这是全球第一个量产811电池。

宝马电芯技术中心负责人表示,2020年,很多车企和电池企业都将跟随启用811电池。

在此前工作的基础上,宝马全新电芯技术中心的实验室,将继续研究和分析,紧跟未来电芯发展趋势。齐普策说,“我们可以确定在哪些情景下应该应用怎样的材料或何种电池技术,从而在进一步推进电动化方面占据有利地位。”

其次是电芯的原型生产和测试。对于不断涌现的新电芯技术,宝马集团的做法是自己做一下试试,从而确定是否可以大量生产。

在这个宝马全新电芯技术中心,有一条完整的原型电芯生产测试线,并且兼容方形和软包两种封装模式。

这个原型试制中心是认真的。比如,811电池对生产环境的温度和湿度要求极高。产线上的工人有时必须穿着全身包裹的特殊制服,以避免人体干扰环境,而且两个小时就得休息一次。

电芯原型的生产让宝马能够全面分析和深入理解电芯的价值创造过程。有了对于电芯生产的相关知识,宝马能够具体调试电芯的化学成分、电池力学和电芯设计。未来,宝马将能够为电池供应商提供电芯的具体规格和技术数据。宝马集团目前的电芯供应商三星和宁德时代,以后都将从这个技术中心,领取规格和技术要求。

宝马电芯技术中心的老化塔

2.未来动力电池技术判断:对高能量电池有信心,看好方形和软包

相对燃油车,目前电动汽车续航里程仍然不够长,同时成本还比较高。因此,宝马的电芯研究最主要两个课题:提升能量密度,降低成本。

宝马电芯研究方向

宝马没有透露提升能量密度和降低成本的具体目标。只有齐普策提出的“到2030年,我们将实现电芯的能量密度翻番,从而为我们的客户提供两倍的纯电续航里程。”

过去,宝马采用的电池能量密度提升很快。以宝马i3这款见证宝马电芯应用全部历史的车为例,它分别采用过60Ah,94Ah和120Ah的电芯,能量密度节节攀升。

齐普策所说的电芯能量密度翻番,是以现在新款i3的电池密度而言。根据新款宝马i3在中国免购置税目录中的数据,新款宝马i3动力电池系统能量密度达到152wh/kg。

如果2030年的目标达到,系统能量密度要接近300wh/kg,这意味着电芯能量密度要达到375wh/kg左右。

宝马电芯技术中心的电芯燃料电池技术研发负责人Peter Lamp,在回应《电动汽车观察家》提问时表示,2030年目标的实现,可能要用锂金属负极,电解质则可能是固态的,而方形和软包比较适合做固态电池,圆柱则不太适合。

如前所述,宝马的原型电池生产线也是方形硬壳和软包两种方式。

宝马制造方形硬壳电芯的原型

Peter Lamp的这一表述,和其合作伙伴宁德时代的电芯能量密度路线图基本一致。目前的高镍三元+硅碳负极,还能将现有能量密度提升一些,但即将遇到天花板。350wh/kg以上的就要用固态电池,通过高压正极+锂金属负极实现。而更高的能量密度诉求,可能需要锂空气电池来实现。

宁德时代能量密度路线图

3.除非万不得已,否则不自产电芯

宝马启用电芯技术中心,又具备原型生产能力,使得在场媒体都关切宝马会不会自产电芯。

但是齐普策和技术中心的各负责人,都非常明确表达:目前都没有自产电芯的打算。

宝马i3三代电池由三星提供

目前,在电芯方面,宝马的主要供应商是三星和宁德时代两家。此前,在中国的宝马新能源汽车,都用的是宁德时代的电芯;中国之外的基本是三星。

2018年,宁德时代在德国图林根州埃尔福特市建设了首个海外工厂。当时,宁德时代透露,未来几年,宝马将从宁德时代采购总计40亿欧元的电芯。其中的15亿欧元将来自宁德时代在德国新建的工厂。这也意味着宁德时代将供货疆域拓展到了宝马的欧洲市场。

“Local for Local(本地为本地)” 电芯技术中心负责人Andreas Raith如此表达宝马选择电芯供应商时的原则。

电芯之外,宝马对于动力电池系统生产,则是掌握在自己手里的。宝马集团在德国丁格芬、美国斯帕坦堡和中国沈阳,分别有三个电池系统工厂。

宝马2017年在沈阳打造了集电池研发、生产及测试于一体的动力电池中心,是在华开设电池中心的首个外资车企。这个电池中心,帮助华晨宝马插电式混合动力BMW X1车型拥有在国内插电式混合动力车型中最长的电动行驶里程。另外,该动力电池中心生产的BMW全新第五代动力电池,将应用在2020年沈阳生产的BMW iX3上,并销往全球。

4.掌控核心材料采购

在中国掀起电动汽车全球推广之势以来,随着动力电池对钴、镍等原材料需求的倍增,钴、镍矿的价格已经暴涨了几轮。

钴矿石

有长期规划的车企和动力电池企业,都在核心矿产资源上做了布局。其目的有两个:首先保证供应安全;其次尽量降低成本。

宝马集团的塑料、化学品、工艺材料采购负责人Peter Zisch,在Workshop上说,他直接到全球各个矿产地,去比较甄选供应商。

宝马将从2020年起直接购买钴和锂材料。这将保证这两种重要的电池原材料来源的透明性。此外,这些采购合同还将保障2025年及以后的供应——未来,钴材料将直接采购自澳大利亚和摩洛哥的矿山,锂等其他材料将从澳大利亚采购。

对于钴材料,中国电池产业界习惯从刚果采购。但是宝马集团认为,刚果的钴矿开采不符合可持续发展的要求,包括童工的使用,对当地环境的破坏等等。宝马也没有放弃刚果,而是和巴斯夫、三星等一起,发起了跨产业可持续开采示范项目。Peter Zisch表示,如果刚果的钴矿开采符合了宝马的可持续要求,也可以把刚果的供应商纳入采购。

电动汽车市场虽然快速增长,但动力电池材料路线还在不断变化,宝马的直接采购,如何保持弹性?Peter Zisch介绍说,宝马会时常和供应商沟通需求。此外,除了A级供应商,宝马也有备选供应商,极端条件下可以快速将供应量翻倍。

直接采购,宝马看重的是安全和可持续,在成本方面,Peter Zisch说在刚果和摩洛哥采购并无大差别。

一般而言,车企并不会参与电池材料的采购,而是由电池企业直接采购。Peter Zisch表示,宝马这样的安排,和供应商是有过沟通的。

另外,宝马一直在探索周全的电池回收解决方案,目标是废旧电池回收率达到90%以上。

宝马集团是豪华品牌中推动电动化最积极企业之一,未来也还希望扮演先驱角色。宝马集团在全球提供12款电动汽车,计划到2023年将向市场提供25款电动汽车,其中超一半将是纯电动汽车。产销量方面,计划2025年15-25%为电气化车型,2030年50%是电气化车型。

在这一前提下,宝马在电芯研究、原型生产、原材料采购等方面的布局,用齐普策的话说,是“贯穿整个价值链”的策略。宝马对电芯的技术、工艺和规格要求,相对电芯供应商有主动性,又掌握了核心原材料采购权,还参与动力电池回收——汽车电动化导致的价值链转移,宝马不会把利益让与他人,而且将电动化竞争力的命脉掌握在了自己手里。(完)

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