电动化平台:战争真正开始的信号

在汽车产业出现品类同质化严重的现象时,特斯拉发动了新时代的汽车产业革命。

作为百年老店的通用汽车(以下简称通用),要么进行重新定位,走出困境;要么与新时代的机遇失之交臂,留下亡羊之叹。

显然,通用并不甘心做后者。

于是通用喊出了一句:Our electric future is now(纯电动的未来,始于当下),并发布了 Ultium 电池、模块化驱动平台和第三代全球电动车平台(BEV3)。

今天我们就通过 BEV3 聊聊电动化平台这件事。

从全新平台到 Ultium 电池

首先我们应该清楚,为什么传统车企要开发全新的纯电动平台,用原来的内燃机平台不好吗?

早在 2017 年,麦肯锡的一篇拆车报告中就提到,想要造出一辆高性能的电动车,必须打造原生平台。而原生平台就是通用 BEV3 这样的全新电动车平台。

如果是基于内燃机平台打造的电动车,其在续航里程和内饰空间上将与原生平台打造的电动车有着明显的差距。

原因是,前者需要让电池适应内燃机平台上尴尬的空间,从而限制了电池能量密度的提升。后者则可以使电池的模块设计达到最优状态。

通俗些说,如果传统车企基于原来的内燃机平台打造纯电动车,在空间和电池组能量密度的提升上会有天然的几何设计缺陷。

所以像通用和大众这样的巨头,要想在纯电动车领域有一番作为,就必须研发出全新的电动车平台。

在此背景下,通用的第三代全球电动车平台应运而生。

图片来源 通用官网

用通用的话来说,第三代全球电动车平台具有高度的灵活性,能够支持不同的品牌、不同的细分市场、覆盖各级车型的产品,满足消费者多样化的需求。比如说,跨界车、皮卡、SUV、轿车、商用车等。

简单点说,就是减少新车平台的研发费用,将所有车型集中在一个平台上开发。但事情远没有降低成本这么简单。

车型既然都集中在一个平台上研发,那么该平台就要具备满足各个不同梯度的产品需求能力,所以通用将通过搭配不同容量的电池包及不同的驱动模块来实现各梯度产品的研发。

通用官方表明,Ultium 电池系统可配置 50 kWh 到 200 kWh 的电池容量,加上配备前驱、后驱、四驱、性能四驱等不同的驱动系统,通用将推出 19 种电池与驱动系统的组合,以此来满足各梯度产品的需求。

其中,新平台搭载的 Ultium 电池是最大亮点之一,其电芯采用了软包设计。

图片截自通用官方视频

可能你会问,通用为什么不采用比较主流的圆柱形和方形电芯,而选择了软包?这也是我即将要说的。

从优势上看

通用早在雪佛兰 Bolt EV 上就使用了软包电芯设计,且 Bolt EV 在北美市场还取得了不错的成绩,所以通用肯定明白软包电池的好处。

其优势在于,相比于圆柱形和方形电芯,软包电芯铝塑膜变形空间大,在热失控时相比于钢壳、铝壳电芯不容易发生爆炸,最多只会鼓气裂开,也就是安全性较高。

Bolt EV 电芯

另外,软包电芯的壳体是一层铝塑膜,重量更轻,其相对于同等容量的钢壳锂电要轻 40% 左右,较铝壳电池轻 20% 左右。所以在整车车重方面也能得以一定程度上的减轻,从而提升一定的续航能力。

再有,软包电芯的电池容量更大。在相同尺寸规格下,软包电芯比钢壳电芯容量高 10%-15%,比铝壳电芯高 5%-10%。

但软包电芯也有缺点,比如现有的软包电池芯型号较少,无法满足市场需求,且开发新的型号成本高。加上壳体强度低,对成组技术依赖性强,与卷绕生产方式相比,叠片的生产效率相对较低。

这也是软包电池去年在我国动力电池仅实现装机 5.50 GWh,占市场 8.85% 的重要原因;同时也是通用要与 LG 化学合资 23 亿美元共同建厂的原因之一。

从全新平台上看

而放到第三代全球电动车平台上看,软包电芯还有一个更重要的优点,那就是在电池包厚度的精度上更容易控制。

由于新平台要囊括轿车、SUV、皮卡、商用车等车型,尤其是在更加低矮的轿车上,控制好电池厚度能够给车辆带来更多的可操作空间。而软包电池就有这个优势,更薄的厚度使其在精度更容易控制,从而控制车辆地板的高度,让新平台的灵活性更高。

图片截自通用官方视频

基于此,通用在 Ultium 电池上玩出了不同的花样。其将电芯分为两种不同的排布方式,即竖直方向和水平方向排布,从而得到体积适合的软包模组。

为什么是体积而不是高度?首先我们通过图片来看下这三种模组的排布形式。

图片截自通用官方视频

从图中我们可以看出,通过水平叠加,模组的高度得以增加或减少。而把软包电芯竖直起来放,其高度宽度将重新改变。这样一来,模组体积的精度就变得更高,从而更方便新平台的使用。

另外,通用还采用了一种「T 字形」的模组叠加方式,这种形式延续了 Bolt EV 的设计,主要用于兼容插混式车辆的底盘结构。

如果需要较高电池容量的车型,可以再往「T 字形」的模组中添加电芯。这里还可以用电芯的竖直方向和水平方向排布,以达到电池容量的更高精度控制。

图片来源 通用官网

而在大型车辆上,通用将采用双层布局的形式,从而得到更高的电池容量。这时软包电芯在双层布局上就能更好地起到控制电池包厚度的作用。

从合作方来看

早期 Bolt EV 搭载的电池就是 LG 化学所生产,且 LG 化学主要是以软包电芯为主。而在 2019 年 12 月 5 日,通用汽车就宣布与韩国 LG 化学合作,建立一家电池合资企业,该工厂年产能将超过 30 GWh。所以采用软包电芯也在情理之中。

而看向同行,采用软包电芯的并不是通用一家。大众的 MEB 平台也采用了软包电芯。那问题也来了,通用的 Ultium 电池与大众 MEB 平台配置的电池有什么不同?

从 Ultium 电池到 MEB、PPE

要了解它们的区别,我们先看两张比较直观的图。

MEB 的电池包

Ultium 电池包

在结构设计上,从图中我们可以明显看出,大众 MEB 的电池将电池控制系统集成在了模组的中间,形成了类似「横梁」的一种结构。

这种布局形式主要带来的问题是会占用一定的空间,从而在相同体积下,其电池容量会有所减少。这也是开篇说到的,如果将电动车基于传统的内燃机平台,就会有类似的占用空间问题。

而通用就避开了这一点,其将电池控制系统集成到了电池系统的外壳周围。这两种设计我们不能说哪个更好,主要看产品的布置。但在拓展性上,通用的设计似乎会更容易布局一些。

因为,如果通用使用 MEB 电池类似的布局方式,那么在双层模组叠加方面将会带来一些问题,比如在第二层的模组中间如果加上这样的「横梁」结构,设计可能会更加复杂。

而在单个模组的电芯数量上,大众 MEB 目前只有一种布局形式,即一个模组有 24 个电芯。通用则有多种类型的布局形式,分为竖直方向 24 个电芯、水平方向 12 个电芯等。理论上,通用的这种设计在空间利用率上会优于大众。

图片来源 大众官网

电池电压和快充能力方面,通用大部分车型将配备 400 V 电池包以及 200 kW 的快充能力,电动皮卡将配备 800 V 电池包以及 350 kW 的快充能力。而初代 MEB 平台电池电压被固定在了 408 V,交流充电下,最大充电功率为 11 kW,直流充电下,最大充电功率为 125 kW。 

电池容量方面,正如前文说到,通用 Ultium 电池的容量为 50 kWh 到 200 kWh 不等。而大众 MEB 平台的电池容量为 48 kWh、62 kWh、82 kWh。

从数值上看,同等电压下,通用在快充能力上优于大众,且电池容量跨度也更广。

但大众不可能没有想到这一点,电池容量肯定是越高越好(基于安全性、使用寿命等条件下)。唯一的解释是,对于 MEB 平台的产品,这样的电池容量跨度基本够用。

而对于豪华、性能的品牌,大众则选择了 PPE(Premium Platform Electric)新平台,以此来填充高维度的产品电池容量等需求。

据奥迪官方消息,PPE 从一开始就是与保时捷合作开发的。基于 PPE 研发的产品将涵盖 SUV、Sportbacks、Avant 和 Crossover 等各种车型。

图片来源 奥迪官网

PPE 的技术大多与 MEB 相似。不同的是,PPE 将实现不同的性能水平产品和电池容量。奥迪官方这么说到,「就像在奥迪 e-tron GT 概念车一样,电池电压可达到 800 V。结合高效的热管理,可实现 350 kW 的最大充电功率。」

值得注意的是,据彭博社报道,大众正在与其他制造商讨论如何共享 PPE 的关键技术,这样将为大众扩大规模和分摊成本,最重要的是大众还能获取收益,并将推出全新的收益模式。

所以到这里大家应该能明白我前面所说的,纯电动平台并不只是降低生产成本,其还可以探索新的收益模式,比如将平台共享给其他中小型车企,以此来获取相应的收益。

彭博社分析师 Michael Dean 称,这对于许多较小的奢侈品牌可能会引起关注,包括阿斯顿·马丁、迈凯伦和玛莎拉蒂等。

在这点上,通用也表示将寻求新的商业机会。

而在我看来,通用有很大几率会采用大众类似的方式。因为通用官方表示,他们将参与制造电芯,通过进一步整合了上游产业链,未来可授权电池应用于第三方产品,以此来开拓全新的收益来源。

所以,如果大众这种模式可行,那么全新电动化平台将成为全新的一种「付费开源」收益模式。那么,汽车产业面临的将是一场全新的电动化平台之争。

这也是为什么两家巨头要采用不同梯度电池容量的原因,因为没有能力或者没有必要研发全新电动化平台的中小型车企,他们也需要造出不同梯度的产品,而拥有更大跨度的电动车平台,兼容性也就更强。

从三元到四

但光有这样一个模式可不行,如何在短时间内提升电池能量密度是整个平台能否成功的关键指标。

所以在电池电芯的材料体系选择方面,大众 Frank Blome 表示,在下一代电池中钴含量将减少,完全无钴的电池也有可能生产。

这一点与通用相似,通用同样选择提升镍含量、降低钴含量的方式,从而通用选择了 NCMA 镍锰钴铝电池(四元电池,下面我会继续说)。提升镍含量可以增加能量密度,而降低钴含量则可以减少成本(钴是三元锂电池中最贵的元素)。

图片来源 通用官网

开篇我们也说到,开发新的软包电芯型号成本较高。为进一步控制成本,通用还与 LG 化学联合成立了合资公司,共同研发和生产电芯,电芯的成本目标是下降到 100 美元/千瓦时,甚至以下。

这样一来,除了自家产品成本降低而外,在共享平台时也能降低门槛,吸引更多的中小型车企。

根据通用官方消息,NCMA 四元电池中的钴含量降低到 5% 左右,镍含量提高到 90%。该消息一出,NCMA 四元电池再次引起行业关注 。

其中,LG 化学的电池材料体系路径是从 NCM622 和 NCM712,然后转入 NCMA 四元电池。但市场上主流的不是三元锂电池吗?怎么要使用四元电池?

其实,NCMA 四元电池已经不是很新鲜的产品了。早在 2016 年,韩国汉阳大学及韩国的电池企业就提出这一概念。

而在国内,2019 年蜂巢能源(长城汽车动力电池事业部前身)就发布了 NCMA。

图片来源 蜂巢能源官网

那什么是 NCMA 四元电池?

所谓的 NCMA 四元电池,指的是在传统的 NCM 镍锰钴三元锂电池中掺入铝元素。在实现低钴含量的同时,保证电芯的能量密度、安全性、循环性能、充放电等不会下降。

简单点说就是,在降低成本的同时,还能是动力电池的性能不会下降,甚至变得更好。

但问题又来了,既然 NCMA 性能这么好,那为什么到现在才要使用?

原因很简单,那就是攻克 NCMA 的技术难度很高。因为每掺入一种新元素,就意味着电化学反应的不确定性的增加,也就是控制难度会大幅提升。

另外,对电芯的一致性、生产工艺等都会带来巨大的挑战。所以到现在量产化的 NCMA 都还没出现。

在如今 LG 化学和通用的联合下,NCMA 似乎将浮出水面。如果进展速度够快,那势必会引起一场电池的价格战。正如我前面所说,通用将通过参与制造电芯,进一步整合了上游产业链,未来可授权电池应用于第三方产品。

也就是说,一旦时机成熟,通用与 LG 化学共同制造生产的 NCMA 将出售给第三方,以此开拓全新的收益来源。毕竟如果实现了年产 30 GWh,以通用目前的状态是消化不完的。

所以,NCMA 除了用在通用的第三代全球电动车平台上,还可以直接变现,何乐而不为。

那么,NCMA 目前进展如何了?

这里我们需要看向去年就发布了全球首款四元材料电芯的蜂巢能源。据 Moneyball 最新报道,目前蜂巢将向一家欧洲汽车制造商交付大于 7 GWh 的电动电池,但制造商没有透露。而在此之前,相关报道显示,PSA、宝马、奥迪和奔驰正在评估该电池。

再看向 LG 化学,在去年的 Q1 财报会议上,LG 化学电池业务总经理 Kang Chang-bum 表示,LG 化学研发的 NCMA 四元电池将于 2022 年实现大规模量产。

回过头来看通用的产品规划,其搭载 Ultium 电池的电动皮卡 GMC 悍马将于 5 月亮相,并计划于 2021 年秋季在底特律 Hamtramck 工厂正式投产。

从时间节点上来看,要想实现 GMC 悍马在 2021 年秋季投产,那么通用必须与 LG 化学加快 NCMA 的研发和测试。

此刻,NCMA 成了推动通用这场计划的关键要素。

图片来源 通用官网

写在最后

关于共享平台这件事,实际上,福特汽车去年就已同意将大众汽车的主要电动汽车平台用于欧洲的大批量汽车。该协议价值 100-200 亿美元,期限为 6 年。两家公司正在对增加基于大众技术的第二款车型进行谈判。这已然成为大众新的一种收益模式。

而原生平台的意义有多大,其实我们可以看大众和通用的战略规划。

大众最早推出电动化战略是在 2016 年,当时的战略取名叫「TOGETHER–Strategy 2025」,那时候对外公布的战略计划中并没有出现 MEB 平台。大众明确提出在 2025 年之前要推出 30 多款电动车,到 2025 年电动车的销量达到 200-300 万辆之间。

在推出 MEB 和 PPE 平台后,大众最近的一轮计划中表示,他们计划到 2029 年向市场推出 75 款纯电动车。届时电动车的累计产量将增加到 2600 万台左右。其中,2000 万辆电动汽车将基于 MEB 打造,剩余 600 万辆汽车中的大多数将基于 PPE 打造。

同时,大众计划未来 5 年内,在混合动力、电动出行和数字化领域投入近 600 亿欧元。其中电动出行方面就投资约 330 亿欧元。

而通用方面,其推出全新平台的时间相比大众要慢大半拍,但还是赶上了班车。在发布全新电动化平台时,通用就展示了 10 台电动概念车,计划在 2025 年前全部推出,并计划在北美市场和中国市场累计销售 100 万辆电动车。另外,2020 年到 2025 年间通用还将在电动车和自动驾驶领域投入 200 亿美元的资金和资源。

2020 年,特斯拉产量达到了 100 万台,通用发布了全新电动化平台,大众 MEB 逐步迈向成熟。看上去,传统车企开始跟上了脚步。

在人们开始察觉纯电动车渐渐深入自己的生活时,一场没有硝烟的战争正在燃起。

来源:第一电动网

作者:42号车库

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