在新能源市场高速发展的今天,对于电动汽车而言,谁先占据了能源优势,就意味着谁在市场中的话语权更重。电池不仅决定了前期的成本还决定了后期的性能。在电动化上探索一直很积极的宝马,不仅掌握电芯技术和生产的know-how,还很有前瞻性的直接采购钴和锂,因为他们明白原料是这一切的基础,始终把主动权掌握在自己手中。
11月14日,宝马集团全新电芯技术中心在德国慕尼黑正式启用。全新的电芯技术中心旨在推动宝马集团在电芯技术方面的发展,并将相关研究成果应用到生产过程中。在这里,宝马将多年在电芯研发方面的经验和知识融于一处,以进一步巩固其在电动化领域的领导地位。
目前来看,宝马集团电芯技术中心涵盖了整个电芯技术价值链,包括前期研发、电芯结构和设计,以及是否适合批量生产和电池是否进行回收。在这个技术中心,不同部门的研发人员通过便捷频繁、全方位的合作,可以实现完整、透明和可持续的电芯开发。
齐普策认为:“电芯技术是宝马集团推进电动化攻势的关键成功因素,对电池的性能和成本都有重要影响。宝马集团凭借贯穿整个价值链的技术优势,积极将最新的技术成果投入应用。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。”
电动化领域的探索
在电动化探索的道路上,宝马很早就启程了。1972 年,正逢第二十届夏季奥林匹克奥运会在德国举办,宝马也开启了电动车领域的第一次领跑。1602e 基于当时的 2 系平台打造,不同于现今电动车的前盖内的储物空间,1602e 的前盖下的空间几乎被铅酸电池全部占据(需要取下充电),还有一个最大输出功率为 32kw 的电动机。当时它的续航里程仅为 60 公里,电池的重量却已达到 349kg 。
当时的技术确实不足以支撑电动化的发展,但是宝马走出了探索的第一步。
LS Electric 配置上与 1602e 相似地采用了与博世合作研发的直流电机加上 10V 铅酸电池的组合,但这次终于完美补上充电接口。补得上接口,却补不上充电难题,LS Electric 满电耗时高达 14 个小时,不管是加速性还是续航里程明显还都不能满足市场需求。虽然这一车型失败了,但是每一步探索都是走向成功的基础。
随后,宝马集团联手瑞士ABB合作,运用了钠硫电池组,相比较之前的铅酸电池,钠硫电池具有 3 倍的能量密度,但是更小更轻便,这对电动车来说意义深重。这是宝马在电动化道路上探索的一次突破,而搭载钠硫电池组这台纯电动 325iX 正是宝马车史上的第一台前驱车型,由全轮驱动改装单电机前驱而来,它单次充电续航里程可达 150km 。
此后E1、325 Electric的出现是宝马的电动车迈向工业化量产的重要一步;后来MINI E的推出,是锂电池组第一次在宝马电动车上使用,锂电池技术的成熟,使得轻量的电池拥有更高的电量,同时也在一定程度上,改善了充电难题。这台 MINI E 有超过 200km 的续航里程,在专用的充电桩,仅需要 3 小时就可以完成充电。到现在i3、i8的出现,见证了宝马的电动车发展历史,和一路走来的困难与成就。
材料研发是电芯开发的基础
电芯是电动化的基础,而材料研发又是电芯开发的基础,这一环节的重点是与客户息息相关的功能,例如提高能量密度、峰值功率、使用寿命、安全性、负荷特性、在不同温度下的表现,并降低成本。以此为基础,通过研发最佳电芯用于未来汽车产品,以此来提升客户的产品体验。
与此高标准相匹配的就是选择合适的材料。因此,宝马技术中心的专家正在不断研究创新材料并系统地进行比较。这将为电芯的阳极、阴极、电解质、隔膜等组件研发出新的材料组合。
解决完前期资源材料的问题,宝马开始思考后期的协调合作问题。技术共享带来的利益最大化让宝马明白,与行业内专业机构合作各取所需才能实现快速又高质量的发展。
先进的技术是成功的保障
2008年以来,宝马集团就一直在分析研究电芯,在这一领域积累了多年经验。目前,在纯电动领域,宝马推出了i3、i8等车型。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。全新电芯技术中心的实验室掌握着最先进的技术和分析方法,可以进一步加强现有知识,紧跟未来电芯发展趋势。
想要保障高质量安全的发展,先进的技术是必不可少的。近年来,实验室一直在小规模生产自主研发的实验电芯,希望从众多材料和变量中确定理想的组合,以最少的材料实现性能最大化。如果电芯在初期测试中证明其寿命和负荷特性过关,则会进行更大规模的测试。为此,宝马设计了完整测试场,让多种测试成为可能。此外,专家们还可以利用技术中心内部的安全实验室,在极端条件下检查电芯稳定性。未来新一代电芯的能量密度将不断提高,充电也更快,同时保证它的安全性。
宝马集团确保新一代电芯可以大量生产。这个技术中心具有理想的条件和设施,符合领先电池制造商的行业标准,未来的生产技术在这里将得以实践。
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。
不管是从安全还是性能方面,宝马都有可靠的技术支撑来以此实现对于未来电池的和电气化发展的预期。
不仅如此,2010年4月,宝马集团和德国西格里集团在西雅图宣布,双方合资的公司——西格里汽车碳纤维有限责任公司将在华盛顿州的摩西莱克(Moses Lake)兴建一座碳纤维制造工厂。
至于为什么专门设厂制造“碳纤维”呢?其实现在从BMW i系列车型来看就不难发现这种材质的发展前景,i3、i8搭配的关键碳纤维零部件就是在美国这家工厂生产的。选址摩西莱克,主要是考虑到华盛顿州可再生水力资源十分丰富,能源成本相对低廉。
与此同时,良好的基础设施和现有设备、技术熟练的劳动力资源以及与当地政府的良好合作都是促成落址摩西莱克的因素,这也是宝马发展电动化的重要推动因素。
实力是征服市场的关键
对于未来,电池的性能究竟能达到怎样的高度,宝马并没有给出具体的目标,但是齐普策提出的“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。”
在过去的时间里,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。
而更高的能量密度诉求,可能需要锂空气电池来实现。
目前来看,宝马取得的最大成果是全碳钎维车身(i8)。宝马在车身轻量化方面技术领先,包括半铝车身、全铝车身、镁缸体发动机等,直到碳钎维。技术非常全面。
着眼未来是长久发展的推动力
对于电池回收,宝马也有自己的想法。宝马全方位设计并实践电池回收理念,目标是废旧电池回收率超过90%。
车辆中不再适合使用的电池可以应用在固定储能系统当中,用于存储电能。这将有助于将可再生能源整合到车辆供电系统中,提高供电系统的整体稳定性,并降低客户的能源成本。在这方面,宝马开创了很多行业创新,宝马本身也在尝试梯次利用电池,逐步优化公司的电池存储系统。
对于不能再用于能源存储的电池,宝马集团多年来都一直在探索周全的电池回收解决方案。从BMW i3研发时起,宝马与合作伙伴一起开发了可持续的回收技术。
宝马将借助电芯技术中心,进一步提高在电池回收方面的专业知识,并更加致力于研究可扩大至工业规模的回收方法。
为了进一步提高回收率,宝马在内部回收和拆卸中心不断测试车辆零部件的回收计划。此外,宝马还与研究机构和供应商进行合作,推动新的回收技术以应对未来创新材料的使用。
贾新光先生认为:宝马做电芯,应该是着眼于全产业链,因为电池占电动车成本的50-60%,大部分汽车要靠外供,也就是说一半以上的成本无法控制,如果自己来做,就好多了。就像发动机都是自己来做一样。
轻量化+电池+智能化,这是完美的电动汽车。
现如今宝马集团把发展电动化的主动权牢牢掌握在自己手中,自建的碳纤维工厂,在自给自足的同时降低成本。而其他需要碳纤维来满足对于车身轻量化需求的品牌,则需要从外部采购。这样一来宝马不仅有德国政府对于电动汽车补贴延长的客观条件优势,还有源于前瞻思维和硬核的自身实力优势。立足客户需求,利用先进技术,运用前瞻思维在电动化领域开拓新的疆土。同时,宝马还将不断推动未来出行领域的创新与实践,持续推动未来出行发展。