汽车十三行 02-21
德国探访宝马第六代电动技术(一)——真正的电池创新是制造出来的!
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·  汽车十三行    ID:wzhauto2023 ·

   

慕尼黑向东北方向驱车一个小时,到达德国一座名为兰茨胡特的城市,这里原本是宝马最大的全球铸件基地,现在是宝马新世代车型核心部件的生产基地。一切关于宝马新世代车型第六代电驱的故事精髓,都可以从这里开始讲起。

  

好的技术是制造出来的,这是宝马第六代大圆柱电池组首次全球亮相不断强调的一句话。对中国人来说,似乎制造不是问题,那么我们就拿一个例子来解释什么是制造的门槛。截止到目前,中国唯一搭载宁德时代电芯的新能源车企不超过 5 家,甚至更少,而这家号称全世界三元电池技术标准最高和规模最大的电池企业,正将自己的核心开发团队派驻到德国,与三星、远景和亿纬锂能共同学习吸收宝马第六代圆柱电芯的生产标准。像造燃油车动力系统一样,宝马的电动汽车电池标准也必须由自己制定,电池厂家按照这一标准现地化生产。其他车企与宁德时代的合作是供货关系,宝马和宁德时代是共创。

如何定义宝马第六代圆柱电池的高度?负责宝马前后六代电池开发负责人 Dr.Peter Lamp 形容,宝马的圆柱电池解决的不只是性能参数创新问题,而是在达到动力电池新的参数高度基础上,实现耐久性更好,温控能力更强,金属材料运用更少,成本更低。其他电动车企未来可能只敢讲 " 有和没有 ",搭载第六代圆柱电池的宝马新世代车型要讲 " 好和不好 "。

一切的形容词不如用事实说话,请跟随我们的文字脉络,来认识、理解、感知宝马第六代电驱的技术创新、生产标准和开发逻辑。请带着这句话去品读其中的内容,那就是 " 任何极致的创新,最终都要回归到工业制造标准 "。

何为大圆柱电池的开发逻辑?

Peter Lamp,2001 年加入宝马至今,这位工程师的工作任务只有一个,带领团队为宝马集团研究更好的电池。从燃料电池系统到后来宝马前后六代锂离子电池的开发,Peter Lamp 都是亲身经历者。

谈及第六代圆柱电池的开发逻辑,他的回答是,在实现足够好的性能参数基础上,让电池的温控安全、充放电耐久性、电池原材料运用效率、电池制造标准以及成本达到最优,这是第六代圆柱电池的核心任务。说得直白些,这一代电池看的不只是参数,而是其他车企做不到的成本效率、安全标准,甚至是其他企业在生产环节无法达到的高标准。

第六代大圆柱电池

2 月 18 日,在德国宝马兰茨胡特工厂,宝马第六代电池组首次对外亮相。和第五代电池包相比,第六代电池组整体对比体积更小、重量更轻、线束更集成,能量密度相比过去更大。

宝马第六代电池电芯分为两种型号,分别是 4695 和 46120。4695 电池直径 46 毫米,高度 95 毫米,主要应用于轿车产品。46120 电池直径 46 毫米,高度 120 毫米。通常 46120 电池因尺寸更大,重量也会更重,未来将应用于 SUV 等车型。

第六代圆柱电池正极混合材料

为了提升电池的能量密度,宝马在第六代电池中增加了镍和硅的比例,减少了 50% 的钴和 20% 的石墨。由于镍和硅的加入,提升了电池的能量和功率密度,使电池在提供更长续航的同时,还能在更高负载下保持更强的输出性能。

宝马第六代圆柱电芯相比第五代电池,能量密度提升超过 20%,续航里程提升 30%,充电速度提升 30%,电池系统电压平台提高至 800 伏,高压动力电池电量从 10%-80% 的充电时间减少多达 30%。按照规划,宝马未来围绕第六代电池组提供 75kWh、90kWh 和 105kWh 三种容量规格,可根据不同车型的续航需求进行灵活配置。

宝马第六代动力电池

由于电池从方形变成圆柱,宝马第六代电池组采用 CTP 封装设计,取消了模组,将电池包的空间利用率提高 15%-20%。CTP 技术减少了模组的生产、组装等环节,零部件数量可减少 40% 左右,降低了生产复杂度和成本,预计可使电池系统成本降低 10%-15%。

在电池集成上,宝马采用 " 电池车身一体化 "(Pack to Open Body)设计,组合好的电池包作为车身的一部分被嵌入车辆底部,这种布局降低了车辆重心,使整车最佳 Cx 值得到了提升,改善了车辆的稳定性和操控性。尤其在高速行驶或急转弯时,能够更好地控制车辆的姿态和反应。至于外界讨论的圆柱电池组中间的缝隙,由于处于技术保密,宝马官方并没有给出答案,但工程师回应,围绕电池温控等问题,都会充分使用这些缝隙空间。

很多人疑惑,宝马为何能够顺利批量生产大圆柱电池,而特斯拉却无法做到这一点?有些人甚至认为,宝马第六代电芯参数提升相比特斯拉 4680 电池并没有那么高,难度自然也就小得多。对于这种质疑,在走访宝马电池各个单元部门后得到答案。相比软件为核心的特斯拉,宝马内部不会刻意将实验室技术参数对外公布。在长链条的大宗消费品制造规则中,从实验室到消费者,中间必须结合供应链、整车各方面部件、消费者长期使用耐久性以及汽车产品全生命周期综合考虑汽车创新。宝马围绕圆柱电池的开发逻辑是,要做到极致的量产商业化完美产品,而不是将实验室的半成品直接对外公布。

宝马集团首席电池技术科学家 Dr.Peter Lamp

作为第六代电池开发负责人,Peter Lamp 曾发表过一篇圆柱电池电解液注入的论文,这篇文章通过与包括特斯拉 CTO 在内全球顶级的电池技术专家交流,最终形成了一套整体解决方案。这篇论文的发布,给电池结构形态的行业进步做出巨大贡献,特斯拉 CTO 曾向 Peter Lamp 表示,感谢宝马在推进世界的进步。作为一家企业的技术开发负责人,在宝马内部,工程师的使命不只是提升自身产品商业护城河,而是要推动整个产业的进步。也正因为 Peter Lamp 带领宝马电池技术团队做出的贡献,他们也获得了被称为电池界 " 诺贝尔奖 " 的美国国家先进技术电池联盟 ( NAATBatt ) 终身成就奖。

BCCC、CMCC、CRCC 组成的宝马电池闭合链条

造车从不是 " 一招鲜吃遍天 " 的技术。对一家百年车企而言,电动汽车的电池参数只是技术的九牛一毛,实现从电池的研发、试生产到回收,形成闭合的技术创新体系,才是宝马第六代圆柱电池的精髓。

位于慕尼黑的电芯技术能力中心(BCCC),专注于电池电芯技术研发,与 300 多家全球机构合作开展约 43 个单产品创新项目。值得注意的是,作为电芯技术的创新发源地,BCCC 的核心任务是将采购、开发和生产等部门专家汇聚在一起,实现从材料采购、电池设计到生产工艺的全流程协同,确保电池从研发到生产的顺利推进。

例如第六代圆柱电芯的研发,通过各领域的验证,宝马最终决定电池采用更多的镍和硅,强化了电池的温控和稳定性。电池阴极的钴含量减少 50%,阳极的石墨含量减少 20%。通过调整材料元素用量,在保证性能的同时,降低了材料成本。在 BCCC,没有经过全流程验证的技术都不会直接面对消费者,在他们的开发体系中,没有经过制造验证的技术,如果直接导入市场,那是在将验证工作交给一无所知的消费者。

电芯技术能力中心:电极浆料的配制与混合

研发进入到全球批量生产之前,位于德国帕斯多夫的宝马电芯制造能力中心(CMCC),担负制定宝马电池制造标准的任务。CMCC 团队不仅验证最新的电池制造工艺,还通过五步流程,实现生产工艺的标准化。从配料混合到最终充电检查,CMCC 确保每一颗电池技术都能够达到严苛与高效的试生产标准。通过 CMCC 的标准制定,宝马第六代锂离子电池包的零部件减少了 40%,简化了电池包的结构和生产流程,生产效率提升 50%,降低生产过程中的人力、物力和时间成本,使电池包的整体成本大幅下降。

电芯制造能力中心:绕制电池芯卷

宝马还通过 CMCC 与全球知名固态电池企业 Solid Power 等合作伙伴合作,推进全固态电池技术的研发。在先进技术的开发和验证上,宝马不会只做某一个技术路线,而是做的远比说的更多。CMCC 让宝马最先进的电池技术走出实验室,用高标准在全球与宁德时代、亿纬锂能、远景和三星等企业开展本土化的电池批量生产。

生产和使用只是过程,一家电动整车企业必须为每一块电池的全生命周期负责。宝马的第六代电池回收,完全是包括中国在内所有新能源整车企业的教科书,这本教科书的老师名字叫做 CRCC。位于下巴伐利亚州基希洛特的宝马电芯回收能力中心(CRCC)将于 2025 年投入使用,它致力于实现电池的直接回收工艺。除了在德国,宝马与华友钴业、清华大学在中国也同样开展 CRCC 电池材料的循环利用,确保每一块电池不给任何一块地球的土地带来污染和资源浪费。

电芯回收能力中心:电池单元的原材料循环利用

一块电池,在别人眼里是 " 赚钱的工具 ",它最大的价值就是参数带给消费者的吸引力。但在宝马开发第六代电池的过程中,电池是决定一家电动汽车企业全生命周期的基石,不仅不能出错,还要为全球的能源和环境想的更多。不做数据的 " 奴隶 ",让技术服务于更具品质的社会,这是宝马开发第六代电池的核心立意。

100 亿投资沈阳第六代电动技术工厂的含金量

通过制定研发和生产标准,宝马第六代电芯秉承全球化在当地为当地的生产模式。宝马计划在全球范围建立六座圆柱电池超级工厂,总产能达到 120GWh。相比第五代电池全球生产网络,第六代电池生产网络增加了美国伍德拉夫、墨西哥圣路易斯波罗西、德国伊尔巴赫、匈牙利德布勒森、中国沈阳。

第六代电池生产网络扩展至 10 个工厂

在这些超级工厂中,中国是宝马第六代电驱的核心布局市场。2023 年,宝马向沈阳基地投资 100 亿元,启动了新世代车型配套的第六代动力电池项目。100 亿元意味着什么?自 2019 年至今,外国车企在中国百亿级投资十分稀有,对于单一技术投资更是凤毛麟角。按照 100 亿投资估算,宝马计划在沈阳建设占地 24 万平方米的工厂,相当于每平米投资额接近 4.2 万元。对比仅为 383 元每平米的沈阳沈北新区近期工业用地起始价,这一投资价值可想而知。

中国沈阳第六代电池超级工厂鸟瞰图

在中国为中国,这句话最早起源于宝马,但人们鲜为人知的是,中国动力电池技术的进步背后,宝马的身影不可忽视。2011 年,宁德时代刚刚进入动力电池行业的第一个合作伙伴就是宝马。正是因为宝马将 800 页德文技术标准导入宁德时代,并将工程师派驻到生产线 2 年之久,才有了后来宁德时代在动力电池的飞速发展。至今,宁德时代许多核心技术人员,都或多或少与宝马有着千丝万缕的关系。有人形容,宁德时代壮大的背后,宝马如影随形。

宝马在中国携手供应商伙伴推进大圆柱电芯大规模量产

2025 年,宝马围绕第六代圆柱电芯制定的标准,宁德时代正在为大批量量产作最后的准备。和其他新能源车企单纯采买宁德时代电池或电池生产线不同,宝马与宁德时代是技术创新的合作者,突破了所谓的电池专线概念,让双方在进步中形成更紧密的供应链关系。

除了宁德时代,宝马从 2020 年开始与亿纬锂能展开同样的技术标准合作。接下来,宝马第六代电芯将由亿纬锂能在匈牙利生产布局。宝马不仅为中国市场带来足够先进的技术和产品,还将自身技术与中国企业一同,从本土走向全球,成为宝马全球合作商。

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