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新能源汽车的秘密

提供 来源:微信公众      日期:2021年12月25日
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现在你手上有一笔资金,用来改善通勤的苦恼。选择购买一辆车,你会选择新兴事物的新能源汽车,还是传统汽车?
早些年提到买车,脑子里就只有传统汽车这一选项,很少听说过新能源汽车,就算接触过也不会想着购买。
随着新能源汽车的不断改进,网络上也有越来越多关于这方面的介绍和新闻,大家慢慢的接受新能源汽车,并把他列入购车的选项,会去研究电动机的技术,充电的时长,地址等。
但大多数是比较片面化的,很少有媒体为大家至上而下,全面刨析新能源汽车。

这是特斯拉Model3的零部件构成图,它的零部件有2000多个。


这是特斯拉的零部件供应商。

把特斯拉的零部件分5类:电池系统、电驱动系统、车身底盘、内外饰和汽车电子。

将成本简化为:物料成本、人工成本、制造费用。结合多份车企公开的数据,大致估算下它的成本。

汽车制造过程中的主要成本为物料成本,约占汽车生产制造成本的80%以上,人工成本占比约5%,制造费用约15%。而在物料成本中,电池系统占比最高约为42%。

想让更多人买的起,则需要降低成本。一家汽车制造公司想降低成本有三种方式:降低物料成本、降低人员成本、降低制造费用。

特斯拉的物料成本由电池、电驱、车身底盘、内外饰、汽车电子构成。这部分里占比最高的是电池系统,并且降价空间是最大的,所以是降低成本的核心。

接下来的内容为硬核科普,通过电池原料的化学工艺,来讲解电池系统的技术迭代,相信你听完之后,会让你对电池的认知更加立体。

这是钴酸锂,特斯拉最早采用的电池原料。

钴酸锂早期,多用于笔记本电脑、手机、MP3/4等电子设备中,生产技术较为成熟。它的结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高,近28万元一吨。用在电子设备上是可以的,但作为汽车电池的原材料,就很难满足电动汽车对电池使用寿命和安全性的要求。

这些因素影响了特斯拉的安全性和电池价格,为降低电池成本和提升电池安全性,特斯拉不断尝试别的金属来替代钴作为电池材料的正极,引入铝和锰的加入,加上原有的钴。便有了特斯拉或者其他厂商常用的三元锂电池。

钴是生产耐热合金、防腐合金的重要原料,价格偏贵。主要应用于喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件等耐热部件。当钴的含量越低,三元锂电的成本相对越低。所以,锂电池的发展路径变成了高镍锂电池甚至无钴锂电池。

高镍锂电池的代表是NCA811,意思是镍(N)、钴(C)、铝(A)占比为8:1:1,但实际上,特斯拉三元锂电的钴占比已经不超过10%。

无钴锂电池燃起了一把火,也是未来研究的方向,但目前大佬认为无钴其实是磷酸铁锂。

技术的提升不但能够降低电池的价格,还能降低整车的生产成本。但是技术的提升是缓慢的,需要一代又一代知识的迭代,自然电池价格的降低也是缓慢的,不过工艺的改进对电池成本的降低是十分显著。

这是一块特斯拉的电池包,它由多个电芯用同一个外壳框架封装在一起,组成模组,通过同一的边界与外部进行联系,再将数个模组共同控制和管理起来,统一的整体就是电池包了。

多个电芯用同一个外壳形成电池模组的“包装”,在物料成本中,占比超过20%,这20%还没有考虑因为这个“包装”带来的人工成本和制造费用。减少包装自然成为降低成本的手段之一,通过提高这个包的利用效率来降低成本。换句话来说,就是减少包内的模组数量或者直接去掉模组。

(宁德时代)

比如宁德时代的CTP技术,从芯到包,放弃模组。把之前的小模组变成大模组,减少模组的数量,就提高了包的利用效率;

 

比亚迪的刀片电池,则是把电池拉长,固定在包的边框上面,这样就不需要模组固定了。但对于电池包来说,只要还有包在,那就有成本。

特斯拉一边在生产汽车,一边在想办法降低包装成本。特斯拉和宁德时代一起研发底盘和电池集成技术,就是把底盘当作电池包的一部分,这样又可以降低一部分包装成本。

除了从包内结构降低成本,还有另一种方法是把电芯做大。

特斯拉之前的电芯是18650,意思是直径18mm,高度65mm,后来变成了21700。现在特斯拉将要量产的电芯为46800。现在的尺寸比之前更大,自然储备的能量也就更大,相应的成本也就更低。

上面是从电池包装上改进,下面则是从工艺改进来降低成本,也就是从电芯下手。一块传统电池的生产过程需要经历十几道生产工艺,自然它的生产成本也比较高,特斯拉则从简化生产工艺来降低成本。

电池是由正极、负极、隔膜组成。制造过程中涂抹环节用湿法涂抹技术制造,由搅拌,烘干两步工序组成。其中烘干需要烘干机在无尘车间烘干。导致烘干程序的成本较高。特斯拉则采用干法涂抹技术。无需搅拌、无需烘干,节省工序但实际操作技术十分复杂。

在制造过程中,还需要焊接极耳和盖帽的环节。特斯拉则利用自身技术实现了去极耳化,进一步降低成本,节省工序。

降低电池包的物料成本的同时,还降低了对零部件等物料的使用,减少对机器设备的使用,自然降低了机械设备的折旧、能源等费用,从整体降低了整车的制造费用

除了从物料成本和制造费用下手,自然少不了还有人工成本的降低。

特斯拉自动率超过了95%,其他厂商是驷马难追的,它采用高度自动化,例如号称全球最智能的全自动化生产车车间的上海特斯拉超级工厂。

总结下,特斯拉生产成本降低的方式有3点:

1.物料成,提高这个包的利用效率来降低成本;

2.制造费用,由于电池工艺的改进,让制造流程简化和优化,进而带来直接和间接降低电池的制造费用;

3.人工成,通过高度自动化生产车间来降低人工成本。

但特斯拉降低成本的方式,还不止这些,还有运用通用的研发平台、公用的零部件、提高供应链效率等。

将零部件整合一起,也能够很好的降低成本。特斯拉在研究将底盘、车身、汽车的前后唇都整合在一起形成整车集成技术,但问题是这样集成之后,其中零部件损坏,那得怎么修。

不仅仅是这些方面,更是从风格上就减少了内饰成本。特斯拉的风格是主打简约,相比其他车企它在这方面的成本会降低。它可是全方面的精打细算,不断的降低成本,好让车低价销售,让大家买的起。但大家买的起,如果产品没有让人心动的地方,也不会有人愿意买单。

新能源车和传统车区别最大是续航能力,这对新能源汽车厂商来说是个十分严重的问题需要处理。如果这个产品销售成本下降,但续航能力没有提升,消费者也不会为这个产品买单的,他们主要考虑的是续航问题。

传统燃油车的加满油可以跑近600公里。

官方网站上,Model 3和比亚迪汉声称自己的续航里程能有600KM。好比新发布的一款手机声称自己的流畅度能够达到多少,但实际到手却没有达到厂家说的那个数值。厂家是在理想状态下,测试出来的数据。运用到现实里,比亚迪汉的续航里程有500公里,而Model 3低配版的磷酸铁锂电池可能还不如比亚迪汉。

新能源汽车的续航能力取决于电池里可以蕴含多少电,而电池的核心是电芯,电芯的能量密度的高低决定了一个电池里有多少电。回顾前面提到的电池包,当电芯能量密度不变时,并且电芯外的电池包里的模组越少,那电芯的利用空间就越大,相应的电池包的能量密度也就越高。

比亚迪汉使用的是无模组的刀片电池,电池包的成组效率可能接近80%,而Model 3的三元锂电池则在60%左右。并且比亚迪汉使用的是磷酸铁锂相比三元锂电池会更加安全。也就是官方说的600KM,但实际上也就400-500KM左右。

想要扩大消费对象,需要解决核心的里程问题,想要减少里程焦虑,自然需要提高电芯的能量密度和电池包的组成效率。

想要达到燃油车的续航里程,电池包的能量密度需要接近400瓦时/千克。电芯的能量密度在300瓦时/千克,而电池包的能量密度连200瓦时/千克都不到。

目前的磷酸铁锂电池和三元锂电池,都属于液态电解液电池,对于液态电解液电池都有理论上的能量密度极限,但电芯的能量密度想要达到400瓦时/千克已经比较困难那了,更何况电池包的能量密度达到400瓦时/千克。

想要突破能量密度极限的问题也不是不可能,比如蔚来可能引入固态电池等技术。

如果有新技术能够突破现有的能量密度极限,那么新技术则会成为未来的主流,那它会打破现有的电池厂竞争格局吗?

大部分的厂商是否站在新技术的同一起跑线上?早期智能手机这项新技术出现,而诺基亚和黑莓没有站在新技术的同一起跑线上随后纷纷倒台。

总结下,特斯拉想让更多的人买它的车,自然得降低成本,甚至降和传统汽车一样的成本甚至更低

想让消费者对产品更加心动,核心是提高续航能力,但是提高续航能力需要的技术依然还需要些时间,但这个时间需要多久,咱们都未知。

未来的某一刻在这方面会有所提升,而让更多的人开上新能源汽车只是时间的问题。

 

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