新能源情报(深度:研判宁德时代为特斯拉)

2024-04-12 06:57:18

此前,新能源情报分析网刊出《深度:研判宁德时代为特斯拉(上海)提供电芯规制》一文。旨在通过特斯拉与宁德时代对外公布“为数不多”的信息,研判双方合作的焦点与诚意。本文则为新能源情报分析网就特斯拉各款车型技术长短板,深度研判与宁德时代就电池技术合作的可能性。

备注1:最终特斯拉(上海)与宁德时代合作的方式以及交易的电池类型和数量,以当事双方发布官方信息为准。

1、特斯拉电动汽车技术长板:

2013年进入中国市场的特斯拉?Mode?S,续航里程从400公里至500公里,搭载两台异步感应电机,适配装载7000余节松下圆柱形18650型钴酸锂电芯构成的一体式动力电池总成。在这一时期,中国新能源市场依旧处于一个“迷茫”状态,量产的电动汽车仅有续航里程300公里的比亚迪e6、续航里程175公里的日产启辰、续航里程150公里的北汽新能源e150EV、续航里程150公里的江淮iEV4、续航里程150公里的长安e30。无论外观、内饰,还是纵置的大屏,都让国人惊叹:原来电动汽车可以这么牛B。

2016年进入中国市场的特斯拉Model?X,续航里程500公里至600甚至700公里,搭载两台一步感应电机、适配装载9000余节松下圆柱形18650型NCA(镍钴铝)电芯构成的一体式动力电池总成。这一时期,中国新能源市场全速发展2年有余(自2014年),主流车型续航里程虽然进化至400公里,但是依旧使用性能提升缓慢的风冷散热的磷酸铁锂电池。

2019年进入中国市场的特斯拉?Model?3,续航里程保持在500公里,搭载一台永磁同步电机和一台异步感应电机、适配4000余节松下圆柱形21700型NCA(镍钴铝)电芯构成的一体式动力电池总成。这一时期,中国新能源市场全速发展5年,主流车型续航里程普遍提升至500-600公里,并使用性能更好、带有液态热管理策略的方形或软包NCM(镍钴锰)动力电池。

2020年有中国上海制造的特斯拉Model?3,在同步美国制造的特斯拉Model?3全部技术状态同时,进一步将整车售价下探至30万元区间,直接与续航里程600公里级的国产主流车型竞争市场份额。

从技术状态看,2008立项、2010年定型、2012年量产的特斯拉?Mode?S,使用的异步感应电机摆脱中国对稀土出口管控的短板;全铝车身(包括悬架)直接强化了整车层面的轻量化;松下提供的18650型钴酸锂电芯构成的一体式动力电池总成和液态热管理策略,都成为特斯拉通杀全球汽车市场的黑马。

不过,特斯拉?Mode?S适配的异步感应电机与同时期国产电动汽车适配的永磁同步电机,从根本上存在着技术差距。异步感应电机体积大、能耗高,永磁同步电机体积小、能耗低,最重要的是,制造永磁同步电机所必需的的战略物资稀土,是欧美国家短缺的,却是中国富足的。

从特斯拉?Mode?S适配的18650型钴酸锂电芯,至特斯拉Model?X适配18650型NCA(镍钴铝)电芯、再到特斯拉Model?3适配21700型NCA(镍钴铝)电芯;从特斯拉Model?3的全铝车身、至特斯拉ModelX的全铝车身优化、在到特斯拉Model?3即将使用“多合1”全铝车身大总成,意味着马斯克在优化电池系统的同时,对整车层面的轻量化和低成本的要求更加严格。

特斯拉的技术长板,不仅仅局限于电池系统的提升、还有整车层面的轻量化、多系统的整合以及持续降低的制造成本。

2、特斯拉电动汽车技术短板:

前文提及的特斯拉的技术长板没有问题,然而从另一方面看这也是技术短板所在。在长续航里程的大趋势下,特斯拉更换了2种电芯,以至于在售车型出现了2种规格、2种材质的圆柱形电芯构成的动力电池总成。马斯克也正是为了增加续航里程这一终极目的,围绕着整车、电驱动和动力电池,三大分系统进行持续不断地技术提升。不过,整车、电驱动和动力电池三个层面的技术提升,也构成了特斯拉技术短板、甚至是致命的节点。

整车层面,特斯拉车型适用的是全铝车身架构,并且前后悬架(包括副车架)、驱动电机悬置、动力电池总成外壳体,都是用铝合金材质。全铝合金的整车架构对于容纳5000余节、7000余节、甚至9000余节圆柱形18650型或21700型电芯构成的一体式动力电池,可以有效的“稀释”通过“增加电池电量获得的续航里程”。

电驱动层面,整车立项、定型、量产与2012年的特斯拉?Mode?S适配的前后各一组异步感应电机实属无奈,虽然0-100加速比肩甚至超过了售价“百万级”美元的法拉利、兰博基尼等超级跑车。但是综合百公里电耗增加,部分原因是整车自重导致,全“油门”加速消耗,还有就是先天高能耗的异步感应电机自身导致。实际上,在2010-2012年量产前,特斯拉在全球范围几乎找不到可大规模量产、且成本控制更好的永磁同步电机。2016年上市的特斯拉ModelX依旧适配特斯拉?Mode?S上使用的2组异步感应电机。2019年上市的特斯拉Model?3适配前永磁同步电机、后异步感应电机,有效的降低百公里电耗大的问题(不过,这也是因为定位更低端、售价更便宜的特斯拉Model?3,主打续航而不是性能原因有关)。

动力电池层面,与选用异步感应电机的原因大体相同,在2012年之前,马斯克在全球范围几乎很难找到一家可以大规模量产、成本控制更好的车轨级锂电池供应商。

当然,18650型钴酸锂电芯已经被淘汰、18650型NCA(镍钴铝)和21700型NCA(镍钴铝)电芯,成为特斯拉的主要装车电芯。

可是,马斯克围绕增加续航里程,在全铝车身持续的轻量化、永磁同步驱动电机和21700型NCA(镍钴铝)电芯的换装,却构成了重大安全隐患。

以往50余宗特斯拉系电动汽车,在停放、行驶、充电及碰撞工况,发生的自燃、燃烧、二次燃烧及爆炸的50余宗事故中,轻量化显著的全铝车身几乎都被烧成残骸。

需要注意的是,在停放、充电、行驶或碰撞工况引发的自燃、燃烧、二次燃烧及爆炸事故,多集中在装载松下提供的18650型电芯的特斯拉?Mode?S车型。而使用松下提供的18650型电芯的特斯拉Model?X,则出现碰撞引发的燃烧事故和铝合金材质悬架断裂的事故。上市只有1年,使用松下提供的21700型NCA(镍钴铝)电芯的特斯拉Model?3,尚未爆出燃烧或爆炸事故。

宗合多方信息看,源自动力电池的安全短板,使得原本轻量化效果显著的全铝车身设定,成为安全事故加重的载体。而能耗较大的异步感应电机的适配,提升了通过“堆积电池电量”换取续航里程增加、降低整车安全性的矛盾程度。

由此可见,特斯拉的全铝车身、异步感应电机和圆柱形18650型和21700型电池系统的引入,反而在现在这个相对时期内,成为技术短板。

备注:在中国新能源市场被归类为“造车新势力”的蔚来量产第一款车ES8,几乎“高仿”特斯拉S的全铝车身和前后异步感应电机设定。而最大不同的是ES8搭载的宁德时代提供的方形NCM(镍钴锰)三元锂电池系统。不过,在2019年早些时候连续发生4宗的燃烧事故中的其中1宗,ES8燃烧后仅存的残骸凸显了全铝车身的弊端。

3、如何发挥长板规避短板?

从2013年特斯拉?Mode?S进入中国市场,至2020年中国新能源市场爆发的7年时间,特斯拉的技术提升程度与市场争夺是显著的。可是,同时期,北汽新能源、上汽新能源、比亚迪、吉利新能源、长安新能源和江淮新能源,受政策红利的支撑,无论车型、电驱动和动力电池技术发展增速更加显著。

除传统车厂的江淮新能源和归纳为“造车新势力”的小鹏,坚持采用圆柱形NCM(镍钴锰)电池系统;比亚迪、上汽新能源、吉利新能源、长安新能源、北汽新能源以及其他车厂,都坚持采用方形或软包NCM(镍钴锰)电池系统。

纵观2014年-2020年,中国本土品牌推出的诸多主流电动汽车发生的燃烧事故,并未有人员伤亡报告。反而,随着动力电池技术及热管理策略的快速发展,整车主动安全和动力电池被动安全设定愈加成熟。

对比同时期存在国外和国内市场的特斯拉系电动汽车发生的诸多安全事故看,整车燃烧和爆炸,伴随着人员死伤。马斯克坚持认为特斯拉系电动汽车较传统车更加安全,然而却在后续车型上的安全技术的引入更加丰富。

另外,全球范围新能源市场增速最大的中国市场,几乎都被方形和软包NCM(镍钴锰)电池技术及磷酸铁锂电池垄断。而坚持方形或软包NCA(镍钴铝)电池技术的日本和南韩系电池厂,由于装车量的不对等,使得市场态势持续走低。

简答的说,装车量持续激增的方形和软包NCM(镍钴锰)电池系统,与增速缓慢的方形和软包NCA(镍钴铝)电池系统,以及被特斯拉坚持使用和极少中国品牌使用的圆柱形(18650型和21700型)电池系统的市场前景远不如方形和软包NCM(镍钴锰)电池。换句话说,定位与伺服数码产品圆柱型电池系统,在装车量激增和成本走低,将于定位于车规级方形和软包NCM(镍钴锰)电池系统愈加难以抗衡。

在售的特斯拉甚至即将推出的Y,依旧使用“江河日下”的圆柱形NCA(镍钴铝)电池系统,就是一件很不明智的选择了。况且,松下已经不愿意为特斯拉增加圆柱形18650型或21700型单芯的产量,以至于马斯克与南韩LG化学(南京工厂)签署合作协议采购21700型NCA(镍钴铝)电芯,弥补上海工厂特斯拉Model?3的供应。

SO,特斯拉(上海)与宁德时代的合作,且采购非圆柱形电芯的可能性十分大。甚至,极有可能采购宁德时代引以为傲的CTP电池技术。

笔者有话说:

特斯拉Model?3的动力电池总成内部的21700型NCA电芯全部由填缝剂填充,用于热传递和抑制热失控。从技术角度看,特斯拉Model?3的21700型NCA(镍钴铝)电池系统,与宁德时代推出的CTP(无模组)电池技术高度相似。都是通过取掉模组,降低自重、简化结构、换取更高的能量密度已获得续航里程的延展。

鉴于,特斯拉(上海)与南韩LG(南京)工厂达成采购电池系统合作协议,基本上可以排除同时向宁德时代采购圆柱形电池系统的可能性(宁德时代也没有圆柱形电芯及延伸产品)。

通过排除多种可能性看,马斯克或为由上海制造且尚未量产的特斯拉Model?Y,向宁德时代采购相对圆柱形松下电池系统更安全的方形或软包电池系统。结合宁德时代力推的以非提升电芯密度,通过优化结构换取总体能量密度的CTP电池技术看,特斯拉Y换装宁德时代CTP电池系统的可能性很大。

未完待续。。。

文/新能源情报分析网宋?

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

4月13日,福田汽车新能源大会在北京雁栖湖国际会展中心隆重开幕。在会议的外场特别增设了23款新能源商用车,配套的各级电驱动桥、电驱动系统、动力电池、氢燃料发动机和70MPa储氢系统。

需要注意的是,福田汽车是北汽集团重要的自主商用车板块,在过去3年客观因素的影响下,福田汽车2022年实现销量超46万辆,市占率14%。其中,新能源汽车销量达到2.2万辆,同比增长155%。

新能源情报分析网评测组,通过此次大会展示的PHEVEVFCV诸多分系统,全向研判福田汽车新能源核心技术大创新!

1、支持超级快充与换电技术的重型BEV卡车:

欧曼智蓝重卡继承了欧曼整车可靠性,完全的福田自主知识产权电控集成系统搭载宁德时代磷酸铁锂动力电池,适配特百佳自动变速器,迸发澎湃动力。50台欧曼智蓝BEV重卡配合福田快速换电站,可满足国内大部分港口与矿山等特定使用场景运输需求,达成更低的运营成本,降本增效。

与此同时,欧曼智蓝换电重卡还支持大功率“双枪”快速充电技术,可以兼容市面常用的60千瓦、100千瓦、150千瓦直至360千瓦直流充电设施。

2、采用纵置PHEV技术的轻卡:

这款PHEV轻卡,在传统动力系统布局上改进而来,纵置混动四缸柴油机串联1组启发驱动一体机,动方流和能量流通过传动轴输出至后驱动桥。

EV模式,启发驱动一体机获得动力电池输出的电量驱动车辆前进;

PHEV模式,发动机和启发驱动一体机共同输出动力驱动车辆前进;

另外,在行车发电模式,四缸机输出1组动力至启发驱动一体机,获得的电量存储至动力电池;1组动力直接输出至后驱动桥驱动。

此电驱动系统由电机(蓝色箭头)、减速机(绿色箭头)、电机控制器(**箭头)组成,电机控制器和电机全部集成在电机壳体里,电机为扁线电机,此电驱动系统集成度高,有效降低了Z向高度,体积小,重量轻,功率密度和扭矩密度高,在保证整车动力性的同时有效降低的电耗,可以有效提升用户运输利润。

这款PHEV轻卡将会应用在城市物流领域,在全负载起步加速阶段用EV模式,在平稳行驶阶段用PHEV模式,通过灵活的驱动模式切换,可以有效降低排放同时,节省运营成本。

3、重卡用双电机驱动桥:

这款由福田研发的重型双电机驱动桥,采用2组对向布置的电机并共用1套差速器,通过传动半轴将扭矩传递至轮边减速器,进而驱动车轮前进。

**箭头:右侧电机

绿色箭头:左侧电机

红色箭头:左侧传动半轴

蓝色箭头:右侧传动半轴

红色区域:差速器

这款双电机驱动桥的左右两侧桥壳通过螺栓与双电机-差速器壳体连接。电机为液冷散热。

双电机对向布置可以分散重量,降低所占用的上端空间,有利于凸出承载性能。双电机的设计可以加强有效载荷并提升运输效率和单趟运输利润。

4、用于轻型商用车的紧凑型“3合1”电驱动系统:

紧凑型的“3合1”电驱动系统,电控模块(红色箭头)体积大幅降低,通过线缆关联至电机侧向(**箭头)。体积降低同时,整套电驱动系统的自重也得到了缩减,在保持功率不变的前提有诸如整车电耗的减少,间接的还是强化了运输效率与运输利润。

蓝色箭头:电机本体

绿色箭头:单机减速器

5、540伏电压3代动力电池系统:

用于福田EV轻卡全系车型的3代动力电池系统,电压提升至540伏(左右)有诸如在全功率直流快充降低电芯热量,提升安全性。全铝材质动力电池下壳体强调的是轻量化,内(底)置水冷板灌入冷却液,起到低温预热和高温散热功能。

实际上,福田在第2代动力电池系统就引入了“水冷”技术,并且可以根据车型售价采用风冷散热策略。

以上仅是列举出福田自行研发和制造的2款车型(EV重型卡车和PHEV轻型卡车)3种技术(电驱动桥、电机和动力电池)。实际上,福田制造的FCV(氢燃料)客车已经运营了多年,并也完成了电堆(发动机)和70MPa高压储气系统,绝大部分核心技术国产化。

笔者有话说:

此次大会福田发布了新能源2.0,至2030年新能源比重超过50%,成为世界一流新能源商用车企业;2050年碳中和,成为全球绿色交通生态领导者。成为世界一流新能源商用车企业,抢占国内市场与海外市场;达成产品领先、技术引领并整合生态链。

预计2025年,福田汽车将初步建立初步构建起“车+桩+光+储+荷+智”的新能源产业和商业生态闭环体系;至2030年,联合生态圈合作伙伴,福田新能源新生态将打造电动商用汽车最大的生产商,也成为新能源商用汽车版图中最大的清洁能源提供商。

福田在不断完善供应链覆盖面,并与包括动力电池、充电设施、整车租赁等企业深度整合。在福田智蓝技术品牌架构下,开发整车架构、电子电气架构,两大架构技术和智能电控、动力电池、电驱动、燃料电池等四大模块技术,已经在福田汽车重卡、轻卡、皮卡、VAN等多系列新能源产品上得以应用、随着智蓝技术的不断迭代,最新成果也将在全新一代产品上逐步推广。

新能源情报分析网新闻组出品

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