技术讨论:宝马为什么要选择的46系列大圆柱电池?
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在最新的公开宣传中,宝马官方宣布自 2025 年开始在“NEUE KLASSE新世代”车型中使用 46 系大圆柱电芯,这是从前五代方壳电池中进行切换。从目前来看,重要的好处有——

  • 成本目标降低 50%;
  • 能量密度提升 20%,续航里程提升 30%;
  • SOC 10%-80% 的充电时间减少 30%;
  • 400V 和 800V 可以切换和兼容;
  • 高镍材料使得钴减少 50%,铜减少 40%;
  • 圆柱电池的安全性,特别是单电芯失效的故障降级能力(CATL 讲的 NP4),目前和其他类型相比具备很大的优势。

全新圆柱电芯具有 46 毫米的标准直径和两种不同的高度(95mm、120mm),已向宁德时代(CATL)和亿纬锂能(EVE Energy)两家合作企业提供超过百亿欧元的电芯生产需求合同。

将分别在中国和欧洲各自建立两座电芯工厂,每座工厂的年产能将达 20GWh。同时宝马还在寻找北美自由贸易区的合作伙伴来再建两座电芯工厂。

图1 BMW的电池更迭

这在从方壳一家独大以后,宝马的选择对将来电芯的整体需求局面带来了演变。我觉得这件事的核心在于圆柱坚持者特斯拉和之前的方壳专家 BMW—这两家很有发言权的车企,给之后选择圆柱电池的车企增加了信心。

PART 1:BMW 的设计选择

事实上,一开始传说下一代宝马电池(GEN6)将改变形状,采用圆柱形电池代替目前使用的方壳电池,大家的反应都是挺意外的。

这家德国车企本来是方壳坚定的支持者,从没有使用过软包做过BEV。现在算是大转弯,计划从 2025 年开始将这些新电池引入 BMW 车型。

根据目前的披露,GEN6 电芯开发成 2 种尺寸,直径保持 46 毫米,高度分为 95 和 120 毫米,分别面向轿车和 SUV,具体取决于车辆的Z向高度的需要。

第六代电池技术将使用磷酸铁锂(LFP),这个也是和特斯拉一样的意图。

备注:特斯拉内部也分两派,一派是主张 4680 用不同化学体系解决不同的容量需求,另一派是主张用方壳和刀片围绕 Pack 进行迭代。

下面具体来说说大圆柱电池对宝马电动汽车有什么好处。

对于这种新一代电池,宝马方面认为圆柱形电芯会带来以下几个好处——

  • 更加安全
  • 更好的集成
  • 更好的能量密度
  • 更可持续的解决方案
图2 BMW选择大圆柱电池的意图

供应商来看,还是中国动力电池企业在大圆柱电池方面占得了先机,目前拿到了 120GWh 需求里面的 80GWh。其中亿纬锂能也算是熬出来了,拿到了和宁德时代同样的订单。

图3 BMW的工厂布局和供应商匹配

在目前的拓展中,围绕 46 系列 95mm 和 120mm 两种高度,面向 SUV 和轿车去开发,并且开发 LFP 和高镍的产品是很好的尝试—正极材料镍含量更高,钴含量更低;负极中硅含量更高,能量密度可以提升 20%。

图4 BMW的电化学体系选择

BMW 在位于慕尼黑附近帕尔斯多夫的电芯制造中心建立了一条试验生产线,调试过程将于 2022 年晚些时候开始,一旦完善,后续大圆柱生产线和方法将在供应商新工厂实施,为 2025 年推出 NEUE KLASSE 车型做好准备。

图5 BMW的电池需求与工厂产能的匹配

在 Gen5 方壳电池的模组设计中,BMW 采用双排模组的形式,在新型 46 圆柱电芯的时代开始迭代到整包甚至是 CTC 设计。

在这种设计中,BMW 一方面聚焦于电芯设计,一方面把供应商“隔离”在电芯层面,自己的工程师主要负责整包设计,开始让 BMW 实现差异化。

这种手段,BMW 在下一代的设计中,是非常激进的,与 Tesla 是英雄所见略同。

图6 BMW的模组设计往Pack设计切换

PART 2:宝马电池战略的目标探讨

目前对电池的选择都不仅仅是选择一种技术,而是一种可持续化的选择,在电动车超高的渗透率趋势中怎么做?宝马选择的是不自己建造电池工厂,而是选择入股电芯企业做一些布局,那怎么控制成本呢?

BMW 一方面全面提高自己的电芯和电池的水平,实现电芯的标准化。

而多供应商策略的重点,还是让大家的水平比较一致,并且没有那么多的专利壁垒,否则想要让多家供应,电芯层面的专利壁垒需要让他们开打。

一方面,要在有价值的方面,推动自身 Know How 和外部结合,这也是之前宝马为什么要投入电芯实验中心和中试线的核心原因。

另外一方面实现电动汽车三电系统平台化快速推进,从战略上和 Tesla 的战略目标一致,大规模推广,并且只有标准化才能实现自己不独自进入电芯制造领域的策略。

本质上特斯拉是通过自己下场做 4680 来带动其它供应商跟进,两者现在开始有了一定的协同。

图7 BMW的战略目标

小结:

对于整车企业来说,最重要的还是让足够的供应商可以投入,把产能的钱花了,但是能够保持一个低利润来供应。

把电池标准化,其实比自己做电芯更能实现低成本控制。之前在方壳电池上满,其实没有第二家可以顶上来,这是确定的事情,所以现在宝马新开了一条路。

宝马

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光说优点不说缺点,不是好文章。

高镍电池的安全性不好

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