技术讨论|BMW的46系列大圆柱电池选择

技术讨论|BMW的46系列大圆柱电池选择
2022年09月11日 08:40 汽车电子设计

在最新的公开宣传中,宝马开始官方宣布自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开始切换。从目前来看,重要的好处是:

◎ 成本目标降低50%

◎ 能量密度提升20%,续航里程提升30%

◎ 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和120mm),已向宁德时代(CATL)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20 GWh。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的电池更迭图1. BMW的电池更迭

这在从方壳一家独大以后,给将来电芯的整体需求局面演变了。我觉得核心在于圆柱除了坚定支持者特斯拉;现在增加了另一家很有发言权的车企,还是原来方壳专家——BMW,这给选择圆柱电池的车企增加了不少信心。

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,大家的反应都是意外。这家德国车企是方壳坚定的支持者,从没有使用过软包做过BEV,现在却大转弯,计划从 2025 年开始将这些新电池引入 BMW 车型。我们能够观察到两代电池,并与您分享我们所学到的。

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 或 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),这个也是意图和特斯拉一样。

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

具体来说大圆柱电池对宝马的电动汽车有什么好处?对于这种新一代电池,宝马认为圆柱形电芯会带来几个好处:

 更好的集成

 更好的能量密度

 更可持续的解决方案

更加安全

▲图2. BMW的选择大圆柱的意图▲图2. BMW的选择大圆柱的意图

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里面的80GWh,但是亿纬锂能也是熬出来了,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▲图3. BMW的工厂布局和供应商匹配

在目前的拓展中,围绕46系列两种95和120两种高度,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 可以提升能量密度 20%。

▲图4. BMW的电化学体系选择▲图4. BMW的电化学体系选择

BMW在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的工厂产能匹配▲图5. BMW的工厂产能匹配

在Gen5方壳电池的模组设计中,BMW采用双排模组的形式,在新型的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,和Tesla英雄所见略同。

▲图6. BMW的模组设计往Pack设计切换▲图6. BMW的模组设计往Pack设计切换

战略的目标探讨

目前电池的选择都不仅仅是一种技术,而是一种可持续化的选择,在超高的渗透率下面怎么做?宝马选择的是不自己建造电池工厂,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,多供应商的策略重点,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,这也是之前宝马为啥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的战略目标的一致性,大规模推广,并且只有标准化才能实现不进入电芯制造领域。本质上特斯拉是通过自己下场做4680带动供应商,两者现在开始有了一定的协同。

▲图7. BMW的战略目标▲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,在方壳里面,其实没有第二家可以顶上来,这是确定的事情,所以新开一条路。

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