打破電動(dòng)汽車成本桎梏

寂靜天花板

提高電動(dòng)汽車的市場(chǎng)滲透率一直以來(lái)受到兩大因素的制約，分別是續(xù)航里程和購(gòu)買(mǎi)成本,。這兩大因素從根本上說(shuō)是彼此對(duì)立的,，因?yàn)榧冸姵仉妱?dòng)汽車的主要成本來(lái)自于電池。為了達(dá)到延長(zhǎng)續(xù)航里程的目的而增加電池的尺寸，正如特斯拉在Model S上采取的策略，最終的結(jié)果就是較高的零售價(jià)格,。
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( f  E" X, B9 n# d7 N同樣地，為了降低成本而縮小電池的尺寸,，那么車型的續(xù)航里程就或縮短,，讓市場(chǎng)無(wú)法接受。的確如此,，盡管電池技術(shù)也在不斷進(jìn)步，但是據(jù)Navigant Research研究員Scott Shepard預(yù)測(cè),，2023年全球電動(dòng)汽車銷量預(yù)計(jì)僅占所有輕型汽車銷量的2.4%,。
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. H, l2 u( {) C9 `0 |' L6 k# N6 J解決這一問(wèn)題的唯一出路就是降低電傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的成本。全球領(lǐng)先汽車制造商正在加快研發(fā),，尋求解決方案,，比如計(jì)劃于2017年推出的雪佛蘭Bolt電動(dòng)車據(jù)稱續(xù)航里程可達(dá)322km，市場(chǎng)售價(jià)僅為3萬(wàn)美元（扣除政府補(bǔ)貼）,。
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“插電式電動(dòng)車市場(chǎng)增長(zhǎng)迅猛,，隨著幾家大型OEM廠商都宣稱將在高增長(zhǎng)的SUV 領(lǐng)域推出新的車型，此類電動(dòng)汽車的發(fā)展步伐將進(jìn)一步加快,，”Shepard說(shuō)道,。大眾前CEO馬丁• 文德恩此前在接受德國(guó)報(bào)紙Bild采訪時(shí)透露，大眾位于硅谷的電子研究實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)一種小型且成本較低的電池,，可以讓大眾旗下一款車型的續(xù)航里程達(dá)到300km,。“這對(duì)電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)是一個(gè)質(zhì)的飛躍，”他如此說(shuō)道,。

6 }% T# J+ j6 Z& B. L特斯拉也制訂了可大幅降低成本的策略,，而且基于該策略正在開(kāi)發(fā)一款成本低于Model S的車型。該公司最大的機(jī)會(huì)在于其與松下的合資公司在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州建立的Gigafactory工廠——根據(jù)該公司規(guī)劃,，這家工廠到2020年生產(chǎn)的鋰離子電池甚至多于2013年全球鋰離子電池的產(chǎn)量,。
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通用和LG Chem工程師將2016款雪佛蘭Volt車型上鋰離子電池單元的數(shù)量從之前的288顆減少到了192 顆， 不僅節(jié)省了成本也減少空間和重量
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" v5 ]# t' p. n7 ]' q, J日產(chǎn)顯然也非常認(rèn)同在美國(guó)建立一家大型,、整合式生產(chǎn)設(shè)施作為電動(dòng)汽車成本控制措施的價(jià)值,。據(jù)該公司發(fā)言人Paige Presley稱，作為成本削減措施的一部分,，日產(chǎn)在美國(guó)田納西州小鎮(zhèn)Smyrna設(shè)立的工廠不僅生產(chǎn)Leaf電動(dòng)汽車,，還生產(chǎn)該車型的電池。

以少積多
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據(jù)報(bào)道,，特斯拉Gigafactory工廠的超級(jí)規(guī)模和整合式的生產(chǎn)方式可以使鋰離子電池每千瓦時(shí)的成本降低30%,。為了協(xié)助這項(xiàng)成本削減計(jì)劃，特斯拉還特別聘請(qǐng)了加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)（Dalhousie University）Jeff Dahn教授,。

( v& T. ^5 {% S  W- F% r" hDahn的研究工作自1996年來(lái)一直受到3M公司的資助,，但是對(duì)于這樣一個(gè)可以直接參與即將商業(yè)化產(chǎn)品的機(jī)會(huì)對(duì)他來(lái)說(shuō)還是非常有吸引力的。他表示：“我想從小處著手,，幫助Gigafactory和特斯拉取得進(jìn)一步的成功,。”
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今天,，特斯拉Powerwall家用儲(chǔ)能電池的售價(jià)是3500 美元,，相當(dāng)于每千瓦時(shí)的成本為350美元。如果Gigafactory 的規(guī)模生產(chǎn)可以像特斯拉預(yù)測(cè)的那樣降低30%,，這個(gè)成本將降低為245美元,。但是這個(gè)數(shù)字還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成本降低的目標(biāo)。


. \6 G' j. [1 ^3 O' \7 r3 Z! x特斯拉寄望其Gigafactory工廠可以通過(guò)規(guī)模生產(chǎn)將電池成本從今天的350美元/ 千瓦時(shí)降低到200美元左右,。
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“大家普遍認(rèn)為這個(gè)成本要低于200美元,，甚至低于100美元，”Dahn說(shuō)道,。

/ n2 ?) a% r: ~+ q4 z( p, A那么如此大的空間來(lái)自于哪里,？Dahn表示，這些都來(lái)自于一些細(xì)枝末節(jié),，比如多孔塑料隔膜的成本,。“電池隔膜如果大批量購(gòu)買(mǎi)的話每平方米的成本大約為1.5美元,，”他說(shuō)道,。相比較來(lái)說(shuō),，來(lái)自中國(guó)最價(jià)廉的無(wú)孔塑料隔膜的成本約為每平米0.06美元。
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“所以說(shuō)隔膜的多孔性大大提升了成本,，”他說(shuō)道,。因此Dahn正在尋求一種塑料隔膜的制造方法，可以在保證50%空隙率的情況下將成本降低到接近每平米6美分,。

此外,，電池中還有比較昂貴的金屬，比如陽(yáng)極中采用的鎳和鈷,�,！叭绻�可以用更多的猛��(lái)替代鎳和鈷，那么成本效益也是非�,？捎^的,。”


Mirai 車型的電池組是豐田之前燃料電池車采用的電池組的一半大小,，成本也僅為之前的1/20,。

1 ?, o. T2 m+ x$ A) @; G不過(guò)，對(duì)于電池中的鋁箔似乎很難找到降低成本的方式,�,！拔覀冡槍�(duì)鋁箔做了很多試驗(yàn)，但是成本節(jié)省的空間很小,，”他說(shuō)道,。
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還有一個(gè)沒(méi)那么直接的降低成本的方式是通過(guò)提升電池的使用壽命來(lái)達(dá)到�,！叭绻�可以增加電池的使用壽��,，那就相當(dāng)于降低了成本，這也是我們重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域,，”Dahn說(shuō)道,。
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雪佛蘭Volt
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雪佛蘭還沒(méi)有公布有關(guān)Bolt電動(dòng)車的技術(shù)細(xì)節(jié)，目前尚不清楚該車型是如何實(shí)現(xiàn)其所公布的目標(biāo)的,。不過(guò)，雪佛蘭已經(jīng)公開(kāi)討論了其第二代2016款Volt車型的電傳動(dòng)系統(tǒng),。
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& ?3 \# L9 b+ j7 I' p這款車型采用了LG Chem公司提供的鋰離子電池組,，包含192顆電池單元，與其前一代車型的288顆相比減少了96顆,。電池單元數(shù)量的減少不僅降低了成本,，還使電池組的重量減少了14kg。
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1 j- k" s+ k5 w. p8 _# V* S“我們完全可以在已有的電池組上采取一些技術(shù)手段來(lái)提高車輛的續(xù)航里程,，這樣做更容易,，但是這并不是消費(fèi)者想要的，”通用動(dòng)力總成電氣化工程小組執(zhí)行總監(jiān)Larry Nitz說(shuō)道�,！耙虼宋覀�?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)全新的電池系統(tǒng),，它將超過(guò)大多數(shù)消費(fèi)者的期望�,！�

新的設(shè)計(jì)讓車型續(xù)航里程提高到了80km,，相比較來(lái)說(shuō)，上一代車型在純電動(dòng)模式下EPA評(píng)定結(jié)果為61km,。
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此外,，雪佛蘭還針對(duì)Volt車型的電機(jī)做了改進(jìn)。相比老款車型,，新車型雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率提升了5-12%,。其中一個(gè)電機(jī)完全沒(méi)有采用任何稀土金屬，而另外一個(gè)的用量也非常少,。
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/ t3 r. R" b2 G通過(guò)更加智能的程序,，這兩款電機(jī)彼此配合，能夠適應(yīng)更多的駕駛工況,，可以讓2016款Volt車型從0到30mph 的加速時(shí)間（2.6s）縮短13%,，從0到60pmh的加速時(shí)間（8.4s）縮短7%。所有這些改進(jìn)都將為新一代Bolt車型低成本純電動(dòng)汽車解決方案做出貢獻(xiàn),。

氫燃料電池

& _; @' M, L1 m1 @5 X4 x還有一個(gè)解決方案就是完全放棄體積較大的電池組,，用氫燃料電池作為車輛的動(dòng)力源，比如新款豐田Mirai即采用這種方式,，該車型已經(jīng)針對(duì)2016年投入小批量生產(chǎn),。豐田技術(shù)中心燃料電池小組經(jīng)理Matt McClory表示，去掉傳統(tǒng)電池組才是低成本電動(dòng)汽車的真正解決方案,。
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2 l. O$ m- A2 y! b3 m% x! @EPA 評(píng)估顯示豐田Mirai 燃料電池車在裝滿氫氣的情況下可以行駛312 英里,。
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8 c* a4 E/ ?9 e3 J$ M至于燃料電池，雖然在技術(shù)上一直有持續(xù)不斷的進(jìn)步,，但是從其性能提升曲線上可以看出,，此類電池的成本效益在可遇見(jiàn)的未來(lái)將得到大幅提升。
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7 ~7 K4 p1 B: i+ F' K# M* P據(jù)了解,，Mirai車型的電池生產(chǎn)成本僅是豐田之前在Hignlander車型上采用的燃料電池的5%,。不僅如此，新的電池在尺寸上僅是上一代電池的一半,。生產(chǎn)成本的降低主要來(lái)自于電池隔膜處理以及電池單元疊層自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,。

- R8 n6 X7 t) z) |  W8 l9 |燃料電池需要采用昂貴的鉑金屬作為催化劑，但是據(jù)McClory稱,，新的技術(shù)進(jìn)步可以讓豐田公司大幅降低這種材料的用量,。事實(shí)上,，燃料電池中的鉑金屬用量很快就會(huì)達(dá)到與目前內(nèi)燃機(jī)尾氣控制中催化轉(zhuǎn)化器中所用的鉑的用量。因此,，在燃料電池車替代傳統(tǒng)車型的同時(shí),，全球市場(chǎng)對(duì)鉑的需求并不會(huì)增加。

" z& @' M! g, M# n此外,，燃料電池通常還需要配備一個(gè)加濕器來(lái)確保膜的濕度,，不過(guò)豐田公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的技術(shù)，可以去掉這個(gè)加濕器,，從而降低系統(tǒng)的成本,。Mirai車型也是第一個(gè)沒(méi)有采用加濕器的量產(chǎn)型燃料電池汽車。
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4 d) M. K4 z9 w7 M+ J與其他致力于燃料電池研發(fā)的公司一樣,，豐田還改進(jìn)了碳纖維儲(chǔ)氫罐的制造工藝,，這也幫助降低了成本。Mirai車型比之前的Highlander車型小,，因此它只需要兩個(gè)壓力為70MPa的儲(chǔ)氫罐（Highlander上是四個(gè)）,，就可以提供令人滿意的續(xù)航里程。
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  L* S6 X, A, a- ]在Mirai車型的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,，豐田的成本削減方案還包括盡可能多地采用來(lái)自大批量混合動(dòng)力車型中的零部件,。在該車型上，豐田采用了電壓升降轉(zhuǎn)換器將燃料電池相對(duì)較低的電壓與來(lái)自公司量產(chǎn)混合動(dòng)力車上較高電壓的電機(jī)進(jìn)行匹配,。

& m* \6 E: h8 q1 q. |) D# @“相比為適應(yīng)燃料電池的電壓?jiǎn)为?dú)開(kāi)發(fā)一個(gè)電機(jī)和轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō),，這種方式無(wú)疑更加經(jīng)濟(jì)，”McCory解釋道,。所有這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴的改進(jìn)對(duì)促進(jìn)電動(dòng)汽車的普及來(lái)說(shuō)將發(fā)揮重要的作用,。
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