標(biāo)準(zhǔn)電芯
關(guān)注創(chuàng)建者：汽車(chē)新能源研究 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-15
標(biāo)準(zhǔn)電芯的實(shí)例教程
7 月 20 日上午，國(guó)軒高科旗下全資子公司合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)合肥國(guó)軒）與合肥新站高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)管委會(huì)正式簽署合作協(xié)議，擬在新站高新區(qū)建設(shè) 20GWh動(dòng)力電池生產(chǎn)基地，該基地將專(zhuān)注大眾汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)電芯的生產(chǎn)制造，這也就意味著大眾汽車(chē)全球首款標(biāo)準(zhǔn)電芯有望“合肥造”。
合肥新站高新區(qū)管委會(huì)副主任藍(lán)天(左)、合肥國(guó)軒總裁王強(qiáng)（右）代表雙方簽字（圖片來(lái)源：國(guó)軒高科）
根據(jù)協(xié)議，合肥國(guó)軒將在合肥新站高新區(qū)內(nèi)投資建設(shè)年產(chǎn)20GWh大眾標(biāo)準(zhǔn)電芯項(xiàng)目，項(xiàng)目預(yù)計(jì)占地 500 畝。該項(xiàng)目將統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施，一期項(xiàng)目10GWh擬自開(kāi)工之日起 18 個(gè)月后竣工投產(chǎn)。國(guó)軒與大眾將聯(lián)合開(kāi)展電池技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，將新站高新區(qū)打造成全球新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的重要基地。
回顧國(guó)軒高科成為首個(gè)獲得大眾標(biāo)準(zhǔn)電芯研發(fā)合同的定點(diǎn)開(kāi)發(fā)商一事。7月12日，合肥國(guó)軒與大眾汽車(chē)（中國(guó)）達(dá)成協(xié)議，為其常規(guī)量產(chǎn)車(chē)型開(kāi)發(fā)第一代標(biāo)準(zhǔn)電芯，國(guó)軒高科成為首個(gè)獲得大眾標(biāo)準(zhǔn)電芯研發(fā)合同的定點(diǎn)開(kāi)發(fā)商。而一周之后，合肥國(guó)軒與合肥新站高新區(qū)的此次簽約，意味著距離第一代標(biāo)準(zhǔn)電芯面世又近了一步。
根據(jù)大眾汽車(chē)公布的規(guī)劃，標(biāo)準(zhǔn)電芯是一種高度兼容的電芯設(shè)計(jì)方案，將使得電池制造生產(chǎn)工藝極大簡(jiǎn)化、成本大幅降低。該方案計(jì)劃于 2023 年進(jìn)入產(chǎn)品導(dǎo)入階段，至 2030 年覆蓋大眾汽車(chē)集團(tuán)旗下 80% 的電動(dòng)車(chē)型。
展開(kāi) 產(chǎn)品技術(shù)、質(zhì)量是唯一考核標(biāo)準(zhǔn)，大眾汽車(chē)集團(tuán)規(guī)范的開(kāi)發(fā)周期下，將幫助、倒逼國(guó)軒高科動(dòng)力電池產(chǎn)品的進(jìn)一步提升，以最終實(shí)現(xiàn)1+1＞2的效果。
正是在此背景下，此次合作，國(guó)軒高科將為大眾汽車(chē)（中國(guó)）開(kāi)發(fā)第一代標(biāo)準(zhǔn)電芯，用于大眾汽車(chē)常規(guī)量產(chǎn)車(chē)型，并成為首個(gè)獲得該研發(fā)合同的定點(diǎn)開(kāi)發(fā)商。
標(biāo)準(zhǔn)電芯（圖片來(lái)源：大眾汽車(chē)集團(tuán)Power Day演講PPT）
詳細(xì)來(lái)看，大眾汽車(chē)集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)電芯為方形電芯，曾于今年的Power Day上首次亮相。該電芯制造方案，可適用于各種化學(xué)成分，并在當(dāng)下及未來(lái)都能與相應(yīng)生產(chǎn)和產(chǎn)品技術(shù)均保持高度兼容性，使綜合成本大幅降低。該方案計(jì)劃于 2023 年進(jìn)入產(chǎn)品導(dǎo)入階段，至 2030 年將覆蓋大眾汽車(chē)集團(tuán)旗下80%的電動(dòng)車(chē)型。
通過(guò)多種途徑，可將入門(mén)級(jí)車(chē)型電池成本減少50%（圖片來(lái)源：大眾汽車(chē)集團(tuán)Power Day演講PPT）
此外，國(guó)軒高科也正處在大眾汽車(chē)集團(tuán)在中國(guó)的供應(yīng)商認(rèn)證流程中，通過(guò)認(rèn)證后，未來(lái)將向本土MEB模塊化電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)品供應(yīng)電池。
合作不止于中國(guó)，海外市場(chǎng)方面，據(jù)協(xié)議，國(guó)軒高科將作為技術(shù)合作伙伴，與大眾汽車(chē)集團(tuán)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手在大眾汽車(chē)集團(tuán)薩爾茨吉特工廠優(yōu)化生產(chǎn)布局、設(shè)備部署及生產(chǎn)工藝流程，以加速實(shí)現(xiàn)電芯工業(yè)化生產(chǎn)，并開(kāi)發(fā)首個(gè)采用標(biāo)準(zhǔn)電芯、用于大眾汽車(chē)集團(tuán)常規(guī)量產(chǎn)車(chē)型的電池應(yīng)用案例。
此次與國(guó)軒高科合作的電池工廠建設(shè)及電芯開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是大眾汽車(chē)集團(tuán)電池及充電技術(shù)戰(zhàn)略的一部分。
展開(kāi) 而在動(dòng)工儀式上，大眾首次提出了標(biāo)準(zhǔn)工廠的概念，同時(shí)也展示了新一代的Unified的電芯定義，隨著中國(guó)的技術(shù)發(fā)展，歐洲電池也在快速調(diào)整自己的電芯定義理念，快速?gòu)脑械木砝@迭代到新的方式（結(jié)合軟包和方殼的特點(diǎn)），而大眾在歐洲6個(gè)電池工廠的藍(lán)圖，將由新成立的公司PowerCo負(fù)責(zé)，PowerCo還將負(fù)責(zé)整個(gè)動(dòng)力電池價(jià)值鏈的活動(dòng)，與合作伙伴一起投資逾200億歐元發(fā)展動(dòng)力電池業(yè)務(wù)領(lǐng)域，年銷(xiāo)售額將超過(guò)200億歐元。
在未來(lái)的價(jià)值點(diǎn)上，歐洲人會(huì)設(shè)置原材料碳足跡、電池回收和再利用等等壁壘，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在我們國(guó)內(nèi)占優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)上，別人的彎道超車(chē)的方法有些歐洲特色，我們需要考慮這個(gè)事情。
在電動(dòng)汽車(chē)高滲透的時(shí)代，電池是車(chē)企的命門(mén)，臥榻之側(cè)，豈容他人鼾睡。大眾的原話是：大眾的電池運(yùn)營(yíng)負(fù)責(zé)人Sebastian Wolf說(shuō)，In the case of battery cells, we are nothing more than fast followers at the moment, but if we do things right, we can be among the leaders in a number of years.
▲圖1. 大眾的標(biāo)準(zhǔn)化電池和標(biāo)準(zhǔn)化工廠
Part 1
大眾標(biāo)準(zhǔn)化電芯
和眾多看好國(guó)內(nèi)演進(jìn)路線的同志們不一樣的事，在使用圓柱、軟包和方殼的選擇之后，核心的比較，在于電芯到車(chē)上的使用狀態(tài)。隨著重量能量密度失去了補(bǔ)貼硬門(mén)檻的意義，往后的發(fā)展，就是需要從電芯成本和制造效率，到整車(chē)?yán)锩婵臻g使用電芯效率。
因此在電池日上，我們看到的還是大眾選擇了MEB 590的方殼電芯，到了這次出來(lái)，我們看到了雙端出的方殼電芯。
▲圖2. 大眾Unified 電芯轉(zhuǎn)換
下面這個(gè)圖更直接，下面這個(gè)狀態(tài)，我們可以看到演變的過(guò)程。
展開(kāi) 本案例是數(shù)模完全的355標(biāo)準(zhǔn)方形模組，內(nèi)部零件完整
零件拆解圖.pptx
電芯
在上次Power Day上，大眾其實(shí)已經(jīng)講了自己標(biāo)準(zhǔn)化電芯的規(guī)劃。這一次主要詳細(xì)闡述了它對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電芯和產(chǎn)能的規(guī)劃。標(biāo)準(zhǔn)化電芯的目標(biāo)，其實(shí)是讓大眾的電動(dòng)汽車(chē)要實(shí)現(xiàn)和內(nèi)燃機(jī)相當(dāng)?shù)睦麧?rùn)率，所以目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)成本降低50%。
圖7 說(shuō)白了就是電池也要低成本
根據(jù)大眾集團(tuán)不同品牌的定位和產(chǎn)品序列，大眾的技術(shù)路線是采用3種不同的材料體系來(lái)應(yīng)對(duì)不同的市場(chǎng)定位，分別為入門(mén)級(jí)磷酸鐵鋰、走量型的高錳、高端型的高鎳。
圖8 大眾集團(tuán)對(duì)于電池化學(xué)體系的詳細(xì)定位
大眾目前能看到的，也是跟著特斯拉的電芯技術(shù)降本路線，干法（Dry Coating）和硅負(fù)極技術(shù)。從MEB和PPE的模組的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)到SSP階段是快速轉(zhuǎn)向CTP和CTC切換。
備注：我理解CTP，如果大眾沒(méi)自己獨(dú)立的電池生產(chǎn)能力，主動(dòng)權(quán)是完全交到電池企業(yè)手里；到了CTC階段，如果再?zèng)]In-house的電芯，那真的只能從電池企業(yè)那邊采購(gòu)底盤(pán)了，那基本離車(chē)企的淪陷只有一步之遙。
圖9 大眾能展望到的技術(shù)路徑
大眾集團(tuán)在美國(guó)的QS上面可是花費(fèi)了不少的資源，所以標(biāo)準(zhǔn)電芯的演進(jìn)方向一定是包含固態(tài)電池的，這點(diǎn)是在不同場(chǎng)合反復(fù)強(qiáng)調(diào)的。
圖10 當(dāng)然大眾一定要在固態(tài)電池方面做點(diǎn)名堂出來(lái)
在這次策略會(huì)上，大眾再次強(qiáng)調(diào)了自身240GWh的規(guī)劃，為了維持股份比例，大眾繼續(xù)投資了5億歐元在瑞典的Northvolt——2023年開(kāi)始量產(chǎn)。這是大眾的Leading項(xiàng)目。而在薩爾茨吉，大眾把國(guó)軒帶到了德國(guó)作為主打，計(jì)劃從2025年開(kāi)始量產(chǎn)。
圖11 大眾電池工廠分布1
大眾確認(rèn)的第三電池工廠在西班牙，計(jì)劃產(chǎn)能40GWh，這也是大眾在北歐、西歐和南歐三個(gè)區(qū)域內(nèi)分步實(shí)施的必然落腳點(diǎn)，建立這么三個(gè)電池工廠沒(méi)有歐洲政府的支持是不可能的。
展開(kāi) 
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標(biāo)準(zhǔn)電芯的最新內(nèi)容
4.電芯、模組、電池包行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。電芯、模組、電池包行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化是第四個(gè)趨勢(shì)。
電池開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的流程及技術(shù)
電池系統(tǒng)不好做的地方，在于它的化學(xué)系統(tǒng)受環(huán)境影響很大。不管是電池還是電控，只要用到車(chē)上就要按照汽車(chē)核心零部件的要求來(lái)做。
電池系統(tǒng)集成主要走過(guò)了幾個(gè)階段：
CTM：Cell to Module，最開(kāi)始產(chǎn)業(yè)希望將電芯標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而利用規(guī)模化降低成本，但是OEM車(chē)型需求不同，電池廠家的電芯尺寸也難以統(tǒng)一，所以后來(lái)電池系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)向了模組。過(guò)去幾年電池系統(tǒng)集成化的重點(diǎn)就是不斷提升標(biāo)準(zhǔn)化電池模組的尺寸，如比較典型的是355、390、590模組。
大眾的標(biāo)準(zhǔn)化電池和標(biāo)準(zhǔn)化工廠
Part 1
大眾標(biāo)準(zhǔn)化電芯
和眾多看好國(guó)內(nèi)演進(jìn)路線的同志們不一樣的事，在使用圓柱、軟包和方殼的選擇之后，核心的比較，在于電芯到車(chē)上的使用狀態(tài)。隨著重量能量密度失去了補(bǔ)貼硬門(mén)檻的意義，往后的發(fā)展，就是需要從電芯成本和制造效率，到整車(chē)?yán)锩婵臻g使用電芯效率。
電池系統(tǒng)集成主要走過(guò)了幾個(gè)階段：
CTM：Cell to Module，
最開(kāi)始產(chǎn)業(yè)希望將電芯標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而利用規(guī)模化降低成本，但是OEM車(chē)型需求不同，電池廠家的電芯尺寸也難以統(tǒng)一，所以后來(lái)電池系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)向了模組。過(guò)去幾年電池系統(tǒng)集成化的重點(diǎn)就是不斷提升標(biāo)準(zhǔn)化電池模組的尺寸，如比較典型的是355、390、590模組。
如在原材料方面，大眾已深入布局鎳和鈷以及鋰等三元電池核心原材料；在電池開(kāi)發(fā)方面，大眾將推出一款“Unified Cell”標(biāo)準(zhǔn)化方形電芯，應(yīng)用磷酸鐵鋰、高錳、三元鋰和固態(tài)電池四種材料，按照成本和性能要求分別搭載入門(mén)、主流和高性能三種車(chē)型，預(yù)計(jì)到2030年將搭載旗下80%車(chē)型，同時(shí)到2030年歐洲要建立240GWh動(dòng)力電池生產(chǎn)基地；在回收端，大眾首個(gè)電池回收工廠薩爾茨吉特已投入使用，采用高度自動(dòng)化的機(jī)械制備和濕法冶金方式回收工藝
Part 1
Pacifica Hybrid的電池設(shè)計(jì)
這個(gè)電池系統(tǒng)總共16kWh，如下圖所示，這是LG產(chǎn)品序列下標(biāo)準(zhǔn)電芯P2.X系列，主要的用戶包括GM、Volvo、Stellantis（北美和歐洲都用）。
高合在這里采用了標(biāo)準(zhǔn)的590模組來(lái)構(gòu)建整車(chē)的設(shè)計(jì)，內(nèi)部也使用標(biāo)準(zhǔn)的電芯設(shè)計(jì)。而通過(guò)電芯間及模組本體均使用陶瓷隔熱墊，有效遏制模組間熱量傳遞。然后通過(guò)電池管理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行熱失控的預(yù)警，通過(guò)把電池BMS和云端服務(wù)器的實(shí)時(shí)互聯(lián)，提供全方位的狀態(tài)可視化。
這里有一個(gè)基本的設(shè)計(jì)理念：雖然從長(zhǎng)期來(lái)看，圓柱電池可能會(huì)形成一定的標(biāo)準(zhǔn)電芯，但是在現(xiàn)有全球汽車(chē)企業(yè)去嘗試使用的時(shí)候，允許根據(jù)車(chē)企自身的需求，讓圓柱電池可以有不同的設(shè)計(jì)方案。
備注：4680電芯標(biāo)準(zhǔn)化，其實(shí)是把主動(dòng)權(quán)掌握在汽車(chē)企業(yè)手里面，也就是說(shuō)定義的VW電芯、Volvo電芯甚至是豐田電芯，都不具備把電芯標(biāo)準(zhǔn)化的能力，也沒(méi)辦法推進(jìn)全球的電芯企業(yè)在同一個(gè)擂臺(tái)上一較高下。
●4680電池不同的技術(shù)路線
4680的需求只是約束了它體型的大小和全極耳設(shè)計(jì)方法。從目前來(lái)看，各個(gè)不同的企業(yè)都在評(píng)估不同的工藝。
所以如下圖所示，我們看到車(chē)企已經(jīng)開(kāi)始意識(shí)到建立自己所掌控的電池供應(yīng)（入股和合資兩種方式）是接下來(lái)掌控原材料的唯一方法，這已經(jīng)離開(kāi)了傳統(tǒng)采購(gòu)電池的范疇，而且還有一個(gè)因素是自己電芯標(biāo)準(zhǔn)化的訴求，也需要一個(gè)抓手。
