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电池军备竞赛!电动汽车时代提前到来

2022-06-23   点击量:24

电池价格下降的速度比预期快。分析师们正在调整电动汽车何时不要政府奖励就能比汽油车型便宜的预测。


制造更高效的电池是降低电动汽车价格的关键。在德国卡尔斯鲁厄理工学院(KarlsruheInstituteofTechnology),正在开发一种原型,可以制造定制的电池部件。


FRANKFURT——一辆电动大众ID.3,价格和高尔夫相同。一辆特斯拉Model3,价格与宝马3系相当。一辆雷诺Zoe电动超小型车,其每月的租赁费用可能相当于在巴黎吃一顿丰盛的双人晚餐。


当欧洲的汽车销售因疫情而崩溃时,有一类汽车却迅速上升:电动汽车。其中一个原因是,在欧洲其购买价格正诱人地接近汽油或柴油发动机汽车的价格。


目前,这种近乎平价的价格只有在政府补贴的情况下才有可能实现,各个国家情况不同,普遍政府补贴可以从最终价格中减少至少1万多美元。汽车制造商正在供应电动汽车的优惠,以满足欧盟更严格的二氧化碳排放法规。在德国,一辆电动雷诺Zoe可以以每月139欧元或164美元的价格租赁。


电动汽车在美国还没有那么流行,重要是因为政府的激励措施不那么慷慨。在美国,电池动力汽车约占新车销量的2%,而在欧洲,市场份额接近5%。据柏林的独立分析师MatthiasSchmidt称,包括混合动力车在内,欧洲的份额上升到近9%。


随着电动汽车越来越成为主流,汽车行业正在迅速接近临界点,届时,即使没有补贴,拥有一辆插电式汽车也将与燃烧化石燃料的汽车相同便宜,甚至可能更便宜。最先实现价格平价的汽车制造商可能会在该领域占据主导地位。


加州特斯拉设计中心的充电器。欧盟有近20万个充电器。美国只有不到一半的数量。引自纽约时报的PhilipCheun


几年前,业内专家预计2025年将是转折点。但技术的发展速度比预期的要快,可能即将迎来一个量级的飞跃。埃隆-马斯克预计将在本周二(本文发表于2020年九月二十日)特斯拉的"电池日"活动上宣布一项突破,让电动汽车在不新增重量的情况下续航显著新增。


汽车行业的动力平衡可能取决于哪家汽车制造商、电器公司或初创公司成功地将每磅电池中的最大功率压榨出来,即所谓的能量密度。高能量密度的电池本身就比较便宜,因为它要更少的原材料和更轻的重量来供应相同的续航里程。


能源咨询公司WoodMackenzie的高级研究分析师MilanThakore说:"我们看到能源密度的上升速度比以往任何时候都要快。"该公司最近将其对临界点的预测提前了一年,至2024年。


一些行业专家更是看好。具有全球野心的我国电动汽车制造商NIO在德国的总经理(zhanghui)张晖表示,他认为2023年可以实现平价。


密切关注该行业的卡内基梅隆大学副教授VenkatViswanathan更为谨慎。但他说:"我们已经在一个不断加速的时间线上。假如你在2010年问任何人,我们是否会在2025年实现价格平价,他们会说这是不可能的。"


这种过渡可能有关不同的细分市场到来的时间节点不同。高端电动汽车已经非常接近平价。特斯拉Model3和汽油动力的宝马3系在美国的售价都在4.1万美元左右。


特斯拉甚至可能比宝马更便宜,因为它从来不要更换机油或新的火花塞,而且每英里的电费比汽油更便宜。客户选择哪款车更多的是一个喜好问题,尤其是车主是否愿意用加油站的便利性来换取要更多时间的充电点。(另一方面,车主也可以在家里给特斯拉充电)。


消费者往往会关注贴牌价格,没有补贴的电动汽车要想和经济车型相同以较低的价格从经销商手中开走,还要较长时间。


打造更好电池的竞赛


电动汽车行业的圣杯一直是将电池组——储存能量的可充电系统——的成本推到每千瓦时100美元以下,这是衡量电池功率的标准标准。在这一点上,用电推动车辆的成本将与用汽油相同便宜。


目前电池组的成本约为每千瓦时150至200美元,这取决于技术。这意味着一个电池组的成本约为2万美元。但根据美国能源部的数据,自2008年以来,价格已经下降了80%。


所有的电动汽车都使用锂离子电池,但这种基本的化学成分有很多变化,激烈的竞争是为了找到以最小的重量存储最大的功率的材料组合。


有关传统车企来说,这都是非常可怕的。内燃机几十年来没有发生根本性的变化,但电池技术依然大有可为。甚至还有地缘政治的影响。我国正在向电池研究投入资源,将向电动化的转变视为NIO等公司打入欧洲市场和有朝一日打入美国市场的机会。在不到十年的时间里,我国电池制造商CATL已经成为世界上最大的制造商之一。


卡尔斯鲁厄研究所的原型电池生产设备。巨大的投资导致了能量密度的巨大进步-每磅电池可以供应的功率,一位专家说。引自纽约时报的Felix


大家都在试图追赶特斯拉


这家加州公司自2008年以来一直在销售电动汽车,并可以利用多年的数据来计算它可以安全地将电池的性能推向多远,而不会导致过热或过度磨损。这些知识让特斯拉能够供应比竞争对手更好的续航里程,因为竞争对手必须更加小心。根据凯利蓝皮书的数据,特斯拉的四款车型是唯一一款广泛上市的电动汽车,充电后可以行驶300多英里。周二,根据瑞士银行UBS的分析师的说法,马斯克先生可能会推出一项技术,以更低的成本每磅新增50%的存储量。假如是这样,竞争对手可能会在后视镜中被甩的更远。


PeterCarlsson说:"传统汽车行业仍然落后。"PeterCarlsson是特斯拉早期供应商网络的负责人,现在是Northvolt的首席执行官,这家新的瑞典公司正为大众和宝马生产电池。


"但是,"Carlsson先生说,"有大量的资源投入到击败特斯拉的竞赛中。不是所有的汽车制造商,一些大的骑车制造商会追赶上来。"引自纽约时报的FelixOdell。


传统汽车制造商防止被遗忘的最大希望是利用他们在供应链和大规模生产方面的专长,生产出数以百万计的经济型电动汽车。


对传统汽车制造商生存能力的一个关键考验将是大众汽车新推出的电池驱动的ID.3,补贴后的起价将低于3万欧元,即3.5万美元,目前已抵达欧洲经销商处。通过利用其全球制造和销售网络,大众汽车希望在几年内销售数百万辆电动汽车。它计划明年开始在美国销售电动运动型多用途车ID.4。(ID是"智能设计"的缩写)。


但这有一个陡峭的学习曲线。


"从亨利-福特开始,我们就一直在大规模生产内燃机汽车。有关电池汽车来说,我们没有这个条件。这是一项非常新的技术,"德国西南部卡尔斯鲁厄理工学院教授JürgenFleischer说,他的研究重点是电池制造。"问题将是我们能以多快的速度度过这条学习曲线?"


这不仅仅是电池的问题


彼得-罗林森(PeterRawlinson)曾领导特斯拉ModelS的设计,现在是电动汽车初创公司Lucid的首席执行官,他喜欢拖着一个装有该公司超小型驱动单元的滚动手提袋出现在活动现场,让观众大开眼界。罗林森先生说,电动马达、变速箱和差速器合二为一,该装置节省了空间,加上其他数百项减重调整,将使该公司九月九日推出的LucidAir豪华车充电后可行驶400多英里。


他的观点是,设计者应该关注空气动力学阻力和重量等问题,以防止首先要大型、昂贵的电池。"有一种近视,"Rawlinson先生说。"每个人都在谈论电池。这是整个系统。"


每个角落都有充电器会好很多


当JanaHffner在2013年购买了一辆电动雷诺Zoe时,在斯图加特的家以外的任何地方开车都是一种冒险。充电站很少,而且不一定能用。Hffner女士开着她的Zoe去了挪威或西西里岛等地,就是想看看她是否能在不要叫拖车的情况下行驶。


Hffner女士在巴登-符腾堡州从事在线通信工作,她后来换了一辆特斯拉Model3,该车配备了软件,可以引导她到公司自己的充电器网络,可以在半小时内将电池充满80%的电量。当她回忆起在电动汽车石器时代充电有多难时,听起来几乎是怀旧的。


"现在,这很无聊,"霍夫纳女士说。"你说你想去哪里,其余的事情由汽车来处理。"


根据一个倡导组织Transport&Environment的数据,欧盟拥有近20万个充电器,远远低于电动汽车普及后所需的300万个。美国仍然远远落后,数量不到欧洲的一半。


但欧洲的网络已经足够密集,拥有电动汽车并为其充电"不成问题",Hffner女士说,她不能在家里充电,要依靠公共基础设施。


价格和基础设施密切相关。至少在理论上,假如附近有地方可以快速充电,人们就不要大而贵的电池了。充电时间也在快速下降)。


Lucid的第一款车是一款豪华车,但Rawlinson先生表示,他的梦想是打造一款中产阶级可以实现的电动汽车。在他看来,这意味着一辆轻量级汽车能够在两次充电之间行驶150英里。


“我想制造一辆2.5万美元的汽车,”罗林森先生说。“这才是改变世界的原因。”

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钜大特种电池工程研究院

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