宝马的电动化: 2025年将EV增加至12款

新成立电池研究所,计划开展从电芯到材料的研究,以提高性能

2018/03/29

概要

2017年法兰克福车展上展出的宝马 i Vision Dynamics,EV续航里程达600km,最高时速200km/h,是特斯拉Model S的竞争车型。

 本报告将介绍于2018年2月28日~3月2日期间举行的2018年Battery Japan展上,BMW AG Battery Technology担当 荻原 秀树先生以《宝马在电动化方面的努力》为题的演讲概要。

 宝马于2013年发售EV i3,2014年发售PHV i8。2017年EV与PHV合计销售10万辆 (相当于宝马整体销量250万辆的4%),同年底累计销售20万辆。计划到2025年形成12款EV、13款PHV,合计25款新能源车 (目前的产品阵容为1款EV、8款PHV,合计9款新能源车)。

 PHV方面,目前除了专用车i8以外,还推出了7/5/3系等主要车型的PHV版本。EV方面,除了专用车i3以外,还推出MINI、X3等的EV版,计划到2025年为止一口气增至12款EV。2021年即将投放的宝马i Vision Dynamics的续航里程为600km,最高时速为200km/h,宝马iNext的续航里程为700km,预计还将配备自动驾驶功能。宝马计划在E-Mobility方面也引领高端汽车市场。

 宝马表示,驱动电池的电芯从外部采购,自主组装成模块与系统。但是,电池的性能决定了电动车的性能,因此宝马从2012年起推进电芯的研发,目前投资2亿欧元,正在建设电池研究所BMW Competence Center Battery Cell,将于2019年初竣工。该研发设施计划实现EV 600~700km、PHV 100km左右的EV续航里程。

 还计划制定2025年的电池电芯目标参数 (能量密度、成本等),填补与现状之间存在的鸿沟。还特别介绍了高镍含量的正极与高硅含量的负极的开发情况。



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宝马: 今后的重要技术领域

未来引领行业的重要技术领域 (资料: 宝马)

 宝马在2016年迎来成立100周年。宝马确定了对未来100年的重要技术领域,其中在
<Sustainable Powertrains(可持续发展的动力总成)>方面提出,

  • Efficient Dynamics Next(强化现有动力总成)
  • E-Mobility(EV、PHV)
  • Hydrogen(FCV)

在<Digitalization>方面提出,

  • Connectivity(与互联网的连接)
  • Autonomous Driving(自动驾驶)
  • Artificial Intelligence(人工智能)
  • Industry 4.0(制造部门的数字化)

本演讲对上述E-mobility (EV与PHV) 计划进行了说明。



各国/地区的的环境法规、以及决定E-Mobility产品组合的因素

 今后E-Mobility将扩大其规模的因素包括CO2、污染物质排放量的限制等。内容将随着国家和地区而呈现多样化,宝马需要灵活应对。

 美国由于汽油价格低廉,所以大型车大行其道,随着加州等地区加强ZEV法规,预计EV、PHV将扩大规模。欧洲方面,挪威的电动车比重高达40%,而德国的电动车比重较低,各国呈现多样化。中国包括NEV相关法规、车牌的限拍等政策方面的影响较大。在其他地区,EV的基础设施迟迟未能得到完善,消费者的消费倾向也存在差异。

 E-Mobility的产品组合大致需要考虑四个方面:1)市场及消费者的消费趋势、竞争公司的趋势;2)品牌价值:宝马的宣传口号“Joy of Driving (驾驶之悦)”也将体现在EV、PHV产品中;3)法规、以及由此对销量的预测;4)利润率:目前也有一些整车厂以亏损为前提在销售EV,但是如果无法保证利润率,就无法持续地开展业务,因此这是必要的前提。

全球各国市场对电动车的不同要求 决定E-Mobility产品组合的因素

资料:宝马



宝马在电动化方面的努力

 宝马于2008年启动MINI E的路试,推动电动化发展。目前宝马正在销售EV与PHV。

 PHV方面,2014年发售专用车i8,还从2016年起为宝马的主要车型—7/5/3系等推出名为“iPerformance”的PHV版本。2017年还为Mini推出PHV (MINI Cooper SE Countryman ALL4) 版本。

 EV方面,2013年发售专用车i3。与PHV一样,计划为宝马的主要车型推出EV版本。

 宝马还曾销售HV,但2017年结束了ActiveHybrid 5的销售后,HV产品彻底从市场上消失。宝马近期宣布,2025年将为所有内燃发动机车配套48V轻度HV系统,但本次演讲中未对此予以置评。



2017年销售10万辆EV与PHV,累计销售20万辆

 通过在电动车方面的积累,截至2017年底,宝马的电动车 (EV与PHV) 销量已累计达成20万辆。2017年销售约10万辆,其中i3销售25,000辆,PHV销售75,000辆。10万辆相当于宝马2017年全球250万辆销量的4%。

宝马在电动化方面的努力 电动化技术路线图 2017年达成10万辆电动车销量

资料:宝马

到2025年形成12款EV、13款PHV

 宝马计划到2025年形成12款EV、13款PHV的产品阵容。EV目前只有i3这一款,宝马计划一口气扩大其阵容。近2~3年内将投放以下新车型。宝马计划在E-Mobility方面也引领高端车市场。
PHV:

  • 宝马 i8 Roadster: 搭载1.5L 3缸发动机与105kW电机,EV续航里程为33英里,百公里加速4.6秒。2018年中期上市。在美国市场的基础售价为163,300美元,是宝马在美国销售的车型中价格最高的一款车型。

EV:

  • MINI BEV: 2017年法兰克福车展上展出揭示未来都市个人移动的MINI Electric Concept,2019年开始量产。
  • 宝马 X3 BEV: 为宝马的主要车型推出EV版本的一环。预计2020年前后上市。
  • 宝马 i Vision Dynamics: 融合了电动技术与宝马固有的价值 (动态与优雅),是特斯拉Model S的竞争车型,有报道称,该EV定位为宝马i的第3个品牌“i5”。续航里程600km,最高时速200km/h。预计2021年上市。
  • 宝马 iNEXT: 揭示未来宝马车发展方向的创新车型。是略大于X5的SUV,具备完全自动驾驶功能。可搭载多个尺寸的电池与电机,最大续航里程700km。2018年将发布概念车,预计2021年投放市场。


开发内燃发动机车、EV、PHV可共享的平台

 宝马预测,2025年全球销量的20%左右将是电动车(EV与PHV),但由于市场前景难以预料,因此将范围放宽到15~25%。还表示,其中EV与PHV的比例无法预测。

 因此,宝马计划为2021年起上市的车型开发内燃发动机车、EV、PHV可共享的平台。该平台将具有灵活的结构,适用前轮驱动、后轮驱动、四轮驱动。生产体系也将更灵活,将构建能灵活扩大和缩小生产规模的体系。

灵活是E-Mobility成功的关键 将构建适用于所有动力总成的平台

资料:宝马



将自产、共享E-Mobility系统核心零部件,提升效率

 宝马将尽可能自产核心零部件,引进最新技术的同时,努力降低成本。电机将自主开发和生产。逆变器将自主开发,并外包生产。

 锂离子电池方面,电芯仍将对外采购,但模块与系统的组装将在宝马全工序自动化 (为提高质量) 的生产线上进行。此外,由于在车辆的产地进行生产效率更高,因此除了德国以外,还在美国与中国进行系统的组装。据悉,未来还将推进模块组装、电芯制造、供应商的本土化。

 此外,目前宝马共有9款基本电动车型,而电动动力总成种类多样,充电器等电源电子件有4种型号,电机有3种,电池有6种。宝马计划今后共享这些重要零部件,推进效率提升。



宝马: 研究电池电芯、材料,计划提升性能

 宝马目前从供应商采购电池电芯,2012年前后开始,将研发范围从电芯扩大至材料层面。理由是,即使没有开展自产,如果不亲自参与开发,就无法与供应商平等地开展技术方面的对话,也无法设想未来的技术发展愿景。

 考量电芯整体价值链的同时开展研发,计划在四个方面开展优化:1)原材料的环境与社会标准;2)适合宝马车的电芯设计与生产;3)再利用:考虑打造能轻松地从车辆中取出电池模块的构造、以及能轻松地从模块中取出电芯的构造,还在宝马公司内部再利用;4)确保能轻松回收的构造以及回收的能力 (参看下左图)。

 目前,宝马投资2亿欧元,正在建设电池研究所—BMW Competence Center Battery Cell,2019年初就将启动业务。人员配置方面,将从目前的50名到不久的将来增至200名。决定电动车性能的是电池的性能,宝马计划实现EV 600~700km、PHV 100km左右的EV续航里程。宝马还将制定电池组的功率、能量密度、电池寿命、成本、安全性等参数的2025年目标,研究如何填补与现状之间的鸿沟。关键在于,如何在保证安全性的同时,提高能量密度 (参看下右图)。

考虑到电芯的整体价值链,计划建立良性循环 制定2025年的电芯目标参数,填补与现状之间的鸿沟,右侧的圆形图表中的蓝线是2025年的目标参数

资料:宝马



电池的开发:计划开发高镍含量正极、使用硅的负极

 追求提高能量密度分4个阶段:1)电池组的设计;2)电芯的设计;3)电极的设计;4)材料,越是追溯到上流(材料),提升能量密度的可能性约大 (参考下左图)。

 正极方面,通过提高镍的含有率,提高能量密度。但是,提高镍含量的同时,还需要提高稳定性,应对的技术包括采用某种涂层等,目前针对在量产阶段确保成本与质量正开展研究 (参考下中图)。

 据悉,负极目前采用的电极包含石墨(graphite),硅(SiOx、Si-C),是下一代锂离子电池的最佳方案。硅的膨胀与缩小是技术难关,目前正在研究硅含量在30~50%左右的负极 (参考下右图)。

 快速充电方面,长时间的连接会损伤电池,因此目前正在研究冷却电池温度等方法。

 荻原先生还介绍了近期的2项创新。2项都在实验室阶段取得了较好的成果,今后将在EV实际配套的电池上开展试验,还计划为实车配套。

 第1项是与EC Power公司合作,利用该公司的“All-Climate Battery”技术,为低温的电芯加热。EC Power开发出电池自身发热的技术,通过改变电芯的内部结构,无需外部热源。能在寒冷地区的EV使用方面发挥作用。

 第2项是与SILA Nanotechnologies公司合作,在负极上使用膨胀、缩小程度较少的硅,提高能量密度。无需对现有的生产设备进行改造,就可引进SILA公司的技术。

 宝马计划进一步实施类似的创新,实现超越现有电池的性能。

提高能量密度方面,从材料层面进行改善的效果是十分显著的,NCM111/C是i3配套的电池,右侧则是测试中候选的改善对策 正极:提高镍含量的同时提高稳定性;左图是改善对策“NMC622”在测试中产生了问题 负极:试验含有30~50%硅的负极材料

资料:宝马

 演讲的最后,荻原先生还谈到了降低成本。E-drive system (由电池、电机、减速器、逆变器等构成的驱动系统) 的成本结构中,77%是电池,电池中,81%是电芯,而其中79%是材料费,占到了E-drive system整体的49%。荻原先生强调,降低材料费的成本是最关键的命题。



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关键词
宝马、电动车、i3、i8、iPerformance、i Vision Dynamics、iNext

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