Uwe WIEDEMANN：以安全和經(jīng)濟(jì)適用為目標(biāo)的電池組優(yōu)化研發(fā)——以特斯拉的S型及雷諾的ZOE型為例
圖為AVL公司Uwe WIEDEMANN博士
Uwe WIEDEMANN：今天我要討論一下安全和成本最優(yōu)化的一個(gè)電池包和電池組的發(fā)展方向。
我想我們今天已經(jīng)談了很多安全的問題，大家都關(guān)注安全，但是沒有人愿意為了安全而買單，這個(gè)是一個(gè)內(nèi)在的矛盾。
我先介紹一下我們的AVL公司，是世界上行業(yè)領(lǐng)域最大的，我們差不多有1萬人的電池業(yè)務(wù)單元的工作人員。我們可以看到如圖所示的一個(gè)動(dòng)力傳送組織，在我們的電池方面基本上擁有所有的相應(yīng)的板塊去發(fā)展它的業(yè)務(wù)和技術(shù)。
當(dāng)然，您需要的應(yīng)該是一個(gè)全面的工具鏈，我們可以提供這一系列的相應(yīng)的監(jiān)測(cè)，擁有相應(yīng)的方法論，相應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)的方法，還有相應(yīng)的工具去幫助我們?nèi)ヲ?yàn)證和開發(fā)一些相應(yīng)的技術(shù)。
我們不斷發(fā)展研發(fā)的動(dòng)力是什么？特別是這個(gè)成本優(yōu)化方面，大家都知道，我們的銷售成本在逐漸下降，這是一張統(tǒng)計(jì)圖表，從2010年到2015年，我們來看整體的成本是一直在不斷下降的。2013年基本上每一度相當(dāng)于是4000人民幣。實(shí)際上，我們看到的價(jià)格是處在這個(gè)空間的。
銷售成本下降的非常快速，比大家所預(yù)計(jì)的速度還要快。也就是說，我們的制造成本、電池包的成本也必須快速的下降，才能跟得上我們的盈利能力。
我們來看一下純電動(dòng)汽車行業(yè)，當(dāng)達(dá)到損益平衡的時(shí)候，這一點(diǎn)我們就開始要看到一個(gè)千瓦時(shí)的一個(gè)價(jià)格的下降。
我們每一度的這個(gè)價(jià)格在200到300美元，我們的整體價(jià)格都需要繼續(xù)下降。大家都會(huì)覺得，內(nèi)燃機(jī)將會(huì)被EV取代。我們還要看一下一些重要的因素，比如說安全性、投放市場(chǎng)的時(shí)間、能源密度、熱性能、電氣性能。他們實(shí)際上也有互相沖突的地方。我們要做一些基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，要做一些研究和分析。
今天我們可以看到，有一些領(lǐng)域，像這個(gè)特斯拉公司還有雷諾ZOE這兩家公司的產(chǎn)品進(jìn)行了比較，它們都是電動(dòng)車，它們也實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。但是它們使用了完全不一樣的方法去做量產(chǎn)的工作。
我們現(xiàn)在有不同的目標(biāo)，這些目標(biāo)又是在自相矛盾的，我們?cè)趺礃涌梢詽M足這種目標(biāo)呢？我們提到了單個(gè)電池的隔緣，但是這些成本都比較高，很多客戶都不愿意為這些高的成本買單，我們沒有足夠的空間去做絕緣的工作，我們需要單個(gè)電池里面有更多的電片。
特斯拉公司也有自己不喜歡的地方，我要有高的電氣包括性能，我們的車要有很高的性能，這是我們品牌的重點(diǎn)。所以，你要了解客戶的標(biāo)準(zhǔn)。有的時(shí)候你會(huì)在安全性上要做一些妥協(xié)，但是性能要得到提高。我們背后有不同的衡量指標(biāo)，一個(gè)目標(biāo)如何去影響其他的發(fā)展目標(biāo)？比如說耐用性，或者是熱性能、能量的密度也會(huì)受到影響。各個(gè)因素之間是有一種互相影響的關(guān)系。我們成本的這些目標(biāo)可能很難實(shí)現(xiàn)，我們要有更好的部件、更好的材料，你要提升性能，又不增加成本，所以有的時(shí)候是有一些自相矛盾的情況。每一個(gè)目標(biāo)，如果是說要是改變，也會(huì)影響其他目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。所以說這幾個(gè)目標(biāo)不是獨(dú)立的。
有一些目標(biāo)實(shí)際上也可以幫助其他的目標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)，比如說更加好的熱性能會(huì)讓你延長壽命，如果是有很好的冷卻系統(tǒng)，也可以減緩這種老化現(xiàn)象的發(fā)生。
溫度的話，我們看到對(duì)于這個(gè)電池的老化有很大的影響，如果有比較好的制冷系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的話，就可以防止或者是減緩這種老化的現(xiàn)象。
要怎么樣去防止老化或者是減緩老化，也有其他的因素可以幫你們?nèi)?shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，但是有的時(shí)候也會(huì)增加成本。所以做材料開發(fā)的時(shí)候要做好熱性能的感覺，還要實(shí)現(xiàn)其他的目標(biāo)。
有不同的被動(dòng)制冷，還有開環(huán)制冷，還有封閉的空氣制冷、水制冷，直接的冷凍制冷。不同的制冷方案的成本也是不一樣的。
雷諾ZOE對(duì)性能的要求不是很高，所以，它們可以用更加便宜的制冷系統(tǒng)。每一個(gè)廠家的要求是不一樣的，所以成本也不一樣，可能選擇也會(huì)不一樣。
我們看看這個(gè)安全性，也是非常重要的一個(gè)指標(biāo)，開始的時(shí)候我們要看看怎么樣能夠減低這個(gè)電池組的成本。
每一項(xiàng)要求都要仔細(xì)看，從一開始的時(shí)候要做好結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后你就可以減低成本了。出了問題之后，測(cè)試沒有通過之后才去做調(diào)整，這個(gè)時(shí)候是更加昂貴的，你可能要完全放棄一些原理研發(fā)的一些部件。一開始要做好這種早期的研究工作，還有一些測(cè)試的工作。
我們做了一些模擬的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試。我們看看這個(gè)模組，有一塊模組有這種生動(dòng)的績效，這種情況是不可以被接受的。如果是說用一些高強(qiáng)度的材料的話，是會(huì)有一些額外成本的。在這里的話，如果增加一些額外的一些部件，是可以解決這種崩潰或者是松動(dòng)的情況。
做設(shè)計(jì)的時(shí)候要優(yōu)化，你不想用過多的材料，材料用的過，成本就更高，空間的使用也要達(dá)到優(yōu)化才可以。
在撞擊的時(shí)候如果出現(xiàn)了這種故障的情況，你要預(yù)計(jì)到你的產(chǎn)品是否能夠應(yīng)對(duì)這種情況。
我們看看不同的公司他的電池設(shè)計(jì)的要求也是不一樣的。我們舉兩個(gè)例子，雷諾ZOE是不希望有這種擠出的現(xiàn)象的（在碰擊的時(shí)候）。在這方面它的這個(gè)電池是不受影響的，它的這個(gè)包裝的方法也是完全不一樣的。在電池組里面沒有采取一些防止熱傳遞的措施。我們看看特斯拉的電池組，我們看看它的電池組和汽車之間的這種和諧做的是比較好的，他們已經(jīng)使用了一些毛博士描述的一些措施去處理這些熱失控的現(xiàn)象。
在這里我們可以看到，有這種熱隔緣的措施，用的材料也非常好，是來自瑞士一些供應(yīng)商的材料，我們也用了我們自己的一些設(shè)計(jì)。它的熱設(shè)計(jì)是非常好的。里面又有一些絕緣的措施。一邊達(dá)到500度，10分鐘都不會(huì)有問題，另外一邊熱失控的溫度可能是100度左右。如果這個(gè)電池之間的間距比較好的話，還有一些額外隔緣的措施的話，這個(gè)汽車至少在10分鐘之內(nèi)是安全的，就是給開車的人有充足的時(shí)間逃離的。雷諾是不允許有這種事情發(fā)生的，所以他用的方法也會(huì)不一樣，側(cè)重點(diǎn)也會(huì)不一樣。
如果充電的功率提升的話，這ZOE的做法，那邊是特斯拉的一些做法。
在這邊這個(gè)部件的大小是更大的，這個(gè)大小可能會(huì)增加30%，如果是用一些比較大的車的話，除此之外還有包裝的空間，不同的包裝它里面的空間是不一樣的。我們還要看這個(gè)冷卻的情況。
這些電氣的一些部件都要進(jìn)行冷卻，如果這個(gè)溫度比較高的話，你就要用很好的冷卻系統(tǒng)才可以防止老化或者是防止這些電氣部件出現(xiàn)問題。
到比較高壓的水平的時(shí)候，我們也看一下800伏的情況，將會(huì)是未來一些高壓電池新的標(biāo)準(zhǔn)，我覺得也有這個(gè)潛力，我們也看一些相關(guān)的技術(shù)或者是相關(guān)的一些部件，我覺得在2020年之前會(huì)有新的這種產(chǎn)能出現(xiàn)。
有一些OEM已經(jīng)宣布他們以后將會(huì)生產(chǎn)800伏這些規(guī)格的一些產(chǎn)品，包括像比亞迪這些公司，這樣我們就可以節(jié)省很多的重量，或者是空間。
比亞迪昨天也談到了他們的一些工程的做法，我覺得是非常重要的。首先，在開發(fā)的時(shí)候我們獲得了很多的信息，很難去面面俱到，比如說測(cè)試、結(jié)果，各種信息都很多。
我們有我們自己開發(fā)的過程和流程。首先我們要了解客戶的要求，了解各方面的限制性，我們會(huì)生成一個(gè)數(shù)據(jù)庫。我們有全電池的模型，我們看看不同的部件的要求，還有它的性能的要求是什么。在這里我們都會(huì)有紀(jì)錄。
這是我們開發(fā)工程師信息的來源，他們是使用同一數(shù)據(jù)庫，同樣的信息、同樣的數(shù)據(jù)。比如說做部件開發(fā)的，或者是做模擬的，他們使用的數(shù)據(jù)都是一樣的，或者是做測(cè)試的，做驗(yàn)證的技術(shù)人員，他們都是用同一數(shù)據(jù)庫的。這樣就可以確保我們?cè)陂_發(fā)的時(shí)候有一致性了，可以保證一個(gè)比較高的質(zhì)量了。
我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整合，然后跟客戶不停地溝通，看看我們所做的事情是否能夠滿足他們的預(yù)期。我們確認(rèn)之后，我們會(huì)做各種模擬，我們會(huì)用工具去做一些模擬的測(cè)試。我們也會(huì)看看這個(gè)開發(fā)是否會(huì)滿足客戶的要求，然后還會(huì)做進(jìn)一步的測(cè)試。這個(gè)測(cè)試的結(jié)果我們會(huì)檢查是否滿足我們最早期的一些預(yù)期，如果滿足了這些要求的話，我們會(huì)把這些信息在這個(gè)系統(tǒng)里面進(jìn)行一些整合，然后我們最終會(huì)走向一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)階段。
這種特性的工程是非常重要的，很多的OEEM他們出售一些有專門特性的產(chǎn)品，包括電池系統(tǒng)，比如說我們的電池系統(tǒng)有什么樣的特性，或者是屬性。所以說這種特性、屬性的工程設(shè)計(jì)是非常好的，比如說安全性、成本，各個(gè)因素都是我們需要考慮的因素。
有一些車廠，比如說沃爾沃，它的安全性很好，特斯拉的性能很好，每一個(gè)公司都會(huì)有的賣點(diǎn)，他們用自己的賣點(diǎn)去銷售更多的車輛。
我們現(xiàn)在以模型為基礎(chǔ)的這種電池開發(fā)，我們可以有一個(gè)數(shù)據(jù)庫，我們這個(gè)模擬測(cè)試都是使用這些數(shù)據(jù)的，我們看這個(gè)冷卻系統(tǒng)是否有效，然后我們會(huì)看一些相關(guān)的參數(shù)來做一些模擬的測(cè)試，然后給客戶反饋，給他們提供一個(gè)模型，讓他們看一下。所有這些過程都是自動(dòng)化的過程。
我們來看看成本優(yōu)化，我們?cè)谫u汽車的時(shí)候大家都說，我賣汽車可以賣3、4萬人民幣，或者是10萬以內(nèi)都可以解決。
大家是自上至下的一種方法，這是我想要賣的汽車，我可以賺多少錢。我們需要自下而上的一種方法，每一個(gè)元件的供應(yīng)商都會(huì)說，我需要多少錢的成本才可以幫你制造出這樣一個(gè)元件。所以，每一個(gè)開發(fā)的生產(chǎn)就存在著一種矛盾。這中間存在的一個(gè)價(jià)格期望值差怎么樣可以去減少？所以就會(huì)去到每一個(gè)具體部件進(jìn)行分析，這也是我們的一種方法，在特斯拉上，我們就幫他們做一系列的材料，我們要看生產(chǎn)的流程，還有計(jì)算成本、改善數(shù)據(jù)庫，真正幫助他們?nèi)サ矫恳粋€(gè)具體細(xì)節(jié)元件的成本，然后去幫他們找進(jìn)一步節(jié)省的空間，然后整體節(jié)省它的生產(chǎn)成本。
我們可以看到我們兩種車輛他們開發(fā)的目標(biāo)是完全不同的。比如說能量密度，特斯拉的能量密度是最大的，基本上比平均的市場(chǎng)水平要高很多，他們也接受一些新的標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在很多新開發(fā)的汽車都是80、90、1000千瓦時(shí)，其他的車輛就不需要這么高的標(biāo)準(zhǔn)了，這里是關(guān)于安全的要求又不一樣了。雷諾對(duì)于安全性的要求就會(huì)非常的高。因此，它們做的撞擊測(cè)試就會(huì)花費(fèi)更多的成本。特斯拉他們關(guān)注的更多的是車輛的能量密度。
我們?nèi)タ凑w成本的分布，其實(shí)電池系統(tǒng)的成本占比比較容易下降、降低。只占到他們銷售成本的1/3。我們可以看到，其實(shí)這一塊的成本分布是可以很好的得到修整的，從而來降低每一塊的成本。雷諾和特斯拉他們因?yàn)椴煌年P(guān)注焦點(diǎn)，因此會(huì)去調(diào)整它的成本分布占比。
現(xiàn)在我來總結(jié)一下，重點(diǎn)信息就是要識(shí)別出整個(gè)開發(fā)環(huán)節(jié)當(dāng)中早期去識(shí)別出一個(gè)同質(zhì)化的目標(biāo)，以及爭論的焦點(diǎn)和矛盾焦點(diǎn)在哪里的問題。
我們重點(diǎn)的要求目標(biāo)應(yīng)該是要減少它的價(jià)格影響，如果你能夠找到客戶的關(guān)注焦點(diǎn)，在這一塊去做成本優(yōu)化，這樣就會(huì)具有更強(qiáng)的針對(duì)性。
在這一塊我們也可以看到，和客戶去保持緊密的討論，去證明他的車輛在目標(biāo)市場(chǎng)上去銷售時(shí)候的一個(gè)整體銷售目標(biāo)。
接下來是基于我們的一個(gè)模型整個(gè)開發(fā)的一個(gè)模式，去優(yōu)化它的開發(fā)，無論是研發(fā)還是生產(chǎn)制造階段的成本都去進(jìn)一步的降低。
接下來我們會(huì)做一個(gè)叫做直接與客戶對(duì)話的供應(yīng)鏈條的一個(gè)關(guān)系。如果說客戶對(duì)于成本有一些基本的要求，基本上在非常快速的時(shí)間就可以反饋給客戶，如果客戶想要改變A性質(zhì)，我們改變這個(gè)A性質(zhì)就需要花15歐元，你是否可以接受這個(gè)鏈條，這樣就可以幫我們節(jié)省時(shí)間和成本了。
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