寶馬大圓柱電池,如何解特斯拉頭疼的量產難題?

2025年03月17日07:50:26 科技 7202

2月21日,寶馬集團發布全新一代eDrive電驅技術,首次發布了最新的電機、電控,800V高壓平台,以及大圓柱電池等等王炸技術,尤其大圓柱電池的到來,更是引發了行業的熱議。

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還記得四年前,特斯拉首次發布了大圓柱電池,在當時,被業內人士稱為足以顛覆行業的技術。

按照馬斯克的設想,大圓柱電池可以讓特斯拉電動汽車的續航里程提升16%,而生產成本降低50%。

而寶馬大圓柱電池在性能參數上,對比特斯拉可以說絲毫不輸。根據寶馬公開的資料,相較第五代電池,寶馬第六代電池的能量密度提升20%,支持寶馬新世代電動汽車續航里程增加30%,充電速度提升30%。

而且,在大圓柱電池的加持下,寶馬第六代電驅整體能效提升20%,成本更是降低40%-50%。單就數據參數來看,寶馬的大圓柱電池不比特斯拉差。

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大圓柱電池雖然被業內稱為「鋰電之光」,從特斯拉宣布推出大圓柱電池開始,不少電池廠商,以及車企爭相布局,但從結果來看,時至今日,採用這一結構的量產車型依舊是寥寥無幾。

目前,新能源汽車的動力電池按照形狀劃分可分為:方形、軟包、圓柱3類。方形為主流形態,佔到市場份額的60%左右。換言之,大圓柱電池仍然是很小眾的賽道。

那麼問題來了,既然大圓柱電池這麼好,成本更低,為什麼如今並沒有大規模量產?而寶馬又為何要押寶這一小眾的「大圓柱」電池呢?

大規模量產難題如何解?

如果一個產品本身優勢很多,而且成本又低,但又無法實現大幅普及,那麼大概率原因是出現在量產問題上了。

以特斯拉為例,雖然馬斯克2020年推出4680大圓柱電池後,直到2023年中期,大圓柱電池才開始小規模量產。

根據特斯拉公布的數據顯示,目前,特斯拉已經生產出1億顆4680電池,雖然數量看著很多,但要知道,1輛Cybertruck就需要1366顆4680電池,所以分攤下來,都不夠10萬輛Cybertruck分的。

所以,這也是為什麼到現在為止,Cybertruck僅交付不到5萬輛。

而導致大圓柱電池量產如此慢的原因,主要由於大圓柱在尺寸、材料上的變化,使其生產工藝的標準和要求更高。

比如在衝壓工藝上,與方形電池常用的鋁殼不同,46系列大圓柱電池多採用鍍鎳鋼殼保證結構強度和抗腐蝕性。鋼材的屈服強度、硬度和彈性模量都高於鋁材,也就意味著塑性差於鋁材,在同樣的拉伸衝壓加工下,達到同樣的形變需要更大的衝壓力。

更大的衝壓力容易導致模具變形,影響加工精度,且鍍鎳層較為脆弱,工藝使用不當的情況下,容易開裂降低抗腐蝕性,所以衝壓設備本身的精度對大圓柱電池的良率影響極大。

其次,就是焊接工藝的難度。雖然大圓柱電池相較過去的1860和2170減少了焊點數量,但給焊接帶來的挑戰卻一點都不少。當前大圓柱電池多採用全極耳的設計,相比傳統的單極耳、雙極耳點焊,轉變為全極耳與集流盤面焊,焊接工序更多,焊接難度更大。

另外,在生產環節,特斯拉選擇了難度極高的干法工藝,導致這一環節失效率一度高達70%-80%,傳統的濕法工藝通常只有2%。

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總之,大圓柱電芯對電池技術與生產工藝提出了更高的要求,導致其在量產效率上不僅要比方形電池低得多,在良品率上也要更低。

數據顯示,目前特斯拉4680電池的良品率已攀升至95%以上,但這一數據與2170小圓柱電池高達99%的良品率相比仍有較大差距。

而面對大圓柱電池量產難題,寶馬似乎找到了答案。根據寶馬方面的介紹,計劃於2026年實現國產化量產,勢必加速行業對大圓柱技術的規模化應用。

這就讓人不禁好奇,特斯拉都難搞定的量產難題,寶馬憑啥難搞定?

第一,本土化的供應鏈優勢。

作為少數自研自產電池與電驅技術的車企,早在2017年起,寶馬在中國本土動力電池生產與研發設施上的累計投資已超過140億元人民幣。

至此,寶馬已經在中國建立了集研發、供應鏈、動力電池及電動車生產,以及電池回收於一體的全鏈路新能源車能力體系。

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就拿生產端來說,在2020年宣布啟用圓柱電芯開始,寶馬便迅速寧德時代,億緯鋰能兩家中國電池供應商拋出了價值超過百億歐元的電芯生產需求合同,為自身在大圓柱電池量產交付打下堅實的基礎。

據悉,在寶馬瀋陽基地,寶馬大圓柱電池已於2024年底順利啟動試生產,試製電池已經交付研發開始測試與驗證工作。

在2026年新世代車型國產時,寶馬將首度實現大尺寸圓柱電芯的量產突破。

第二,強大的驗證環節。

據寶馬介紹,在德國帕爾斯多夫有一家電芯製造能力中心,其目的是為了驗證未來高性能電池工業的可行性,全面分析並深入了解電芯上游價值鏈,幫助供應商生產出符合寶馬集團規格的電池,從而進一步優化電池生產的質量、生產效率和成本。

就拿電芯製造能力中心來說,從電池單元的化學設計階段就開始進行質量控制,寶馬利用數字孿生技術,跟蹤優化電芯3000多個生產環節,確保每一個電芯都符合寶馬的高標準。

所以,到底能不能大規模量產,寶馬早就驗證過了。

第三,生產工藝上的改進。

在製造環節,寶馬是否對衝壓和焊接的難點進行改進,目前寶馬並沒有給出相關的信息。但是,在其他生產工藝方面上,寶馬則公布了很多創新設計的信息。

比如相比特斯拉的激進和的採用「干法」電極工藝,這一環節導致特斯拉失效率一度高達70%-80%,而傳統工藝只有2%。而寶馬選擇更成熟的濕法工藝,塗布速度衝到 80 米/分鐘,量產良率直接拉到 98%。

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而在電芯成組方案上,寶馬也沒有像特斯拉一樣,採用更極致特斯拉的CTC(Cell to Chassis,電芯直接到底盤)封裝設計,而是採用CTP封裝設計,取消了模組,將電池包的空間利用率提高15%-20%。

CTP技術減少了模組的生產、組裝等環節,零部件數量可減少40%左右,降低了生產複雜度和成本,預計可使電池系統成本降低10%-15%。這樣的好處是大圓柱可以靈活集成在不同車型上,且量產難度更低,而且同樣能帶來降低重心、電池重量和提高車內空間的效果。

總結而言,得益於對大圓柱電池生產工藝的改進,在加上強大的生產供應鏈支持,讓寶馬在大圓柱電池上,做到了特斯拉都做不到的大規模量產。

寶馬電動豪華的「殺手鐧

顯然,寶馬更加務實,並沒有向特斯拉一樣,採用更極致,難度更高的工藝,從而讓大圓柱電池的量產結構更加順利,並且良品率還更高。

但是,從數據來看,寶馬大圓柱電池的性能參數卻不比特斯拉差。所以,這也讓人好奇,寶馬究竟是怎麼做到的。其實,看似寶馬用了更簡單的生產工藝,但是裡面的門道卻有很多。

一,結構材料更創新。

首先,為了提升電池的能量密度,寶馬在第六代電池中增加了鎳和硅的比例,減少了50%的鈷和20%的石墨。由於鎳和硅的加入,提升了電池的能量和功率密度,使電池在提供更長續航的同時,還能在更高負載下保持更強的輸出性能。

另外,在結構方面,前面我們也提到了,寶馬並沒有採用更極致的CTC,而是CTP。雖然難度上CTP更低,可兩者的最終效果是差不多的。電池包更薄了,重量更輕了,能量密度也更高了,以此獲得更好的電池性能同時,還提高了車輛的空間和駕控性能。

總之,在材料和結構的創新之下,最終的結果是,寶馬第六代圓柱電芯相比第五代電池,能量密度提升超過20%,續航里程提升30%。

除了結構的創新,在電池管理系統方面,寶馬還打造了一套高度智能的「控制中樞」——「能量智控系統」(Energy Master)。

這套系統由寶馬自主研發,像一個小書包,位於電池包頂部,能夠全局掌管高低壓電源以及電池數據,同時對電機和整車電氣系統能量供給進行智能精準調控。

二,「諾貝爾」研發團隊的支持

寶馬在大圓柱電池上能夠對特斯拉實現追趕,也離不開強大的研發團隊支持。

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寶馬大圓柱電池技術的革命性突破離不開其電動化研發團隊的深厚實力。其中,寶馬首席電池技術科學家彼得·蘭普博士(Dr. Peter Lamp)更是榮獲了電池界的「諾貝爾獎」——美國國家先進技術電池聯盟(NAATBatt)終身成就獎。

光這一份榮譽,足以彰顯了寶馬在電動化領域的領先地位。

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事實上,寶馬的第六代電驅技術中還有不少可圈可點的技術亮點,比如:全新的勵磁同步電機和非同步電機組合,實現能量損耗減少40%,重量減輕10%;還有最新的800V平台,搭配大圓柱電池,充電速度也提高了30%。

可以預期的是,隨著寶馬第六代eDrive技術的發布,通過大圓柱電池這一殺手鐧,不僅將幫助寶馬向「電動豪華標杆」的加速轉型,同時也將幫助寶馬在鞏固在電動時代的豪華地位。

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