【心理小測試】電動汽車時代大眾的戰略

2018-10-21 00:00  閱讀 495 views 次 評論 0 條

心理小測試】電動汽車時代大眾的戰略

8月20日遼陽一輛電動汽車著火,8月23日聊城發生電動火車著火事件,8月25日成都威馬汽車起火,8月26日安徽銅陵一輛安凱電動客車著火……2018年5月到8月,公開報道的電動汽車事故多達16起,其中事故原因判斷為“充電自燃”就有9起,其他事故原因包括電池故障、電器元件短路、停放中自燃等等。新能源汽車進入發展高速期,技術突破和安全性上的挑戰隨之而來。

新能源汽車主是指采用非常規的車用燃料作為動力來源的汽車,目前市面上最常見的是純電動汽車和混合動力汽車。與普通汽車需要內燃機一樣,電動汽車需要動力電池提供前進的能量,目前動力電池中最主要的類型是鋰離子蓄電池。

“遵循科學規律,不要盲目”、“先把安全可靠的技術發展起來”,在10月17日至18日 北京舉行的“中國宜春·2018全球鋰電產業鏈高峰論壇”上,來自學界業界的人士,紛紛就鋰電池發展安全性的問題,如是呼吁。

鋰離子電池(Li-ion Battery)由鋰電池(Lithium Battery)發展而來。鋰電池在人們的生活中由來已久,比如紐扣電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負極是金屬鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不再充電。鋰電池一般禁止充電,因為其充電放電過程中容易形成鋰枝晶,造成電池內部短路。

1992年,日本索尼公司發明了以炭材料為負極,以含鋰化合物作正極的電池,在充放電過程中,只有鋰離子,沒有金屬鋰存在,也就是現在的鋰離子電池。此后,日本索尼能源開發公司和加拿大Moli能源公司分別研制成功了新型的鋰離子蓄電池(以下簡稱“鋰電池”)。目前鋰電池已廣泛用于各類手持式電子產品和電動汽車上。

對于鋰電池來說,性能好壞表現在兩個指標上:一個是充放電倍率,代表了電池的充電速度;一個是能量密度,決定了一輛車能續航多少公里。然而,對這兩項指標的盲目追求,很大程度上犧牲的是安全系數。

“快速充電技術目前還沒有出路”

“這些著火的事件,至少有60%是在充電或充電剛剛結束的時候出的事,說明充電出了大問題。” 國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬表示。

鋰電池在充電過程中,鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌,正極負極不發生氧化反應。但是王子冬提出,現在充電的方法和使用過程充電都是用的氧化還原反應,不是鋰電池遵循自身規律應該有的充電方法。此前王子冬團隊的實驗結果顯示,使用現在的充電方法,大概能使電池壽命降低30%。因此在這樣的情況下,王子冬認為不應當考慮用大電流充電。

鋰電池的充放電倍率是指單位額定容量內的充放電電流,例如額定容量為100Ah的電池用20A充放電時,其充放電倍率就為0.2C。一般鋰電池充電電流設定在0.2C至1C之間,電流越大,充電越快,但同時電池發熱現象也越嚴重。目前純電動汽車的充電容量都是慢充化的,基本在0.3C到0.5C之間。另一方面,用過大的電流充電會造成容量不夠滿,這是因為電池內部的電化學反應需要時間。和倒啤酒的一樣,倒太快會產生泡沫,反而倒不滿。

北京大學新能源材料與技術實驗室主任其魯介紹,今天的多元正極金屬復合氧化物電池要實現8分鐘充電,理論上大概要用10C的倍率才能做到,“這個能量不可想象”。

這些技術瓶頸實際上并不是新問題,其魯是中國鋰電池研究領域的先鋒人物之一,曾擔任2008年奧運會清潔能源電動車用動力電池項目的首席科學家,早在北京奧運會時期,他們就針對各類問題做過各種實驗。當時三元材料電池已經可以在5分鐘內完成充電。在實驗里,三元鋰電池在快速充電的過程中,熱量不能迅速釋放,使得爆炸的可能性大大增加。考慮到安全問題,其魯表示這種技術不能用到純電動車上,只能用在電池混合動力車。

此外,動力電池的快充還面臨著一個非常現實的問題——城市的電力基本設施無法滿足個需求。假設一輛公交車用的是150kWh的電池,需要5分鐘來充電,一輛公交車就需要100kW供電能力,如果同時有幾百輛上千輛公交車一起充電,會對電網造成很大的沖擊。

“今天的城市電網根本做不到這一點。”其魯表示。

目前,王子冬的團隊正研究充電過程中根據電池特性調整充電方法,改了不同的充電方法后,普通標準充電法充500次的電池壽命,在新方法下可以做到充電1000次,有效減緩了電池的衰減。所以王子冬表示,即便有很多瓶頸,鋰電池一定會有特別適合自己的充電方法。

其魯認為,現階段最合適的是以車位為單位接線充電,兩三個小時、五六個小時、甚至一個晚上,這是充電技術完全可以做到。通過先把安全可靠的充電方式發展起來,來推動電動汽車的穩步、安全、健康發展。

能量密度與安全性是一對矛盾

2018年2月,財政部、工信部等四部委聯合發布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,取消了對續駛里程150公里以下純電動車的補貼,對續駛里程超過300公里的純電動車補貼則增至3.4萬元,超過400公里的車型補貼增至5萬元。

美國加州大學戴維斯分校中國交通能源中心主任王云石分析,這意味著純電動車在達到與汽油車類似的續駛里程后,續駛里程越長越好。新政策可能希望通過對動力電池系統能量密度的要求,來推進動力電池的發展。

鋰電池的能量密度(Wh/kg)是指單位重量的電池能儲存的能量多少,主要由電池的材料特性決定。按普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg計算,如果使用鉛酸電池驅動家用汽車行駛200公里以上,則需要將近1噸的電池。因此把電池重量控制在一定范圍的前提下,電池的能量密度越大,汽車的續航里程就越長。

能量密度數值理應是越高越好,但電池是能量高度集中的小型裝置,當更小體積里聚集更多能量時,如果使用不當,比如溫度升高或突然遇到劇烈碰撞,其產生的后果甚至可以和炸彈相提并論。

根據新能源研究院真鋰研究發布的最新數據,2018年6月份之后,120Wh/kg的電池包的裝機量占比達到了約95%,而一年前的6月該比重僅為7.3%。也就是說國內電池系統能量密度的進步數以“驚人的速度”遠遠超過了海外。

 

  2017-2018.8 中國電動汽車乘用車產量中不同能量密度電池包的裝機占比 來源:真鋰研究

盡管在高能量密度電池包的裝機數量有了極大提升,但如何平衡能量密度與安全性的問題尚未得到解決。

“在今天,能量密度毫無疑問和電池安全性成反比,我們還沒有解決好這個問題。” 其魯表示。

目前中國國內量產的鋰電池,理論電芯能量密度在300到400Wh。在這個上限尚無突破辦法的情況下,可以通過減磨隔膜的方式,擴大材料空間,從而提高能量密度。隔膜的作用是使電池的正、負極分隔開來,防止兩極接觸而短路,并讓電解質離子通過。

“這是最簡單,也是最危險的辦法。”王子冬表示。

王子冬介紹,此前他的研究團隊了解過三星Note7的著火事件,檢查發現三星Note7的電池使用的隔膜約在45微米到46微米左右厚,在使用同質材料的情況下,有些動力電池制造廠商甚至在考慮用10微米、8微米厚的隔膜,在他看來這樣的想法“很膽大”。

由于電池制造過程當中避免不了掉顆粒的現象,實際隔膜都會帶些細微的“工傷”,在材料沒有突破的前提下,超薄的隔膜、可燃的電解液、加上暗流涌動的枝晶,若在這一環節鋌而走險便會埋下爆炸隱患。

“在沒有掌握住鋰電池的著火規律前,把控能量密度、安全性和壽命的平衡關系,是我們不能忽視的問題。”王子冬說。

實際上,能量密度與安全性這一“魚與熊掌”的問題,不僅困擾著中國的鋰電池技術發展,同樣也困擾著業內領先的韓國和日本。來自德意志證券韓國公司的分析師Seunghoon Han表示,目前沒有哪家公司敢說其技術路線是完全確定的,但每個公司都認為他們的電池是最安全的。鑒于其他很多行業都通過標準化和規范化,引導解決了很多安全問題,如今鋰電池行業發展面臨的這些安全問題,或許也可以需要標準化來解決。而這些發展瓶頸期的問題,并不影響快充技術和提高能量密度依然是未來的技術發展方向。

“只有將安全指標標準化、規范化之后,技術發展才會更容易確定哪些是更安全的,哪些是不安全的。”Han表示。

另一方面,高能量密度意味著需要高密度的材料,高密度的材料將會決定儲存電能的大小。當一種材料能做到的厚度達到安全極限卻還低于人們期望的時候,很多人將目光轉向尋求新的材料。王子冬認為,如果沒有材料上突破,突破高能量密度這一問題,將會在瓶頸期會停滯很長的時間,10年或50年都有可能。

而對于最近很火的石墨烯、納米材料等,其魯卻并不看好。他表示,包括此前使用的硫酸亞鐵鋰在內,這些材料實際上都是低密度材料,而三元材料多元材料等密度則高很多,未來甚至還能將密度做得更高。

“從材料角度看,石墨烯導電性能好,但由材料推導到電池再推導到電動車上,概念能一樣嗎?”其魯說,“納米材料在這個領域當中不會有什么具體應用。”

不管是快充還是高能量密度,其魯認為一定要戒驕戒躁、保持警惕,尤其對類似固態鋰電池這類能保證能量密度、使用又安全的技術,在沒有很好電導率的電解質材料出現之前,對這類電池的產業化不應抱有太多期望。

“我們還是要全力以赴發展出我們可行的技術,我認為最重要的是我們‘明天的技術’。”其魯表示。

很多人,尤其是很多「新造車勢力」們,喜歡將這一次的汽車行業的變革與手機產業中上一個十年的「智能機時代變革」做比較,人人都希望打造出汽車產業的「iPhone 時刻」。

只是另一邊的「諾基亞們」,雖然身處汽車行業金字塔頂部,依舊兇猛,卻在遭受著不斷的質疑,與挑戰者一次次的試探,這一切帶來的壓力與焦慮遠超于當年的手機巨頭們,也許更是超過新造車們。

誰也不想成為當年后知后覺的「諾基亞」,對于手機行業的經驗總結,也許汽車巨頭們才是熟讀了最多遍的那一位。在看過了很多新造車勢力們的新思路、新打法和新產品之后,我們更應該看到傳統的巨頭在說什么、做什么、實現了什么。

大眾汽車集團正是這個值得研究的車企巨頭之一。

2018 年對于大眾汽車集團來說更是一個非常關鍵的時間點:2017 年銷量突破 1074 萬臺,衛冕全球汽車品牌銷量冠軍寶座,旗下擁有保時捷、奧迪等等 12 個品牌的大眾汽車集團不僅僅是調轉方向這么簡單,今年是大眾的「產品大年」,放棄輸贏,面對汽車行業的新變革,大眾不僅僅需要讓大象轉身,更需要的是讓大象向前邁步,不斷的加快速度。

正是這樣一個難以想象的龐大巨頭,因為 2018 年汽車市場逐漸凸現的變化,甚至是中國汽車市場的變化,變成為了眾人眼中最焦慮的那個人。「汽車行業正處于一個非常重要的轉型階段,這對于大眾汽車集團、特別是大眾汽車集團 (中國) 來說尤其如此。因為在中國,創新和發展速度比世界其他地區要更快。」大眾汽車集團 (中國) 總裁兼 CEO 海茲曼教授說。

被利潤蒙蔽了雙眼,還是因為利潤而步履更加謹慎小心?大眾汽車集團的動作無形中在影響著新造車勢力們和無數車企巨頭們的節奏,對于任何研發節奏的把控,產品平衡感的嘗試,一切都仿佛顯得十分微妙和重要。

面對洶涌而來的變化,大眾則也以洶涌的姿態面對。拿出 340 億歐元投資新出行領域,規劃「下一個 1000 萬輛電動汽車」,從傳統汽車制造企業轉型為移動出行解決方案商等等戰略逐漸開始被釋放,在這些戰略之下,提升「設計」部門力量在未來出行體驗規劃中的權重,打造內部移動出行服務創業公司,能量之外卻也能夠發現大眾戰略的細膩之處。

下一個「1000 萬輛」

電動汽車,無疑是變革的第一戰。

大眾汽車歷來獨有的特點之一,在于一致的平臺戰略。大眾的 MQB 等平臺已經在燃油車平臺證明戰略的成功。現在,大眾希望讓這一技術知識和戰略向電動化時代轉變。

一個月前,大眾發布了 ELECTRIC FOR ALL 計劃,同時這個「100% 專為電動汽車而設計的平臺」MEB 電動模塊化平臺也于德雷斯頓全球首發。

耗時四年研發,大眾高層非常看好 MEB 的意義以及前景:這一平臺將助力電動汽車從小眾產品轉變為暢銷車型,甚至評論 MEB 平臺的誕生如同當年甲殼蟲進化成高爾夫。僅在大眾集團的首批計劃中,就約有 1000 萬臺電動汽車將基于 MEB 平臺打造。

「依托 MEB 平臺,我們正在充分發掘電動汽車的可能性,致力于實現大規模經濟效益。MEB 平臺是電動汽車的經濟性和技術性基礎,這些電動汽車將面向所有人。」大眾汽車品牌電動出行負責人吳博銳說。

在位于德雷斯頓的透明工廠內,大眾汽車品牌展示了 MEB 平臺的核心——移動子結構,這一結構將應用于量產車型之上。使盡可能多的用戶能夠用到創新的技術,正是「ELECTRIC FOR ALL」計劃的核心。「以 MEB 平臺為例,將來針對基于這一平臺生產的車型,我們會不斷升級,就像你們所持有的智能手機會不斷地升級一樣,」海茲曼說。

大眾汽車集團 (中國) 總裁兼 CEO 海茲曼教授

如果計劃順利,這也意味著從 2019 年開始,MEB 平臺下的純電動車將會如雨后春筍般亮相。作為大眾汽車品牌電動汽車攻勢的重要部分,大眾汽車品牌 ID. 將成為全球首款基于 MEB 平臺生產的車型;它將于 2019 年底在德國茨維考開始生產,將是完全由德國制造的電動汽車。大眾汽車正在為電動汽車投資約 60 億歐元,其中投入到零部件工廠的資金達到了 13 億歐元。中國的首款 MEB 車型將是一款 SUV,它將緊隨其后于 2020 年開始生產。

對于用戶而言,MEB 平臺能夠帶來明顯的益處,大眾汽車電動車研發負責人 Christian Senger 解釋說:「它將是一款全面互聯且功能完善的電動汽車,同時,其價格能讓數百萬人接受。」

至 2022 年,大眾集團旗下 4 個品牌將在全球增加 27 款 MEB 平臺車型,覆蓋范圍從緊湊型車到富有生活情趣的廂式車 Volkswagen Bulli,這是大眾集團前所未有的舉措。

除此之外,現階段下大眾集團旗下奧迪 E-Tron 和保時捷 Mission E 兩款純電動 SUV 也陸續發布。保時捷 Mission E 是基于保時捷研發的 J1 電動車平臺,而奧迪 E-Tron 則是以升級版的奧迪 MLB 生產平臺為主,但奧迪技術研發總監 Peter Mertens 曾證實,J1 和 MLB 生產平臺都將由全新高端純電動汽車平臺 PPE (Premium Platform Electric) 所替代。

而這個全新高端純電動汽車平臺 PPE 原本并不在計劃之內。起初,奧迪希望新一代 MLB 平臺可以是一個交融性的平臺,可實現內燃機、混合動力和純電動汽車生產,但這一策略最終被推翻。Mertens 說:「這樣一個平臺成本高,不夠精細,它所占的份額與豪華品牌的定位不符,一個全能型生產平臺可能會抑制潛力釋放。」

當大眾的電動汽車平臺策略打通,產品得到認可,相信大眾的電動汽車攻勢將會變得非常猛烈。大眾「Roadmap E」全球電動化戰略,2025 年前推出 80 款全新的電動車型也并不難理解了。

車型增多之后,如何定位對于大眾來說也有著不同的看法。「關于純電動車,并非續航里程越長,這款車型就越好。當然,根據車主具體的用車需求,具有適合的續航里程是重要的。」海茲曼說,「從另一方面來說,續航里程越遠,電池就要做得越大,整車就越重,電池部分的成本也就越高。另一種種情況下,車型設計也可以比較緊湊,車身更輕,加速性能更好,駕駛的樂趣就會更大,而不是單純的強調續航里程。當然,我們也可以根據客戶的需求提供多樣的續航里程選項。」

今年 6 月,大眾純電動賽車 I.D. R Pikes Peak 改寫了派克峰國際爬山賽的歷史記錄,成為了百年以來首次成為冠軍的電動汽車。這其中則有一個有趣的插曲,大眾在公布汽車參數的時候相當的保守,以至于真正奪冠后在現場的討論中才得知汽車的性能是更好于參數的。

設計驅動力與「新出行」

當電動汽車成為基礎之后,真正的智能汽車、自動駕駛、新的出行解決方案則會以更大的想像空間應運而生。

除了已經量產的全新奧迪 A8 的 L3 級自動駕駛技術之外,被很多人忽視的是大眾汽車集團在 2017 年日內瓦車展上展出的 SEDRIC 無人駕駛概念車。雖說是概念車,其實背后基于純電動車 e-glof 打造自動駕駛車隊已經在美國展開路測了。

更重要的是,在大眾德國的埃拉·萊辛汽車測試基地體驗這款 L5 級 SEDRIC 無人駕駛概念車時,你會發現除了自動駕駛技術,大眾對于自動駕駛汽車的「叫車」流程、軟件設置、交互設置都做到了極致,或者說創造了一個幾乎零學習的交互體驗。

在 App 上下單,選擇顏色,車輛到來時快速識別接自己的 SEDRIC。同時車輛到達上車點時,SEDRIC 會播放音樂、閃爍燈光,車載藍牙自動連接到用戶的手機后,還會在車門顯示屏上播放歡迎的字樣等等,這一系列交互體驗的設計則源于大眾的「設計」力量,設計開始占領更加重要的位置。

「如果駕駛不再是中心焦點,那么界面設計、控制邏輯、內部概念和信息娛樂包都將發生根本性的變化。而此時,我們就應該更加注重設計的力量。」大眾集團設計總監、保時捷設計總監 Michael Mauer 說。

因此,大眾在這樣的新出行時代,甚至拓展了很多新的設計職位用來設計自動駕駛的體驗,用來設計未來移動出行的體驗等等。「提供以人為本的移動出行解決方案是大眾汽車集團(中國)的核心目標。」海茲曼說。這其中「以人為本」、「移動出行」、「解決方案」成為了最值得關注的幾個關鍵詞。

在出行方面,大眾的野心也足夠大。去年 12 月,在 TechCrunch Disrupt 技術盛會上,大眾集團發布了旗下第十三個品牌 MOIA 的名字。MOIA 來源于梵文,寓意「魔法」。這個全新的「移動出行」品牌將擁有自己的電動乘用車,并服務于移動出行服務領域。

MOIA 雖然是由大眾創立的子公司,但它卻更像一個創業公司的氛圍,更年輕的成員與更扁平式的管理。CEO Ole Harms 表示 MOIA 的目標是在未來 10 年內成為移動出行服務方的前三甲,同時和大眾的傳統車輛銷售業務一起成為大眾的業務支柱。

「通過 MOIA 的服務,我們可以不斷累積經驗。短期內我們要學習了解客戶對于這類共享移動出行解決方案的需求度以及接受度。比如在一個地區推出某項服務需要多少輛車,一輛車平均載客數是多少,投放之后能達到怎樣的利用率,等等。」海茲曼說

今年 7 月,大眾子公司 MOIA 也已經開始了正式運營。MOIA 主要在德國漢諾威和漢堡兩個主要城市展開,未來將在歐洲鋪開。在更長遠的未來,也會進軍亞洲和北美市場。目前德國漢諾威已經頒發運營許可,到 2020 年該公司可達到 150 輛車的規模。試運營期間,共有 3500 人使用 20 萬次,下一步將使用戶群擴大到 15000 人。

「MOIA 希望提供介于公交車和打車軟件之間的一種全新出行服務。」MOIA 公關及公共事務負責人 Michael Fischer 說。車輛可以通過手機 app 進行呼叫,同時用戶之間可以共享車輛,但 MOIA 提供出行服務是歐洲化的概念,即沒有自由職業司機、沒有私家車參與服務。Harms 希望車輛的價格能和公交車差不多。

現階段 MOIA 會依靠更專業的司機與更高效的調度來完成這項服務,但在未來 MOIA 同樣受惠于大眾汽車集團的自動駕駛技術。而據 Harms 透露,「我們的計劃是在投放自動駕駛之前,就要實現盈虧平衡。」

MOIA 品牌車輛將由大眾集團目前所有的車型提供,如大眾 Transporter 小巴士等。最終將由一款全新的電動車輛代替,車輛將有 6 到 8 座,可能在 MEB 電動車平臺上生產。

為了保證出行服務能夠和大眾的傳統車輛銷售業務一起成為大眾的業務支柱,在 MOIA 之外,在大眾銷量最多的國家中國,還成立了大眾汽車集團(中國)智能出行服務公司(Mobility Asia)及其品牌逸駕(ezia),為客戶提供智能移動出行服務;同時在與滴滴出行通過共同探索移動出行項目以及智慧城市、自動駕駛和機器人出租車項目合作。

在這種種戰略背后,你能感受到傳統車企在新領域釋放的能量足夠強大,甚至超過新造車公司,只是在他們下一個必須攻下的堡壘之中,在這個過程中,戰略背后的進化與效率是最值得關注的關鍵。

沒有人到達過絕對安全的領域,總有更年輕的挑戰者以更迅猛的速度出現。「如果大象能夠跳舞,那么螞蟻就必須離開舞臺。」這是 IBM 前 CEO 郭士納的名言。哪怕是 IBM 這樣的昔年巨頭也正在遭遇轉型的陣痛,因為改變與行動是另一個世界的競爭。

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