打破電動汽車成本桎梏

寂靜天花板

提高電動汽車的市場滲透率一直以來受到兩大因素的制約，分別是續航里程和購買成本。這兩大因素從根本上說是彼此對立的，因為純電池電動汽車的主要成本來自于電池。為了達到延長續航里程的目的而增加電池的尺寸，正如特斯拉在Model S上采取的策略，最終的結果就是較高的零售價格。

同樣地，為了降低成本而縮小電池的尺寸，那么車型的續航里程就或縮短，讓市場無法接受。的確如此，盡管電池技術也在不斷進步，但是據Navigant Research研究員Scott Shepard預測，2023年全球電動汽車銷量預計僅占所有輕型汽車銷量的2.4%。

解決這一問題的唯一出路就是降低電傳動系統零部件的成本。全球領先汽車制造商正在加快研發，尋求解決方案，比如計劃于2017年推出的雪佛蘭Bolt電動車據稱續航里程可達322km，市場售價僅為3萬美元（扣除政府補貼）。

9 l) K! \- x* h( k" t3 Q' E0 f“插電式電動車市場增長迅猛，隨著幾家大型OEM廠商都宣稱將在高增長的SUV 領域推出新的車型，此類電動汽車的發展步伐將進一步加快，”Shepard說道。大眾前CEO馬丁• 文德恩此前在接受德國報紙Bild采訪時透露，大眾位于硅谷的電子研究實驗室正在開發一種小型且成本較低的電池，可以讓大眾旗下一款車型的續航里程達到300km。“這對電動汽車來說是一個質的飛躍，”他如此說道。

特斯拉也制訂了可大幅降低成本的策略，而且基于該策略正在開發一款成本低于Model S的車型。該公司最大的機會在于其與松下的合資公司在美國內華達州建立的Gigafactory工廠——根據該公司規劃，這家工廠到2020年生產的鋰離子電池甚至多于2013年全球鋰離子電池的產量。


: L% Z8 Q( |: L5 ~, a- w4 u! t通用和LG Chem工程師將2016款雪佛蘭Volt車型上鋰離子電池單元的數量從之前的288顆減少到了192 顆， 不僅節省了成本也減少空間和重量
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0 \2 i- i2 r& ?: a日產顯然也非常認同在美國建立一家大型、整合式生產設施作為電動汽車成本控制措施的價值。據該公司發言人Paige Presley稱，作為成本削減措施的一部分，日產在美國田納西州小鎮Smyrna設立的工廠不僅生產Leaf電動汽車，還生產該車型的電池。
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以少積多
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據報道，特斯拉Gigafactory工廠的超級規模和整合式的生產方式可以使鋰離子電池每千瓦時的成本降低30%。為了協助這項成本削減計劃，特斯拉還特別聘請了加拿大達爾豪斯大學（Dalhousie University）Jeff Dahn教授。

Dahn的研究工作自1996年來一直受到3M公司的資助，但是對于這樣一個可以直接參與即將商業化產品的機會對他來說還是非常有吸引力的。他表示：“我想從小處著手，幫助Gigafactory和特斯拉取得進一步的成功。”
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今天，特斯拉Powerwall家用儲能電池的售價是3500 美元，相當于每千瓦時的成本為350美元。如果Gigafactory 的規模生產可以像特斯拉預測的那樣降低30%，這個成本將降低為245美元。但是這個數字還遠遠沒有達到成本降低的目標。
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特斯拉寄望其Gigafactory工廠可以通過規模生產將電池成本從今天的350美元/ 千瓦時降低到200美元左右。

4 w  y; w' p3 U0 ]  B+ `“大家普遍認為這個成本要低于200美元，甚至低于100美元，”Dahn說道。

那么如此大的空間來自于哪里？Dahn表示，這些都來自于一些細枝末節，比如多孔塑料隔膜的成本。“電池隔膜如果大批量購買的話每平方米的成本大約為1.5美元，”他說道。相比較來說，來自中國最價廉的無孔塑料隔膜的成本約為每平米0.06美元。

“所以說隔膜的多孔性大大提升了成本，”他說道。因此Dahn正在尋求一種塑料隔膜的制造方法，可以在保證50%空隙率的情況下將成本降低到接近每平米6美分。

此外，電池中還有比較昂貴的金屬，比如陽極中采用的鎳和鈷。“如果可以用更多的猛來替代鎳和鈷，那么成本效益也是非常可觀的。”
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Mirai 車型的電池組是豐田之前燃料電池車采用的電池組的一半大小，成本也僅為之前的1/20。

不過，對于電池中的鋁箔似乎很難找到降低成本的方式。“我們針對鋁箔做了很多試驗，但是成本節省的空間很小，”他說道。
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還有一個沒那么直接的降低成本的方式是通過提升電池的使用壽命來達到。“如果可以增加電池的使用壽命，那就相當于降低了成本，這也是我們重點關注的一個領域，”Dahn說道。

( u5 Y! y7 k0 |* |9 d" g4 P4 H雪佛蘭Volt

* m" e+ U" F% N" e雪佛蘭還沒有公布有關Bolt電動車的技術細節，目前尚不清楚該車型是如何實現其所公布的目標的。不過，雪佛蘭已經公開討論了其第二代2016款Volt車型的電傳動系統。
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4 `+ n# L  ?5 \! w5 q* K這款車型采用了LG Chem公司提供的鋰離子電池組，包含192顆電池單元，與其前一代車型的288顆相比減少了96顆。電池單元數量的減少不僅降低了成本，還使電池組的重量減少了14kg。

“我們完全可以在已有的電池組上采取一些技術手段來提高車輛的續航里程，這樣做更容易，但是這并不是消費者想要的，”通用動力總成電氣化工程小組執行總監Larry Nitz說道。“因此我們設計了一個全新的電池系統，它將超過大多數消費者的期望。”

新的設計讓車型續航里程提高到了80km，相比較來說，上一代車型在純電動模式下EPA評定結果為61km。
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此外，雪佛蘭還針對Volt車型的電機做了改進。相比老款車型，新車型雙電機驅動系統的效率提升了5-12%。其中一個電機完全沒有采用任何稀土金屬，而另外一個的用量也非常少。

通過更加智能的程序，這兩款電機彼此配合，能夠適應更多的駕駛工況，可以讓2016款Volt車型從0到30mph 的加速時間（2.6s）縮短13%，從0到60pmh的加速時間（8.4s）縮短7%。所有這些改進都將為新一代Bolt車型低成本純電動汽車解決方案做出貢獻。
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$ Z2 Y0 q8 m3 Z氫燃料電池
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還有一個解決方案就是完全放棄體積較大的電池組，用氫燃料電池作為車輛的動力源，比如新款豐田Mirai即采用這種方式，該車型已經針對2016年投入小批量生產。豐田技術中心燃料電池小組經理Matt McClory表示，去掉傳統電池組才是低成本電動汽車的真正解決方案。
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9 W- E7 d5 q1 J% }* a4 T/ y: uEPA 評估顯示豐田Mirai 燃料電池車在裝滿氫氣的情況下可以行駛312 英里。
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至于燃料電池，雖然在技術上一直有持續不斷的進步，但是從其性能提升曲線上可以看出，此類電池的成本效益在可遇見的未來將得到大幅提升。

1 \8 P, H. g4 @" S8 F  a據了解，Mirai車型的電池生產成本僅是豐田之前在Hignlander車型上采用的燃料電池的5%。不僅如此，新的電池在尺寸上僅是上一代電池的一半。生產成本的降低主要來自于電池隔膜處理以及電池單元疊層自動化技術的應用。

燃料電池需要采用昂貴的鉑金屬作為催化劑，但是據McClory稱，新的技術進步可以讓豐田公司大幅降低這種材料的用量。事實上，燃料電池中的鉑金屬用量很快就會達到與目前內燃機尾氣控制中催化轉化器中所用的鉑的用量。因此，在燃料電池車替代傳統車型的同時，全球市場對鉑的需求并不會增加。

9 M( Z6 E4 C7 @1 q) T! i% \' Q此外，燃料電池通常還需要配備一個加濕器來確保膜的濕度，不過豐田公司開發了一個新的技術，可以去掉這個加濕器，從而降低系統的成本。Mirai車型也是第一個沒有采用加濕器的量產型燃料電池汽車。

0 l& q( }! E& J2 g3 [與其他致力于燃料電池研發的公司一樣，豐田還改進了碳纖維儲氫罐的制造工藝，這也幫助降低了成本。Mirai車型比之前的Highlander車型小，因此它只需要兩個壓力為70MPa的儲氫罐（Highlander上是四個），就可以提供令人滿意的續航里程。
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在Mirai車型的電驅動系統中，豐田的成本削減方案還包括盡可能多地采用來自大批量混合動力車型中的零部件。在該車型上，豐田采用了電壓升降轉換器將燃料電池相對較低的電壓與來自公司量產混合動力車上較高電壓的電機進行匹配。

" I$ {  X9 H8 m  w% n1 }“相比為適應燃料電池的電壓單獨開發一個電機和轉換器來說，這種方式無疑更加經濟，”McCory解釋道。所有這些點點滴滴的改進對促進電動汽車的普及來說將發揮重要的作用。
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