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理想汽车2023广州车展圆桌访谈实录

在2023广州车展上,我们与理想汽车动力电池高级总监柳志民博士,宁德时代国内乘用车事业部CTO高焕进行了沟通。其们针对刀片电池和圆柱电池的构架为什么达不到麒麟5C的水冷架构的性能等诸多问题进行解答。

以下为专访实录:

记者:相对2C和3C电池来说,麒麟5C电池的成本大概高多少?未来的降本路径和时间节点是怎么样的?什么时候能做到20万的车型也应用麒麟5C超充电池?

高焕:首先是成本的问题:第一是我们看一下整个电池成本架构,从总体来看跟电量是相关的,电量越大,分担的成本会变得更便宜。第二是随着产品销量的提升,会有一定的规模效应,成本也会相对降低。同时从结构上来看麒麟架构是从原来底面的水冷变成双大面冷板结构,整个冷却面积变成了原来的5倍,材料成本也有增长。第三是核心构成材质,化学体系到底是采用三元、中镍高镍还是采用的磷酸铁锂,包括石墨、硅,还有超充电解液,都会有相对应的成本。

理想麒麟5C电池采用最先进的麒麟架构双大面水冷,所以会带来一定成本的增加。从2C到5C,需要采用二代超充石墨,正级材料采用三元材料,在起步阶段因为超充还没有正式大规模量产,成本会高一点。还有实现超充的是高导电解液,这些都是我们全新开发的化学体系,所以目前来看成本肯定会比2C要高,但随着我们将来技术越来越成熟以及销量的提升,就像刚才看到了MEGA的发布会,这个车将来肯定是爆款,它卖的越来越多的时候,我们的整个化学体系是会降本的。后续麒麟架构上我们也会研发一些新的材料进行优化,做到更加的轻量化,进一步降低成本。

记者:提高充电倍率在成本层面也会带来提升,从商业层面考虑,这条路径是否和能量密度一样会存在阈值?几C的快充倍率能在用户补能效率和车企成本之间达到一个平衡?

柳志民:我们从最开始定义产品指标的时候,就是从用户的价值角度出发,我们认为做到12分钟补能500公里基本能够解决用户的实际使用场景。整个快充的性能迭代,3C到4C,4C到5C从立项之初到开发过程都是不断优化的,包括整个电池化学体系的材料、界面、结构工艺等,我们希望追求一个整体的极致性能。但同时电池性能是一个综合的属性,我们希望它是六边形战士,既要满足超充、又要满足能量密度的需求,以及合理的成本。对于成本的合理化,我们是经过严密模型进行测算的,第一是通过把电压拉高以后应用碳化硅的技术可以降低电耗和电量。第二是每导入一项超充技术都可以实现成本的优化。我们认为4C到5C带来实际性能的提升价值远超成本上的付出,5C是我们保证能达到12分钟500公里的核心保障。

高焕:我相信大家在目前这个阶段都有里程焦虑,同时想得到长续航和快充,所以关键的是找到需求和成本的平衡点。如果将来我们的密度做得更高,体积重量做得更小更轻,充电速度做得更快,成本依然能控制在一个可接受的范围,我会觉得它是一个很好的商业化产品。如果说一个科技含量很高的产品,比如两三分钟可以完成补能,但成本会翻一倍,那我觉得就不具备商业化的条件,后续的开发过程中我们也会重点去关注这个问题。

记者:宁德时代与理想汽车的合作,跟宁德时代与其他车企(比如极氪)的合作,有什么不同?如何处理合作伙伴之间的竞争关系?

高焕:跟理想的合作在理想创业之初就开始了,超充的可行性论证是开始于2018年,从时间跨度来看我们之间的合作是比较有渊源的。当时双方对产品的理解和将来方向的判断是高度一致的,所以我们在2020年正式启动了超充的联合工程开发。一开始还没有麒麟架构,在过程中不断地迭代,到2022年才有的麒麟架构,再结合化学体系的进展,包括上次在上海车展发布之后依然持续在做性能上的优化,所以才诞生了麒麟5C电池。

关于与其他车企的合作,在乘用车行业大家对车的定位和需求是有差异化的,不是所有人都做MPV,也有轿车和SUV,因此电量、功率的需求也是不一样的。在麒麟架构下有不同品类的布局。比如理想的麒麟5C电池主要是以超级快充为主,另外也有以超级续航为主的产品,比如极氪001(全景看车)的一千公里续航,这部分我们也有相应的方案,能量密度做得更高、里程做得更长。再有比如说超级跑车,极氪001FR,追求的是极致的两秒级零百加速,所以对放电功率有极致的要求。这些不同的超级属性、超级性能的需求其实都能在麒麟架构下得到满足,而且有超级安全的麒麟电池技术,所以说我们是可以针对不同品牌的不同需求,去做定制化的。

记者:一些车企也在与宁德时代合作麒麟电池的搭载,但还有不少车企,包括国际车展发布的新车仍然在沿用宁德时代之前module封装成pack的方式,目前补能倍率更快的麒麟电池和神行电池是否会取代之前的module形式,成为宁德时代将来的主要电池布置方式?

高焕:我们在2019年发布CTP1.0的时候,就开始逐步取消module这种方式了。去年年底到今年年初我们在国内乘用车上采用module的方式基本上是非常少了,海外车型的迭代理念和开发速度还在进程当中,但CTP肯定是将来主流的方向,目标就是要做到更轻更薄,集成度更高,目前CTP的应用对整车竞争力的提升起到了一个很好的展示作用。

今天麒麟和神行是基于CTP3.0的架构衍生出来的两个品牌产品,麒麟是高端乘用车动力电池解决方案,动力属性是超级快充、超级续航和兆瓦级的超级功率。当然这些都是基于安全的前提打造的,所以对国内有非常高定制化需求、定位比较高的车企我们合作是比较多的。

神行方面,我们也布局了4C的神行超充电池,从8月份发布会之后陆陆续续也有非常多的车企跟我们洽谈合作,相信明年上半年会有非常多搭载全新电池产品的车投入市场,大家可以拭目以待。神行的主要目的就是实现电池平权,把电池科技和超级性能带给用户,所以我们针对运营车市场打造了快充+超级长寿命的产品。

另外我们的神行低温版电池,以更优异的低温性能去优化用户的体验,比如东北、西北以及我们合作的一些车企出口到北欧等温度较低的使用环境中,我们会用神行3C左右的快充以及更优异性能去优化体验。同时在混动市场,我们也会不断地提升效率、优化设计来降低整体成本,推动整个行业朝着高质量方向发展。

柳志民:对于模组和Pack的重组方式其实我们更多的是要打造极致的体积密度和重量密度。整个麒麟架构是在CTP架构里面逐步衍生的一个架构,这个架构在保证一定能量密度的同时,也具备足够大的换热面积,这一点对于5C超充性能的实现有巨大的帮助,这点跟我们产品的预期是有足够默契度的,当然后续在工程开发中遇到的问题我们也做到了一起去突破、去解决,将来我们也坚定地认为无模组结构是一个趋势。

记者:纯电车型频繁地使用5C超充,会不会影响电池寿命?质保方面跟其他的车型有什么区别?明年5C技术会下放到其他的纯电车型上吗?

柳志民:我们在立项之初就一直将电池寿命作为超充的核心性能指标:第一,我们从设计上就对材料体系工艺做了大量针对寿命的优化,因为超充性能的实现,就是需要提升电池动力学以及降低电池的内阻,以此保证大功率的充电,这本身对电池寿命也是利好的。第二,高温工作的状态对电池寿命是有不利影响的,但因为我们电芯低内阻和系统高散热能力设计,超充过程可以有效控制电池温度,相对于传统电池高温工作时间并没有增加,因此高温带来的寿命风险会进一步降低。第三,我们和宁德时代一起系统性地对电芯、Pack以及整车做了大量严格的寿命测试,以目前的性能数据来看,按照100%超充或50%超充的使用频率,也是优于现在市面上普遍使用的2C电池寿命。

关于5C技术的车型下放,理想汽车的价值主张是即使迈入纯电赛道,我们也希望能解决用户长途里程焦虑问题,让家庭用户出行没有里程焦虑,所以无论是50万级的MEGA还是后续各个级别的纯电车型都会做到标配超充。对于不同车型,我们会随着规模化的提升,不断地寻找不同价位之间最优的解决方案,但是目标一定是全系纯电车型都会做超充。

记者:超充的全生命周期管理是如何规划的?大概能循环多少次?

柳志民:从设计角度来说,分为电池管理和模拟用户工况两个方面。首先是三维的电池健康管理:第一是车端的电池管理系统,有非常精密的温度、充电相关的算法。第二是超级充电桩管理,有一套严密的控制器系统包括AI-Box、主机控制器都会有相应的控制策略。第三是云端的电池健康状态监测,会对电池进行不断的监测,进而判断电池的安全状况。

关于工况模拟方面,我们的设计指标一定是远远大于用户需求的,实际用户使用超充的频率可能在20%~30%,但我们测试时会按照最严苛的100%超充频率去模拟工况,结果都是满足电池设计寿命要求的。

记者:理想汽车和宁德时代在合作边界上是如何界定的?

柳志民:我们跟宁德时代已经有八年的合作过程,从理想ONE到L9、L8、L7再到MEGA,目前理想量产交付的车已经有50万多台,创造了很多行业的标杆。无论是我们的设计方案、交付质量还是安全性能,双方都有一套非常完整严密的体系。

比如MEGA的开发,理想汽车会基于产品定义、产品价值去分解对于电池和电池子系统的需求,同时会明确定义里面的技术标准和详细的方案路线,当然在最终的验证方面也会有自己完整严苛的验证标准以及验证方法,自上而下地做开发。宁德时代无论对材料、体系、工艺、结构、仿真等都有非常扎实的研究基础,这一点对于在行业内没有完整解决方案的超充研发初始阶段是非常重要的。理想是自上而下,宁德是自下而上,形成了非常完整的交互和共同联合的开发模式,相互促进,共同突破核心的技术难点。

高焕:我们虽然是两家公司,但在合作层面双方更像是一个团队,双方工程师每天会为了攻克一个问题一起积极讨论,对于工作进展,每周、每个月、每个季度会有周会、月会和季度战略研讨会,我和柳博都会参加,所以说我们胜似一个团队。

对于专业知识的认知程度上,随着合作的不断深入,理想团队对电池的认知越来越高,宁德时代也对整车的了解逐渐加深,双方越来越理解对方的需求和背景,从而打破领域的边界,给到对方一些创造性的想法,所以才有今天麒麟5C电池的诞生。

记者:理想汽车和宁德时代双方共同拥有超过1000人的团队,彼此的分工是怎么样的?

柳志民:这是一个协作的关系,光理想的电池研发就有24个专业组成,化学、电化学、电气、软件、硬件等等,理想汽车在设计、验证以及方案层面会做很多相关的开发工作,这方面我们占到两百多人,我们的合作伙伴宁德时代投入了八百人的团队。在整个协作过程当中,我们从底层材料的合成技术、电芯创新、电池结构到整个麒麟架构都是在共同开发过程中,大家提出了非常创意性的idea进行实验与落地,这里面相关的实验宁德时代也是付出了大量的精力。

记者:5C是一个挑战很高,且在当时少有车企愿意投入的技术,宁德时代为什么会选择理想作为合作伙伴?

高焕:这是一个互相选择的过程,也是一个比较美好的故事。理想在造车之初就非常重视用户的里程焦虑,注重补能速度和续航,所以首选的增程模式,当时我们也认为超充是能真正解决用户需求的技术,是市场发展的趋势,因此双方达成了合作。

我们开始研发超充的时候技术并不成熟,没有达到商业化的量产能力,电池性能上用户所关心的寿命、安全以及我们的成本都没有达到理想状态。其实在2017年、2018年我们就有3C、4C电芯,但是整个体系的商业化并不成熟,里程很短,也解决不了大家真实的需求,所以到今天我们通过了这么多年的联合开发,才真正从能量密度方面既保证了七百公里以上续航,又达到了峰值5C充电速度,并且对它的热管理进行了极致的优化,还在安全方面提到了更高的等级。尤其是在成本方面,通过严密的核算后达到了现在比较成熟的商业化水准,为今天MEGA发布和成为真正的爆款奠定了很好的基础。我认为这是双方的价值观以及对整个行业方向判断的高度默契,最后双方能够非常好地走到一起,并共同打造出一个非常好的产品。

记者:今年上半年理想发布了4C技术,后来在MEGA亮相阶段升级到了5C,是因为MPV车型有利于新电池技术的应用吗?是否根据车型对电池做了一些改进?

柳志民:我们最初的产品设计指标就是要打造极致的性能,因此我们和宁德时代团队在超充体验方面在做不断的优化。在开发过程中随着对于整个材料和结构的优化,我们发现有机会做到5C的性能,相同时间的充电续航能得到大幅度提升,最终是超预期地获得了这个成果,这是我们做5C的底层技术基础。当然要最终实现这个技术也要克服一定程度的困难,MEGA开始阶段是按照4C标准定义的,升级到5C肯定会有一些相应的调整,但结果是我们为用户提供了更加极致的超充性能体验,在确定目标后,今年4月份我们就快速地把方案做了相应的调整。

记者:MEGA定价50万以上,MPV车型较高的定价是否考虑到5C电池技术较高的成本?

柳志民:我们第一款纯电车MEGA的定位是旗舰车型,所以对成本是有一定预估的,但在商业成本上我们还是有自己目标。第一是5C超充电池的成本一定是在可以接受范围内,我们才会进行大规模商业化。成本要低,又要有足够的电量,那么我们考虑的就是同样的里程电量是多少,电量少了之后成本会降低多少,能否满足用户的需求。第二是我们的5C方案是否能为用户体验带来真正质的变化。第三是随着量产的规模化,我们有预期,成本是会下降的。

所以整个的定价和成本,都是基于用户需求的核心原则,经过严密测算后符合商业化要求的。最后基于我们的判断,长途里程焦虑确实是限制用户购买纯电车核心的痛点。MEGA解决这个问题后,我相信将来会引领整个纯电车行业发展。销量越来越大,成本就越来越低。

高焕:大家可以关注今年到明年新超充车型的数量,就能发现整个电池成本的趋势,是随着电动化程度的提高而逐渐降低的。今年作为超充的元年,明年像MEGA这样的车型越来越多,成本也会随着下降。同时国家政府各个单位对超充方面的支持政策都是有所倾斜的。

记者:据了解理想的超充电池顶峰可以做7C,为什么最终应用是5C?

高焕:和超充站基建、电池成本、安全、可靠性都是有关系的,但7C是我们的技术潜力,值得大家期待。

柳志民:整个7C能力包含电池的体系和材料电芯的能力。电芯本身的能力可以达到7C,在5C充电的时就能留出足够的安全余量,最重要的实际我们真正用的时候,理想汽车目前设计的超充桩能在相对广泛的区域内布局,同时带来的补能速度也是足够快的,因此最终系统方案是按照5C设计的。当然后续随着我们技术的和环境的不断成熟,会逐步放开我们的性能,目前综合考量最优的解决方案还是5C。

记者:刀片电池和圆柱电池的构架为什么达不到麒麟5C的水冷架构的性能?

柳志民:5C超充核心技术第一是电池的化学体系具备这样的充电能力,第二电池能够低产热,第三就是电池系统要能够高散热,确保超充功率有足够的持续能力,最终实现充电12分钟500公里。我们选择这个方形电池本身从这几个属性角度来说都能够获得最优的方案。对于刀片电池我们可以看到长刀片有一米长,短刀片大概有半米长,实际上电池在整个极片流通是需要整个流通路径,这里面流通路径长,内阻就会大,所以这是限制的因素。当然刀片后续也可能有一些解决方案去能够达到,物理结构是我限制是最关键的。另外圆柱电池无论是21700还是18650,还是现在做的4680,实际上它的顶盖的过流面积也受限,目前我们看到圆柱电池方案基本上在2C到3C左右,峰值做到2.8C。刀片和圆柱这两个电池形态做超充,一定会在成本包括其他性能上遇到很大的挑战。

记者:对于所有的5C超充电池来说,大部分使用的都是自己的充电桩,在面对现有市场大部分第三方充电桩时,5C电池的适配性能怎样?现在的5C电池标准,在国网的充电桩上能够维持百功率SOC达到多少?

柳志民:第一,我们的超充一定是对全国各个厂家和品牌充电桩都做过测试,都可以充电。第二,现在国网120KW的充电桩都可以跑到95%的电量,我们现在是在80%电量、300KW功率,到95%还有120KW,这也是我们很重要的性能体验。同时,120KW功率不只是常温以上的性能标准,其实我们在一定低温范围内也具备120KW充电能力。低温包含两种,一个是环境温度,一个是电池整体温度;我们一般情况下会让电池温度不断去贴近于插电那一刻让它处于最适宜的温度下。

记者:为什么其他车不能实现这么长的高功率维持,到70%-80%就往下掉?

柳志民:我们的体系是全域的超充性能体验,但是电池有它的化学特性,功率在低SOC下会有高功率,在高SOC的区域会降低,我们整体电池化学体系材料是做了超充性能优化的,在整个SOC段上的功率能力都有提升。同时在电芯发热和系统散热上的大量优化,有效控制了高功率充电过程电池的温升水平。电芯和系统层级的多方面设计优化,保证了长时间的高功率维持。

记者:现在在102.7kWh高点,未来是否会有大电池包太大的区域?还是会像在100度以内至100度左右,再加上800度碳化硅?

柳志民:电量的需求来自车型的里程,根据里程来看,我认为700-800之间是可以满足大部分用户的。

记者:到明年是否能实现一部分量产车不止于5C,SUV车型是否有一些电池性能的细分?第二个问题,在超充布局上,理想汽车为什么大力投入从高速超充入手?

柳志民:第一个问题,我们所有车型都会标配超充性能、后续也会打造超充体验,具体指标后续会继续打磨,现在无法跟大家透露具体性能的方案。

另外,理想汽车为什么要在高速上安装超充桩,其实是要从根本解决用户长途里程焦虑问题,因为在市区内充电补能问题并没有那么严重,我们要拓宽家庭用户出行场景。我们要考虑并打通纯电车型在市郊、城际出行和长途远行充电问题,要解决用户的核心痛点。

记者:长途旅行有个问题是,用户充电可能会集中在某个时段,你们做过测试吗?在什么样的时段下能够满足大家的需求或者说理想汽车的超充装是否专用?之后用5C电池,会不会预留扩容能力?

柳志民:理想汽车的5C超充桩是专用的。之后的5C电池会预留扩容能力。

记者:刚刚跟宁德时代高总沟通了为什么我们双会方合作这样一款电池的原因,也聊了些理念和偏感性的内容,但其实车企和电池厂投入这么大的资源去开发这样一款电池肯定是会有收益预期的,从车企角度来讲,比如说MEGA这款车预期销量达到多少,才能够支撑开发这款超级性能的电池?因为只有当规模上去后、成本才会有所下降,我们如何评估目标和成本之间的关系?

柳志民:首先,理想汽车从最开始做MEGA这款纯电车型时,我们的初衷就是希望针对性的解决行业问题,不仅仅只是一款车型在充电性能这一单方面问题。所以从2018年立项之初,我们就定义了一定要满足在高密度、大电量、长里程的情况下,同时做到超充性能,满足该条件的电池才是真正能够改变行业、让纯电车从可能变为现实的基本出发点,这也是我们第一个要解决的行业问题。

第二,关于成本维度,其实我们为了商业化,从最开始就有非常明确的成本目标而且我们也非常幸运,团队也做了大量的努力。宁德时代跟我们是完全契合的,他们也认为这件事对于行业有颠覆性和引领性的作用,所以我们在最开始做5C电池时就希望能够让用户在可以接受范围内达成成本目标,团队在经过大量的努力后也不负所托实现了。我们认为从2024年-2025年,或者说到2025年时,行业基本水平会达到“充电15分钟,续航500公里”以上,这也是我们希望的、未来能够有这样的引领作用。

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