Uwe WIEDEMANN：以安全和經濟適用為目標的電池組優化研發——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化的一個電池包和電池組的發展方向。
我想我們今天已經談了很多安全的問題，大家都關注安全，但是沒有人愿意為了安全而買單，這個是一個內在的矛盾。
我先介紹一下我們的AVL公司，是世界上行業領域最大的，我們差不多有1萬人的電池業務單元的工作人員。我們可以看到如圖所示的一個動力傳送組織，在我們的電池方面基本上擁有所有的相應的板塊去發展它的業務和技術。
當然，您需要的應該是一個全面的工具鏈，我們可以提供這一系列的相應的監測，擁有相應的方法論，相應的模擬實驗的方法，還有相應的工具去幫助我們去驗證和開發一些相應的技術。
我們不斷發展研發的動力是什么？特別是這個成本優化方面，大家都知道，我們的銷售成本在逐漸下降，這是一張統計圖表，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于是4000人民幣。實際上，我們看到的價格是處在這個空間的。
銷售成本下降的非常快速，比大家所預計的速度還要快。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汽車行業，當達到損益平衡的時候，這一點我們就開始要看到一個千瓦時的一個價格的下降。
我們每一度的這個價格在200到300美元，我們的整體價格都需要繼續下降。大家都會覺得，內燃機將會被EV取代。我們還要看一下一些重要的因素，比如說安全性、投放市場的時間、能源密度、熱性能、電氣性能。他們實際上也有互相沖突的地方。我們要做一些基準的標準，要做一些研究和分析。
今天我們可以看到，有一些領域，像這個特斯拉公司還有雷諾ZOE這兩家公司的產品進行了比較，它們都是電動車，它們也實現了量產。但是它們使用了完全不一樣的方法去做量產的工作。
我們現在有不同的目標，這些目標又是在自相矛盾的，我們怎么樣可以滿足這種目標呢？我們提到了單個電池的隔緣，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。所以，你要了解客戶的標準。有的時候你會在安全性上要做一些妥協，但是性能要得到提高。我們背后有不同的衡量指標，一個目標如何去影響其他的發展目標？比如說耐用性，或者是熱性能、能量的密度也會受到影響。各個因素之間是有一種互相影響的關系。我們成本的這些目標可能很難實現，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，所以有的時候是有一些自相矛盾的情況。每一個目標，如果是說要是改變，也會影響其他目標的實現。所以說這幾個目標不是獨立的。
有一些目標實際上也可以幫助其他的目標得到實現，比如說更加好的熱性能會讓你延長壽命，如果是有很好的冷卻系統，也可以減緩這種老化現象的發生。
溫度的話，我們看到對于這個電池的老化有很大的影響，如果有比較好的制冷系統、冷卻系統的話，就可以防止或者是減緩這種老化的現象。
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去實現這些目標，但是有的時候也會增加成本。所以做材料開發的時候要做好熱性能的感覺，還要實現其他的目標。
有不同的被動制冷，還有開環制冷，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。每一個廠家的要求是不一樣的，所以成本也不一樣，可能選擇也會不一樣。
我們看看這個安全性，也是非常重要的一個指標，開始的時候我們要看看怎么樣能夠減低這個電池組的成本。
每一項要求都要仔細看，從一開始的時候要做好結構的設計，然后你就可以減低成本了。出了問題之后，測試沒有通過之后才去做調整，這個時候是更加昂貴的，你可能要完全放棄一些原理研發的一些部件。一開始要做好這種早期的研究工作，還有一些測試的工作。
我們做了一些模擬的測試和實驗室的測試。我們看看這個模組，有一塊模組有這種生動的績效，這種情況是不可以被接受的。如果是說用一些高強度的材料的話，是會有一些額外成本的。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的情況。
做設計的時候要優化，你不想用過多的材料，材料用的過，成本就更高，空間的使用也要達到優化才可以。
在撞擊的時候如果出現了這種故障的情況，你要預計到你的產品是否能夠應對這種情況。
我們看看不同的公司他的電池設計的要求也是不一樣的。我們舉兩個例子，雷諾ZOE是不希望有這種擠出的現象的（在碰擊的時候）。在這方面它的這個電池是不受影響的，它的這個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商的材料，我們也用了我們自己的一些設計。它的熱設計是非常好的。里面又有一些絕緣的措施。一邊達到500度，10分鐘都不會有問題，另外一邊熱失控的溫度可能是100度左右。如果這個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，這個汽車至少在10分鐘之內是安全的，就是給開車的人有充足的時間逃離的。雷諾是不允許有這種事情發生的，所以他用的方法也會不一樣，側重點也會不一樣。
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。
在這邊這個部件的大小是更大的，這個大小可能會增加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。我們還要看這個冷卻的情況。
這些電氣的一些部件都要進行冷卻，如果這個溫度比較高的話，你就要用很好的冷卻系統才可以防止老化或者是防止這些電氣部件出現問題。
到比較高壓的水平的時候，我們也看一下800伏的情況，將會是未來一些高壓電池新的標準，我覺得也有這個潛力，我們也看一些相關的技術或者是相關的一些部件，我覺得在2020年之前會有新的這種產能出現。
有一些OEM已經宣布他們以后將會生產800伏這些規格的一些產品，包括像比亞迪這些公司，這樣我們就可以節省很多的重量，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，在開發的時候我們獲得了很多的信息，很難去面面俱到，比如說測試、結果，各種信息都很多。
我們有我們自己開發的過程和流程。首先我們要了解客戶的要求，了解各方面的限制性，我們會生成一個數據庫。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。在這里我們都會有紀錄。
這是我們開發工程師信息的來源，他們是使用同一數據庫，同樣的信息、同樣的數據。比如說做部件開發的，或者是做模擬的，他們使用的數據都是一樣的，或者是做測試的，做驗證的技術人員，他們都是用同一數據庫的。這樣就可以確保我們在開發的時候有一致性了，可以保證一個比較高的質量了。
我們在這個系統進行整合，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期。我們確認之后，我們會做各種模擬，我們會用工具去做一些模擬的測試。我們也會看看這個開發是否會滿足客戶的要求，然后還會做進一步的測試。這個測試的結果我們會檢查是否滿足我們最早期的一些預期，如果滿足了這些要求的話，我們會把這些信息在這個系統里面進行一些整合，然后我們最終會走向一個產品生產的一個階段。
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品，包括電池系統，比如說我們的電池系統有什么樣的特性，或者是屬性。所以說這種特性、屬性的工程設計是非常好的，比如說安全性、成本，各個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，每一個公司都會有的賣點，他們用自己的賣點去銷售更多的車輛。
我們現在以模型為基礎的這種電池開發，我們可以有一個數據庫，我們這個模擬測試都是使用這些數據的，我們看這個冷卻系統是否有效，然后我們會看一些相關的參數來做一些模擬的測試，然后給客戶反饋，給他們提供一個模型，讓他們看一下。所有這些過程都是自動化的過程。
我們來看看成本優化，我們在賣汽車的時候大家都說，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，每一個元件的供應商都會說，我需要多少錢的成本才可以幫你制造出這樣一個元件。所以，每一個開發的生產就存在著一種矛盾。這中間存在的一個價格期望值差怎么樣可以去減少？所以就會去到每一個具體部件進行分析，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，我們要看生產的流程，還有計算成本、改善數據庫，真正幫助他們去到每一個具體細節元件的成本，然后去幫他們找進一步節省的空間，然后整體節省它的生產成本。
我們可以看到我們兩種車輛他們開發的目標是完全不同的。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水平要高很多，他們也接受一些新的標準。
現在很多新開發的汽車都是80、90、1000千瓦時，其他的車輛就不需要這么高的標準了，這里是關于安全的要求又不一樣了。雷諾對于安全性的要求就會非常的高。因此，它們做的撞擊測試就會花費更多的成本。特斯拉他們關注的更多的是車輛的能量密度。
我們去看整體成本的分布，其實電池系統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為不同的關注焦點，因此會去調整它的成本分布占比。
現在我來總結一下，重點信息就是要識別出整個開發環節當中早期去識別出一個同質化的目標，以及爭論的焦點和矛盾焦點在哪里的問題。
我們重點的要求目標應該是要減少它的價格影響，如果你能夠找到客戶的關注焦點，在這一塊去做成本優化，這樣就會具有更強的針對性。
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市場上去銷售時候的一個整體銷售目標。
接下來是基于我們的一個模型整個開發的一個模式，去優化它的開發，無論是研發還是生產制造階段的成本都去進一步的降低。
接下來我們會做一個叫做直接與客戶對話的供應鏈條的一個關系。如果說客戶對于成本有一些基本的要求，基本上在非常快速的時間就可以反饋給客戶，如果客戶想要改變A性質，我們改變這個A性質就需要花15歐元，你是否可以接受這個鏈條，這樣就可以幫我們節省時間和成本了。
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