平价电动车的未来：电池组成本的突破

包成本突破 从内燃机向电池电动汽车的转变目前面临挑战。通过降低电池组成本实现成本对等是实现指数级增长的关键。 Clemens Cepnik 和 Martin Linder 合著，Andreas Haunreiter 和 Luca Buscaglione 参与编撰 直到最近，从内燃机（ICE）车辆向电池电动汽车（BEV）转变的势头稳步增强，主要受到国际减排目标推动。2 排放。新售车辆设定了雄心勃勃的目标——到2030年，欧盟地区每公里二氧化碳排放量降至49.5克。1例如——与超过舰队目标相关的处罚在推动电气化方面发挥了重要作用。 尽管受地缘政治趋势和不断变化的气候目标导致的一些放缓，我们的预测显示，到2030年，全球纯电动汽车（BEV）销量将每年增长18%，以实现当前的监管目标。为了实现预期的全球零排放汽车增长，电动汽车需要在2030年之前渗透到大众市场。尽管在重要市场上，许多电动汽车（包括购买价格、维护、电力、税费和保险）的总拥有成本（TCO）与内燃机（ICE）车辆相比更低，但BEV更高的成本和客户价格仍然是加快采用的重大障碍。 BEVs的最大成本驱动因素是电池组，通常占车辆总成本的30%至40%。尽管在过去几年中成本大幅下降，但大型电池组的成本对现有OEM来说可能高达15000欧元。然而，一些中国公司与其同行相比，发现了25%至40%的额外成本优势，为行业成本效率设定了标杆。 本文阐述了西方OEM如何跟随中国竞争对手的成本曲线，并描述了尽管中国企业的成本可能保持较低，但合理的成本定位和关注客户价值有助于在欧洲和北美保护市场份额。 EV电池包：概述 当比较具有相似电池容量的车辆时，中国原始设备制造商（OEM）始终能实现成本优势——甚至高达40%。他们通过减少零部件数量、做出更具成本效益的技术选择，选择成本更低的电池化学成分如磷酸铁锂（LFP），以及优化零部件成本来实现这一点（见图1）。 考虑到这些因素，一些中国制造商已将电池组成本降至大约每千瓦时64欧元（对于磷酸铁锂电池方案约为每千瓦时82欧元，对于锂镍锰钴（NMC）电池方案），从而使中国制造的中小型车辆成本优势达到2000至4000欧元。2——这是自2023年以来，现有原始设备制造商（OEM）市场份额减少高达50%的关键原因。 战胜挑战，实现成本卓越 以下关键挑战可以通过以下方式解决，以帮助公司在竞争激烈的电动汽车（BEV）市场中取得成功：电池平台和架构、电池组件设计选择、供应链和低成本化学物质、上市时间和创新周期、以及客户生命周期价值。 展览品1 电池平台和架构 众多OEM通过简化包装设计、提高功能性集成水平和减少车辆系列中的变体数量来降低成本。2019年的一项联合声明中，两家中国公司揭幕了“电芯至封装”（C2P）电池架构概念，通过直接将大电芯集成到电池封装中而避免了电池模块。次年，一家颠覆性公司设计了首个能用不稳定电源充电的封装。2025年中，欧洲首个C2P架构正在推出，而中国选手展出了第三代C2P设计。 考虑到这一点，在位的原始设备制造商可以采取以下措施来追随市场领先者的成功： 围绕电池包设计车辆。许多中国原始设备制造商(OEMs)优先考虑简单性和成本竞争力，而一些传统的OEMs已经根据 现有的ICE车辆架构。后者做出这一决策是为了最大化跨架构可用的组件数量，同时保持ICE、混合动力和纯电动动力平台的多元动力系统。然而，这最终导致设计效率不高。尽管多动力平台无疑将继续存在于低产量的细分市场中，但许多原始设备制造商在设计他们的BEV时并未围绕电池包进行，即使这样做有明显的积极商业案例。一个典型的例子是在脚踏板区域妥协电池单元的空间，或者在车辆碰撞区域放置单独的充电器箱体。 OEM的同类性能（就刚性和碰撞安全性而言）的车身加包装平台之间重量差异可以达到5%至10%。C2P架构可以通过降低电池模块、线路和车辆底盘部件的成本，使总重量减少2%至4%，并且每辆车节省500欧元以上。将高压组件集成到同一外壳中，还可以额外节省每辆车50欧元或更多。 这些低效的一个复合因素是，与颠覆者相比，传统OEM的电动动力总成选项更广泛。一些在位OEM提供多达五种不同动力总成的车型，而新进入者有时将提供的产品限制在两到三种。为了最大限度地减少投资成本，传统OEM正在将其下一代车辆转向混合内燃机或纯电动平台。然而，这种方法可能意味着牺牲高效的材料成本和优化设计，进一步拉大与更精简的竞争对手的差距。 启用高效节能的电池化学。尽管大多数客户不是根据电池化学选择其BEV，但化学选择确实推动了客户属性，包括初始成本、总拥有成本（TCO）和续航里程（参见图表2）。 采用LFP电池化学是一种降低成本的有效方法，同时相较于其他锂离子化学具有安全优势。然而，LFP牺牲了能量密度，如果车辆没有充分利用LFP的优势进行设计，可能会导致续航里程降低。中国原始设备制造商（OEM）已将LFP应用于入门级和中端车型，通常通过创新快速充电技术来弥补（充电10至80%大约需要10至15分钟）。尽管LFP在现有OEM中的应用正在增加，但在中国以外的增长速度仍较慢。决策者通常仍然优先考虑续航里程而非成本，对于需要全续航能力的客户群体，即使一年只使用几次，也仍然坚持“额外支付3000至5000欧元以获得20%更多续航里程”的观念。 在未来的几年里，多家非中国OEM将推出多种LFP车型以应对价格敏感的市场。西欧对这种成本效益高的化学物质的缓慢采用部分基于欧洲不太发达的价值链。如富锂锰或锂锰镍氧化物电池等替代的、即将到来的中镍化学物质是一种平衡成本和能量密度并提高供应弹性的方法。 展示2 在电池化学之外，电池单元的形状也发生了演变，从软包和圆柱形转变为棱柱形。随着热管理、生产和安全要求的日益复杂，软包的受欢迎程度有所下降。在提高包装效率方面，较不坚硬的单元结构需要结构更稳定的包装，这可能会复杂化C2P集成。然而，一家欧洲电动汽车生产商最近宣布采用基于软包的C2P架构。大多数原始设备制造商已经采用或计划使用棱柱形单元，因为其高包装密度，以及圆柱形单元便于进行热传播控制和更好的制造性。因此，所有电池单元形状都有细微的优势，而一个明确的胜者尚未确定。 电池组件设计选择 传承OEM厂商通常采取以客户为先的方法，在不严格关注感知价值的情况下，向纯电动汽车架构中增加要求和复杂性。这种方式下，传统的级联要求和定义严格子系统接口的做法可能会限制简化能力并增加成本。尽管基于原理的设计有助于解决这些复杂性， 边缘情况要求（如热带气候条件下15年的耐用性）应与成本平衡或明确向愿意购买的买家宣传。 我们已经观察到中国厂商与现有OEM厂商之间的一些共同差异： —简洁设计。OEMs that have successfully reduced costs have developed innovative and simplified design approaches, such as the blade battery or prismatic C2P designs, which can reduce costs by more than €500 per vehicle, or single-stage charging, which can save up to €150 pervehicle. —产品规格。传统OEM有时会花费数百欧元以提供卓越的防腐蚀、刚度、抗冲击和终身密封特性。然而，这些特性并不总是向买家宣传。 —生产性资本支出。资本投资于电池包工厂主要受设备（约60%）、建筑和基础设施（剩余40%）驱动。生产资本支出占单位成本的约3%至5%，但仍需大量资本投资，并有助于整体商业案例。以下设计和建设杠杆可以帮助最小化前期投资： 产品设计驱动制造复杂性（例如，基于单元的设计有助于减少组装步骤，并可以简化制造）。 制造技术和测试标准高度依赖于工艺技术能力，从而推动设备需求和成本。一些亚洲设备供应商在降低整体资本支出的同时，展示了高水平的过程技术能力。因此，他们正在迅速拓展到其他地区。 生产要求（如清洁度和固化时间）以及所需的生产步骤数量，这两者往往是工厂资本支出的最大驱动因素，可以在产品设计阶段进行优化。 一流玩家可以将资本支出成本控制在每吉瓦时约400万欧元，或50吉瓦时电池组工厂的2亿欧元（约占单位成本的2至3%），这显著优于行业标准。 —设计为适用性。颠覆者通常限制了他们电池的可维护性（类似于笔记本电脑的电池制造商），而现有的原始设备制造商则接受更低的电池能量、更重的重量以及额外的成本，以便为更多组件提供可维护性。不幸的是，尽管有计划，但若干情况下更换电池可能很复杂，在经济上（在出现故障的情况下）很少有实际价值。 供应链和低成本化学制品 快速演变的国际政治形势制造不确定性关于关键组件的采购，例如电池单元和电力电子。3尽管中国制造的组件通常更具成本竞争力，许多在位原始设备制造商(OEMs)仍然从亚太地区、欧盟和美国（见图表3）以更高的成本采购组件，尤其是电池单元。 供应链安全可能显著影响电池电芯的采购决策，可能导致与中国境外的原始设备制造商（OEMs）在价格上做出妥协。虽然从欧洲或位于日本或韩国的工厂采购可以提供更大的弹性，但也可能因为能源和劳动力成本更高、规模经济较低以及材料更昂贵，导致成本高出15%至30%。 然而，中国以外的生产者韧性有限——尤其是在LFP供应方面——因为中国在很大程度上控制着供应链，因此能够获取最佳的原料来源。这种优势有时让中国电池厂商能够在保持价格具有吸引力的情况下，对西方客户的合同条款施加影响，鉴于中国电池生产者之间的过度产能和激烈竞争。 在市场供应过剩的情况下，满足客户需求方面的灵活性——例如，平衡NMC和LFP模型——已经成为首要任务。因此，许多原始设备制造商（OEM）正采用混合的“制造和购买”方法，有选择地外包某些电池型号，同时设立内部生产和与专业工程服务提供商合作。 上市时间与创新周期 现有OEM的开发周期通常是中国竞争对手的两倍，有时甚至接近十年。对于现有厂商来说，最大化工厂和设备使用周期的目标成为了快速采用新技术的相关障碍。对于以增长著称、不受资本支出效率指导的颠覆者来说，投资于新型包装架构的新生产设备负担较小。事实上，在顶级Gigafactory中，设备的资本支出效率仅占产品成本的不到3%，而材料成本则占到了90%以上。 展品3 为了赶上中国创新周期，老牌原始设备制造商可以考虑提前推出旗舰车型，并在规模扩展到整个车系之前，用它们作为测试新电池组的试验场。中国垂直整合也可以通过深入的合作和后期阶段的次级采购策略来应对。然而，老牌原始设备制造商需要重新学习如何快速创新，因为许多这种能力已经外包给了第一级供应商。 客户生命周期价值 尽管 upfront vehicle prices 仍然是影响客户接受度的重要因素，以下方面通常会阻碍纯电动汽车（BEV）的普及： —技术不确定性电池技术的演变以及电池组使用寿命，例如LFP和NMC化学成分的策略，仍然不确定。 根据驾驶员档案，电动汽车的电池组可以使用大约10到20年（见图表4）。鉴于更换电池的高成本，客户需要更有信心地认为购买一辆设计精良的电动汽车不会让他们面临相关风险。 —再出售价值今天大多数电动汽车的二手保值率低于同年龄和行驶里程的燃油车，一些电动汽车车型在三年内贬值幅度高达50%。这种非线性贬值与电动汽车的技术状况和实际价值不符。 —运营成本。不同地区的电价差异，尤其是公共和快速充电的高成本，可能会侵蚀电动汽车（BEVs）相对于内燃机（ICE）车辆在某些使用场景下的维护成本优势。除了具有竞争力的电费成本外，车辆效率——每公里电能消耗——对于使电动汽车具有吸引力至关重要。最近，越来越多的原始设备制造商（OEMs）专注于优化车辆效率，而不牺牲简便性或成本。 电动汽车公司在提供更高客户价值和降低运营成本的同时，还能提升二次销售价值——并最终优化总拥