便宜的电动车最难造,比亚迪的“成本经”

便宜的电动车最难造,比亚迪的“成本经”
2022-06-01 09:20:19 ipo观察

在新能源汽车领域,比亚迪的优势继续扩大。

根据乘联会发布的数据显示,今年4月份整体汽车零售量仅为104.3万辆,同比下降35.5%,环比下降34%。但是比亚迪却取得了4月份的车企销量冠军,4月销量为10.5万辆,相比于去年同期增长了138.4%。

比亚迪是4月份排行榜中唯一一家销量正增长的品牌,也是自主汽车品牌第一次问鼎单月销冠。作为造车新势力代表的蔚来、小鹏与理想汽车合计销量尚不足比亚迪的五分之一。

颇有意思的是,一直以来“蔚小理”的毛利率均远超比亚迪,而这三家造车新势力却依然处于亏损状态,2022年一季度比亚迪却出现了超过8.08亿元的纯利。

大众掌门人曾表示,便宜的电动车最难造。尤其在2022年,在芯片等零部件紧缺、上下游原材料上涨的影响下,长城欧拉黑猫、白猫到领跑T03、再到奇瑞QQ冰淇淋,这些车要么选择停止接单,要么涨价,否则只会越卖越亏。中低端市场才是最难啃的骨头,比亚迪能做到盈利,只是因为它能够把成本做得更低。

比亚迪元老级人物和汽车销售公司老总夏治冰说:“比亚迪的核心绝招就是成本、加上效率及人才的使用。”

显然,轰轰烈烈造车几十年,比亚迪已经形成了一套独特的控制成本的方法论。

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技术迭代降本

亨利福特通过内燃机技术的进步,让制造发动机和汽车的成本大幅降低,使得燃油汽车走入普通人生活。

同样,新能源汽车要想替代燃油车,作为占据整车约40%成本的核心部件锂电池必须降下来。

早年间,中国新能源汽车推广没有达到政策预期目标的一个很大的原因,就是就是动力锂电池价格居高不下。虽然补贴可以把价格降到内燃机的水平,但未来随着补贴下降,可能会劝退很多人。

因而,对整车企业而言,在控制成本这一环,电池尤为关键。

比亚迪以充电电池起家,创始人王传福把成本概念发挥到了极致,在手机电池市场杀出一条血路。这一优点在新能源汽车业务上也得以延续,从一开始的电池路径选择就能够看出。

多年以来,中国新能源汽车动力电池的发展一直存在方向性争议:主要是三元锂、磷酸铁锂之争。

在三元电池和高端电动汽车崛起之前,磷酸铁锂电池就占据了国内乘用车大部分装机量,但后来在行业对能量密度的追求下被不断边缘化。

而在那时,几乎只有比亚迪仍然坚持着磷酸铁锂的路线。哪怕已经被后来者宁德时代超越,走下国内电池第一的王座,比亚迪虽然一度在电动车上改用三元电池,也自始至终没有放弃过磷酸铁锂。

在锂电池的技术路线上,王传福之所以一直坚持磷酸铁锂电池,成本是第一考量。王传福曾表示,比亚迪从2008年就决定坚持使用磷酸铁锂电池,这背后的主要原因是,三元电池用了很多钴、镍,中国没有钴、镍也很少,中国不能从石油的卡脖子转成钴、镍的卡脖子,真正大规模使用的电池不能依赖稀有金属。

以正极材料命名的磷酸铁锂电池则不含任何贵金属,主要原料氧化铁、碳酸锂在中国储量非常丰富,如果下游新能源汽车市场需求放大,其上游材料在规模效应的推动下,成本将直线下降。相比三元电池成本更低、循环寿命长,但电压平台和压实密度较低,导致整体的能量密度也较低。除此之外,磷酸铁锂电池最大的优点还是安全性高。三元材料的脱氧温度是200℃,放热能量超过800J/g,无法通过针剌实验,表明了三元电池在内部短路的情况下,很容易引发安全事故,这就需要极高的整车安全设计水平,整车成本也更高,比如特斯拉就得花费巨额成本制造电控安全系统。

比亚迪这种以成本为先的思维,其实也跟它的客户类型有关。一开始新能源主要市场其实是在商用车领域,对于商用车,成本和安全性是首要考虑的问题,其次才是续航,并且这方面也能通过增大电池组来弥补,诸如公交车这样的商用车也并不缺少布局大电池的空间,这也直接决定了磷酸铁锂成为那一时期主要使用的电池类型。另外,这些公交、政府公务车每天大多有固定线路和频次要求,属深充深放,三元锂电在DOD95%以上的条件下,容量衰减速度很快,循环寿命仅为磷酸铁锂电池的一半不到。

而在乘用车领域,受制于成本,早年间人们买电动车主要是为了获得一个绿色排照,并不是为了让它长期使用。

比亚迪第一款搭载磷酸铁锂电池的混合动力车是2008年上市的F3DM,当时的售价是14.98万元,虽然看着不贵,但这款车除了动力系统,其他一切东西和比亚迪F3一模一样,但售价却比F3高出了将近一倍,而且还是补贴后的价格,电池成本占了将近5万。

当时动力电池的电芯1kwh的成本大约1500元左右,一辆纯电动汽车电池容量大多在40~60kwh之间,算下来仅仅电池成本就需6万~9万元,很大程度上限制了新能源汽车的普及。

国家新能源汽车创新工程项目组组长王秉刚认为,电动汽车在没有财政补贴的情况下,只有电池成本做到600元/kWh及以下时,才具备与传统燃油汽车抗衡的竞争力。

于是,比亚迪就不断通过技术迭代降低磷酸铁锂电池成本,提升能量密度,使其在乘用车上能有更好的经济实用性。

电池的技术迭代,大概是两种:改变形状或者改变材料。

比如三元电池将正极材料中镍、钴、锰的比例不断调整,从早期的“5:2:3”到“6:2:2”再到“8:1:1”,化学活性较强的镍所占比例不断提高,成本较高的钴不断下降。但是在动力电池中高活性的镍元素比重越大,正极材料的热稳定性越低,当电池遇到高温或者外力冲击事可能更容易引起热失控。

而改变形状,一个简单的逻辑就是将电池尺寸放大,提升单个电芯能量密度,减轻成组的复杂程度,在有限的空间里尽可能多地塞进更多电芯。由于电池组所需电芯数量减少,金属外壳占比减少,结构件和焊接数量也显著减少,成本也就随之下降。

比如特斯拉从最早的18650圆柱电池,到21700圆柱电池,到2020年9月发布的4680圆柱电池,电池的直径不断变大,单颗电芯的容量相比21700提高5倍,同时创新的采用了全极耳技术降低内阻大幅提升了电池功率,成本随之下降。

比亚迪在改变形状和改变材料上都有布局。

早在2015年比亚迪就曾申请过磷酸锰铁锂相关专利,此前比亚迪董事长王传福曾表示,比亚迪新一代的磷酸铁锰锂电池,能量密度已经达到了三元材料的密度,且从成本角度比三元材料更具经济性,不过至今仍未量产。

磷酸铁锂理论能量密度大概在160Wh/kg,比亚迪的单体电池目前能量密度已达到130Wh/kg,几乎触碰能量密度的天花板。

在业内人士看来,在中国新能源汽车补贴对能量密度要求的压力下,电池企业通过正常的化学材料体系发展,在材料端去迭代完全来不及,最优的方式就是优化结构。简单来说就是,既然锂电池本身没办法大幅提高能量密度,那提高续航更快的办法就是:堆数量。

近年比亚迪的重心也放在电芯尺寸结构优化的道路上。锂电池有三种封装形式,分别是:圆柱、方形、软包。

圆柱电芯是电池领域最为古老的形状,其工艺当时最成熟、成本也最低。但是比亚迪并没有采用这个包装技术,重要原因在于,即圆柱电池成组时,电池排布上会留下很多“死”空间,体积利用效率较低,不利于体积能量密度的提升。

比亚迪是从电池起家,然后开始造车,它从电池设计开始就考虑电池与车辆的匹配,因而采用方形电池,方形电池外壳采用铝合金工艺,重量比钢制外壳减轻了30%左右,制造难度比圆柱电芯要高很多,但成组比较简单。

从比亚迪对外公布的数据看来,它的技术迭代思路是坚持将电池做长做薄,电芯尺寸已经超越同期其它电池企业,例如2008年的F3DM电芯尺寸是356*100*28,而欧洲2012年左右出台的标准方形电池尺寸为EV(173*115*45)。

便宜的电动车最难造,比亚迪的“成本经”

比亚迪当时能做出如此尺寸的电芯,应该是得益于自主研发的设备能够支持这种电芯的生产。比亚迪 60%的生产设备实现了自主研发。相对国内其他汽车企业,这是相当惊人的比例。自行研发相应生产设备,因此其设备迭代、工艺的进化都非常快。传统的电池企业要生产动力电池,就必须把设备厂商聚集起来商量,等设备商明白需求并研究出来新的设备以后,工厂再进行采购用于生产,整个周期至少要耽误2~3年时间,或者说技术将落后2~3年。

而宁德时代的生产设备主要依赖外购,供应商的设备能力以及宁德时代自身考虑旧设备的利用,也限制其将电芯一步到位做很大。

终于,比亚迪在2020年在磷酸铁锂电池上有了一次较大的技术突破——刀片电池横空出世。目前刀片电池是将电芯长度可以根据电池包的尺寸进行定制,根据比亚迪专利显示,LFP 刀片电池长度最长可以达到 2500mm,是传统普通磷酸铁锂电池的 10 倍以上,要知道此前刀片电池做到1米都很有难度。

同时刀片电池在装配时可以直接跳过“模组”这一层级,直接组成电池包,在空间利用率上提升了 50%。本来磷酸铁锂电池能量密度约为三元电池的80%左右,但通过这种布局改变的方式,让电池包能量密度与三元电池不分上下,搭配刀片电池的比亚迪汉(配置|询价) EV 综合工况下的续航里程达到 605 公里。

由于 LFP 材料的安全性和刀片电池特殊的结构,LFP 刀片电池通过针刺测试无起火、无爆炸的现象,且针刺试验时表面温度维持在 30~60 度,具有超级强度超级安全特点。

2020年,全球镍、钴资源紧张,三元电池大量应用导致市场价格暴涨,中国这两种元素的贮量根本无法支撑,三元电池成本居高不下,特斯拉赶紧与宁德时代商讨磷酸铁锂电池的生产,电池的主流技术路径的核心已经开始从“密度”到“成本”的转变,更安全、成本更低的磷酸铁锂电池开始“回归”主流,2020年磷酸铁锂电池的装机量在7月就实现了对三元锂电池的反超。

当然动力电池的结构创新,并非比亚迪一家,从模组来说,就从355模组到590模组,到宁德时代的ctp(无模组)再到国轩高科的jtm(从卷芯到模组),都是一种创新,都能量和存储效率都有所提升,但是在成本上要赶上比亚迪仍需要一点时间。

光大证券分析师认为,宁德时代CTP磷酸铁锂电池包的成本为0.57元/Wh,根据全国能源信息平台,行业平均磷酸铁锂电池成本0.65元/Wh,而比亚迪刀片电池的成本为0.42元/Wh,相较宁德时代成本降低15%。

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自主研发降本

2022年比亚迪成为第一家官宣停产燃油车的企业,其实和很多官宣自己将进军纯电动领域的车企不同,比亚迪在纯电动市场之外,还保有了插电式混动技术。

我国一直是纯电动和插电式混合动力两条新能源汽车技术路线并行发展的路线。即使新能源发展到今天,公共充电桩分布极度不均的问题仍未解决,TOP10 省份总量占到了全国公共充电桩总量的 70%。由于新能源汽车的一些基础配套设施,如充电桩、充电站等远远不够,燃油车向纯电动过渡的注定是一个漫长的过程,而在这期间,插电混动汽车将成为重要的过渡车型。

但是在这个领域,丰田是当之无愧的王者,自1997年,丰田推出第一款油电混动车型——普锐斯后,20余年间,丰田混动已经在全球卖出了1800万辆车,牢牢占据了全球90%的混动市场份额。所以业内曾有句名言:“混动领域有两家公司,一家叫丰田,一家叫其他”。

丰田的整套混动的核心系统就是这套行星齿轮机构,媒体口中的E-CVT变速器,专门为混动车型而准备的动力分配机构。

行星齿轮可以巧妙的让发动机、电动机构成并联——发动机和电机一起驱动车辆,或者串联模式发动机发电,一个电机充当发电机,另一个电机充当电动机驱动车辆,丰田THS构造最为特殊,通过行星齿轮组实现了油电动力耦合,节省油耗同时明显改善驾驶体验,驾驶十分平顺,这个动力分配机构是有专利的。

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在企业创立初期,企业的很多产品都是模仿其他公司的产品, 因为能够显著地降低成本,然而不利的方面主要是这种做法会遭到竞争对手的知识产权诉讼,同时也不利于实施逆向工程的企业培育创新能力。

这种模式并不稀奇,日韩汽车企业的快速崛起,都经历过从模仿到改进再到自主设计之路,比亚迪也是如此,它早在电池生产领域学会了如何进行合法的模仿,即专门寻找那些没有专利保护的产品或技术进行模仿,并在模仿中不断学习、消化,最终将这些技术变成自己的技术。

为了能以低成本和高速度跨越跨国车企诸多的设计和技术门槛,比亚迪建立了上百人的团队专门研究全球的专利技术,大量使用非专利的技术,并在此基础上进行组合集成和创新。比亚迪每年在专利维护方面的投入多达 5000 万元,对于专利发明人的奖励高达平均 10000 元每人次。

不过丰田的混动技术并不那么容易学习。“按照丰田的混合动力车道路走下去,肯定就死定了。”王传福说。这会一下子就进入它的专利陷阱里面不能自拔,丰田的混合动力车方案确实很独特,后进者怎么绕也绕不开它的专利壁垒,而且也获得不了它的授权,因为丰田只想卖车,不想有竞争对手。

为此,比亚迪只能研发自己的混动技术,对于丰田的专利,比亚迪采取绕过的方式。

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2009年2月,比亚迪自主研发设计并生产的全球首款不依赖专业充电站的双模汽车——F3DM搭载DM 1代混动技术正式上市,没有行星齿轮这类动力分配机构,只有简单的几个离合器,两个电机和1.0升的发动机在一个轴上,这个轴通过减速直接驱动车轮。

比亚迪采用的技术路线是先用燃油发动机发电,再通过电机带动车辆运行,需要两次能源转换才能驱动汽车前进,间歇运转发动机,也饶开了丰田的专利,不过跟本田的混动技术有些相似。

这种模式有一个致命弱点,就是在并联模式下,发动机转速和车轮直接相关,速度高了,发动机转速很快,噪音震动很大,舒适性很差。

比亚迪曾经想在发动机和轴直接加上一个变速箱,但是当时比亚迪在自己没有变速箱技术,所以,F3dm只能尽量用串联回避这个问题,导致当时F3dm只有省油的特性,没有混合动力车加速快的优点。

2011年,比亚迪研发出了自己的双离合变速器及双离合电子控制软件的完全自主设计能力, F3dm上的难题才有了解决办法。

随后比亚迪在插混技术上持续投入,2013年,比亚迪推出DM 2代技术,同年12月搭载DM2.0系统的秦DM上市。DM2.0较一代技术结构上有较大改动,单档减速器升级为6速双离合变速箱、双电机简化为高转速单电机,动力性能大大提升。秦DM在试驾会上百公里加速5.9秒和百公里平均油耗1.6L的亮眼成绩得到市场的广泛关注,迅速成为中国新能源汽车销售冠军。

另外,在混动系统上,发动机依旧是一个无比重要的单元,没有高效的发动机,即便混动逻辑再优异,也无法实现领先的低油耗。比亚迪也自主研发了电混专用的阿特金森循环发动机,将发动机的压缩比提高到了15.5,使得热效率达到43%,而目前技术下汽油机的热效率普遍在35%-40%左右。

如今比亚迪DM混动技术已经迭代到第四代,油耗经济性优势明显,比亚迪秦 PLUS/驱逐舰05(配置|询价) DM-i 车型在空间尺寸基本相当的前提下实现油耗最低,可实现 3.8L 百公里油耗。

2019年,丰田宣布无偿共享混动技术,尽管混动相关专利开放了,但是要想使用丰田的THS混动系统,都必须使用丰田的THS混动专用变速箱,这套混动系统还需要丰田来标定,因此软件标定部分也需要花钱,所以保守估计,没有混动技术的企业外购这套硬件+软件的成本就需要4-5万元,极大拉高了造车成本。

自主自产让比亚迪的DM-i拥有超强的成本控制能力,整套混动系统的成本能够控制在1万元以内。券商研报显示,DM4.0已经基本实现与同级别燃油车的“购买平价”(考虑补贴的情形)。

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低成本铸就高性价比

纵观百年汽车制造历史,先后发生了有数的几次划时代的革命性变革:福特发明了大规模装配流水线;通用创立了先进的现代汽车管理公司;丰田创建了丰田生产方式(TPS)。

低质低价的发展路径等于死胡同,高质高价的路径已被欧美车企占满,日韩车企相比欧美,为中国市场提供了高质低价的产品,留给中国车企可走的成功路径已经不多,似乎只有高质更低价一条道路。

比亚迪走的也是这样一条路,诞生之初起,比亚迪一直声称要造“中国人用得起的优质车”,从F3开始,比亚迪就成了“插标杆专业户”,F3白金版将中级车带入5万区间;F6财富版将中高级车拉入7万区间,如今比亚迪无论是20万左右的汉和唐,10-15万左右的秦和宋,都有比亚迪新技术的加成。

目前比亚迪应用的技术说不上高精尖或者是巨大创新,但是,它的“成本智慧”并不像表面看起来那样容易复制,其虽然模仿、参考竞争对手的产品,但并不止步于此,比亚迪掌握了核心技术,将这些技术融合并持续进行研发创新后,继而拥有了领先的新技术。

凭着工程师文化和事在人为的精神,比亚迪才能够持续证明着自己在解决复杂的工程技术难题上的能力,并总是能够比其他大多数人找出更高效、更省钱、更优化的解决方案,从而形成独特的成本优势。

这种优势转化为市场就是性价比很高的产品,也将成其他车企难以逾越鸿沟,因为其它车企很难在同样的成本下造出同样性价比的车。比如在10万元级别的车型中就能用到比普通电机更强、更低能耗,更低的噪音的扁线电机,这种电机以往都是用在保时捷电动跑车车型中的,但过去保时捷扁线电机是用手工生产,成本居高不下。

试想,未来如果比亚迪明五十万价格却达到数百万超跑的配置,还能有不错的利润,别的车企真能做出比这有吸引力产品吗?

过去,燃油车发动机和变速箱的技术堡垒,以及各种技术专利,使我们在技术上很难突破。中国作为世界第一大燃油生产消费市场,已经被固化在整车组装环节,每生产一辆汽车,就为国外企业赚一次钱。如今,内燃机时代正走向没落,电力取代燃油,传统车企的发动机、变速箱、燃油喷射等技术将变得再无用处,这对汽车产业无疑是颠覆性的革命,而对中国汽车产业也是一个弯道超车的机会,或许走低价高质路线的比亚迪未来也能在这个领域杀出一条血路。

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