动力电池加锰,已到造富前夜丨36氪新风向lite
文 | 周有辉、高雅
编辑 | 彭孝秋
这是一个动力电池抢钱时代。
锂电池造富运动刚开启,就已经有一大波上游公司股价涨上天。比如磷酸铁锂材料第二的德方纳米涨了7倍,三元材料第一的容百科技涨了4倍。
所以每一次技术变革都值得重视。相比还在主流的磷酸铁锂,磷酸锰铁锂已经蓄势待发。
36氪研究采访市场多方变量后发现,磷酸锰铁锂商业化的临界点确实已经到达。
产业链的每个位置都在尝试抓住商机,对于动力电池这一创新点稀缺、却又呈现需求向上的赛道来说,不容错过速度的竞赛和新材料带来的激情:
7月,欣旺达、亿纬锂能和宁德时代已将磷酸锰铁锂电池样品给车企送测;上游材料企业试图尝试新可能,比如三元材料龙头当升科技、容百科技也推出磷酸锰铁锂电池,意味着一只脚已踏入这一市场;处于电池位置的比亚迪被传出正在测试德方纳米的B样品的消息、宁德时代说其自研的电池M3P(磷酸锰铁锂-三元掺混的电池)最快今年底量产。动力电池研发量产一般要经历ABC三个阶段,交付B样品意味着电池研发已经到达第二阶段,即电芯研发验证已完成,将产品组装进模组或电池包。
换句话说,此刻距离装车测试、最后大规模量产,仅约需1~2年的时间。
这无疑让在动力电池上寻找创新可能的从业者们看到了一个刺激点。
因为围绕动力电池,创新可能性可分为材料创新、结构创新和快充技术三种,这是一项可替代性少、需长线投入的马拉松生意,因此锂电凶“锰”,新一轮竞赛已经拉开帷幕。
锰,在元素周期表上原子序数为25,排在铁元素前一位,在自然界中仅存在与铁所形成的矿石之中。
过去,锰最大的用途是作为不锈钢的材料,防止其生锈或者腐蚀,有95%以上的锰用于钢铁冶金行业。但就和原本只用作农业化肥的磷一样,因为动力电池行业的突飞猛进,锰也展现出大规模跨界应用在锂电池的可能性。
这一浪潮正席卷产业链的每一个参与者,上至锰冶炼的化工厂,下至正极材料厂商,核心推力来自于对新技术极为渴求的动力电池和整车厂,一场围绕材料创新的造富运动似乎又将上演。36氪经过采访多家相关公司和投资机构,试图回答以下问题:
1、为何锰元素在今天可以成为动力电池材料创新的主角?何以在此刻突破商业化的临界点?
2、元素变化之下,这场材料变革中的参与者都有谁?处于什么位置的企业更有优势?
3、锰对上游产业的影响有多大?未来会成为继锂、镍、钴之后的第四种电池金属吗?
一、锰的时代怎么现在来了?磷酸锰铁锂,顾名思义,是在磷酸铁锂中掺杂一定比例的锰元素,是目前业内有明确共识的技术升级路线。
掺混锰元素后,磷酸锰铁锂的电压平台(4.1V)更高,相较磷酸铁锂(3.4V)可以提高15%-20%的能量密度,能量密度决定了动力电池的续航水平。根据中银证券测算,磷酸锰铁锂的原材料成本比磷酸铁锂低约28%(锰铁比7:3)。
磷酸锰铁锂和磷酸铁锂性能对比
如何进一步理解磷酸锰铁锂的成本优势?
对比同一产业位置的晶圆制造可以发现,宁德时代的成本结构中超过80%都是直接材料费,人工和制造费用降低空间极小,而中芯国际的直接材料费仅为9%。
动力电池与晶圆制造成本端结构差异 图源:天风证券
动力电池中,正极材料的成本占比又超过了40%,所以即便是15~20%的能量密度提升,在上游锂矿价格疯狂上涨的情况下,磷酸锰铁锂所能降低的综合成本也相当可观。而发展数年的磷酸铁锂电池也将达到理论的能量密度上限。
横向对比固态电池、钠离子和氢能这类对电池行业有颠覆性变革的前沿技术,磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂的升级路线似乎并不性感,但胜在短期内商业化速度更快,能够看到市场前景。
因为动力电池行业仍属于传统的电化学产业,创新速度相对缓慢,产品需要在上下游间来回验证,不可能出现像芯片在过去六十余年中,基于摩尔定律下的性能飞跃。
事实上,磷酸锰铁锂也并非全新的技术体系。早在2013年,比亚迪就对外透露了这项技术,声称可以将市面上的磷酸铁锂电池90Wh/Kg的能量密度提升至150Wh/Kg,达到主流三元材料的水平。
布局更早的还有美国化工巨头陶氏化学,陶氏在2008年就通过收购一家瑞士公司HPL,获得了磷酸锰铁锂的基础专利。后来曾一度卖出了40吨磷酸锰铁锂给中航锂电(中创新航前身),同时送样给中国及日本的电池厂或车企,如比亚迪、丰田、松下、日立。
不过,当时国内政策环境没打开这一技术的商业化窗口。因为成熟的磷酸铁锂体系是向磷酸锰铁锂升级的充分且必要条件,而彼时整体的液态电池技术都还未发展成熟。
这之前,磷酸铁锂是否被市场买账和补贴强烈相关。2014年,新能源补贴政策倾向于高能量密度电池,有性能优势的三元材料装车量渐渐压过了磷酸铁锂。
彼时,因补贴变动,磷酸铁锂装机量出现断崖式下跌,使得磷酸锰铁锂技术方案被尘封,陶氏化学、比亚迪等公司都在2015年、2016年相继退出或终止研发。
这一技术路径选择直到2020年才出现拐点,比亚迪通过刀片电池的结构创新解决了磷酸铁锂能量密度较低的问题,重新将其推向了市场。
刀片电池将单体能量密度提高至160Wh/Kg~180Wh/Kg,循环寿命超过4500次,寿命是普通三元电池的三倍以上。
更重要的是,下游市场对电池材料综合性能(如安全性、快充技术、产品成本)的需求,超过了对续航里程的单一追求。因此,随着刀片电池产能爬坡,以及一众动力电池厂商的跟进,磷酸铁锂的装机量迅速攀升。
2022年上半年磷酸铁锂正式超过了三元,这使得磷酸锰铁锂技术重新获得青睐,吸引各大厂商跟进布局。
这是上游技术创新研发投入应用于下游的大规模市场反馈,经过市场验证之后才能得以看清技术路径的标准答案。
2015-2022M5 磷酸铁锂与三元锂装车量
此外,逼近商业化临界点的另一核心因素是新能源汽车市场的结构变化。
例如,宁德时代率先推出的M3P电池,所适配的是A级车和B级车,续航里程将超过700km。A级车是国内乘用车最主要的细分市场,占比达 55%-60%,但2021年纯电车仅占5.7%。
进一步分析,磷酸铁锂得以超过三元的重要原因正在于A00级车型的推动。2021年,A00级车市场基本被新能源车所占领,电动化率达到了95%+,而其他级别为8%-20%,形成极大反差。超低价的五菱宏光mini EV在2021年贡献了42.6万辆,销量仅次特斯拉。
2021年1月-2022年5月新能源汽车分级别销量
可以预见,作为家庭首购之选,A级和B级车(价格约为10万-20万元)将成为新能源车渗透率继续上升的主力车型。
如上图所示,2022年1-5月,A级车销58.0万辆,同比增长157%;B级车销55.0万辆,同比增长112%,增速均超过了A00级车。所以,磷酸锰铁锂的装机量或将极大受益于这一趋势变化。
二、巨头已拿到门票作为一项被重新推向台前的技术,磷酸锰铁锂相关的创业公司却寥寥。
原因在于入场券难抢。目前对磷酸锰铁锂布局最深入的仍是巨头公司,其核心优势就在于生产制造的壁垒。因为磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的制备方法有相似性,技术升级路线相对平滑,拥有资金和客户资源的玩家已将产能规模拉至万吨级别。
换句话说,磷酸铁锂龙头拥有竞争的先发优势。
依次按磷酸铁锂材料的市占率来看,湖南裕能、德方纳米、常州锂源、江西升华、融通高科等正极材料公司的第一大客户均为宁德时代。
2021年磷酸铁锂市场格局
2021年宁德时代和比亚迪磷酸铁锂动力电池装机量分别为42.9GWh和25.2GWh,两者吃下了磷酸铁锂市场绝大多数的份额。宁德时代的布局速度也是最为领先的。
以宁德时代宣布量产的M3P电池为例,M3P即为掺杂30%-70%的磷酸锰铁锂-三元方案。据中泰研究调研,已量产的电池预计为30%与中镍三元的掺混方案。
宁德时代背后的重要供应商就是德方纳米和江苏力泰锂能(宁德时代占有16%的股权),均是业内拥有磷酸锰铁锂制造专利和成熟产线的企业。据公司公告,德方纳米已规划的磷酸锰铁锂产能已达到44万吨,总投资约为100亿元。
那么,产品大规模量产的具体技术难度在哪?
力泰锂能曾在去年9月办过一场内部的技术交流,受访的高管就提到:磷酸铁锂是半导体,加点碳就可以,但锰铁锂是绝缘体,颗粒还很小导致加工技术路线很难。行业内的技术路线都还没有统一。
具体而言,磷酸锰铁锂的制备方法可分为两种——固相法和液相法,方法的原理就是混合锂化合物、铁化合物、磷化合物以及锰化合物,让其在特定环境下发生反应。
前者是将原料研磨成粉末直接混合,成本较低但可能混合不均匀,后者是将原料溶解在溶剂中进行反应,性能更好,但操作流程更复杂且可能反应不充分。
磷酸锰铁锂主流制备方法固相法和液相法
力泰锂能、湖南裕能均使用固相法,而德方纳米是液相法的头部企业。综合国金证券的调研信息,年产1万吨磷酸锰铁锂所需的投资额,如果用半固半液法生产约为1.8-2亿,和生产磷酸铁锂差不多,如果用液相法生产将高出0.2-0.6亿元。
高投入的产能投资和需要时间积累的客户资源,也加高了创业公司入局的门票钱。
君盛投资宋宇董事总经理对36氪分析道,“动力电池正极材料的改变一直在进行,但基本没有创业公司的机会了,因为这个领域的改进是渐进式的,不是变革性的。那么这些巨头的生产能力和研发实力会碾压创业公司。”
在磷酸锰铁锂商业化落地在即的趋势下,最先铺开产能的公司无疑会先淘得第一桶金。例如,三元材料龙头的容百科技(市值624亿元),就选择用收购来缩短与对手的产能差距。
7月21日,容百科技宣布以3.89亿元的价格收购天津斯科兰德,后者已经拥有了6200吨年产能的产线,掺混方案的产品循环寿命已达3000次,和主流的磷酸铁锂电池持平。容百科技创始人白厚善表示,过去容百一直没有参与磷酸铁锂的竞争,但现在磷酸锰铁锂是一个新的机会,接下来将借此踏入磷酸铁锂阵营。
而目前,36氪看到的磷酸锰铁锂创业公司仅珩创纳米一家,其创始团队来自陶氏化学以及GE,首席科学家余心迪博士曾是陶氏化学磷酸锰铁锂项目的核心研发人员。
据了解,珩创纳米正在盐城建设年产5000吨的磷酸锰铁锂产线,年底将投产。今年2月,珩创纳米获得了过亿元pre-A轮融资,由悦达投资领投,高瓴创投、沃衍资本、创维集团等机构跟投。
“目前其他企业的核心技术壁垒在于组分及制造专利,但我们买断了陶氏化学关于磷酸锰铁锂所有核心的专利,这是很多大厂所不具备的。”珩创纳米联合创始人林芝青博士告诉36氪。
珩创纳米所买断的磷酸锰铁锂组分专利中,中国专利覆盖了磷酸锰铁锂中锰含量超过70%的专利权益,国际专利覆盖锰含量大于50%的专利权益。
这意味着,在国内,正极材料的锰铁比如果超过7:3将需要支付给其一部分专利费用。而基于核心的组分专利,珩创纳米能直接从基础化学结构上改进材料特性,技术迭代速度更快。
三、第四种电池金属?事实上,磷酸锰铁锂所带来的更大变量还在于锰金属本身。
“锰有可能成为未来正极材料中比较重要的元素,高电压平台/高克容量的几种材料体系中都有在加锰。”招商局创投丁立德对36氪表示。
这是因为,除了磷酸锰铁锂,还有锰酸锂、富锂锰基、钠电池中的锰基高锰普鲁士白、固态电池中的镍锰二元等新电池技术路线,锰都是其中必不可少的电池金属。
相对于磷酸锰铁锂,用于两轮车的锰酸锂已经在去年大规模应用,2020年锰酸锂材料在二轮车电芯市场出货规模中排名第一,市场份额达45%。而目前钠电池最有前景的应用市场为储能,这意味着,锰在未来的动力电池和储能电池的发展中都不会缺席。
基于此,中信证券研报表示随着新型锰基正极材料的渗透率提升,有望使得锂电池行业用锰量在2021-2035年间增长超过10倍。受益于三元正极材料和锰酸锂材料出货量的快速增长,预计2025年锂电正极材料用锰量将超过30万吨,2021-2025年复合增长率为32%。
在上游,国内相关的锰业上市公司红星发展、中钢天源和湘潭电化股价都在迅速拉升,7月中旬均走出了50%左右的上涨行情。上涨的核心逻辑与磷化工企业类似——即在新能源仍处于卖方市场的情况下,借由已有的原材料优势,直接从传统化工股转变为了炙手可热的新能源标的。
从工艺流程上说,磷酸铁锂主要由碳酸锂和磷酸铁两个部分组成,磷酸铁生产链为磷矿-高纯磷酸/工业磷酸一铵-磷酸铁。磷化工和钛白粉企业都拥有低成本生产磷酸铁的能力,进入磷酸铁锂几乎没有门槛。
图:磷矿-磷酸铁锂产业链概览 图源:方正证券
在磷酸铁锂爆火之后,上游多家磷化工巨头例如川恒股份、中核钛白和兴发集团,基于原材料来源、加工技术、成本控制的优势,也通过和锂电池下游厂商合作,或入股相关企业等方式,切入磷酸铁锂正极材料。
其中中核钛白就在去年2月,拟投资121亿元投产50万吨磷酸铁锂项目,随后市值一度从150亿拉升至394亿元。
对照磷化工的行业发展脉络,锰金属的大规模应用也将带给上游材料入局的机会。锰矿提炼出的产品主要分为电解二氧化锰和高纯硫酸锰,均为下游电池行业的重要原料。
以湘潭电化为例,其电解二氧化锰的现有年产能达到了12.2万吨、高纯硫酸锰的年产能达到了1万吨。据了解,湘潭电化的高纯硫酸锰已进入宁德时代供应链。
再如,钠电池三条路线之一层状氧化物路线,所用的过渡金属锰原材料是二氧化锰和硫酸锰。这条路线的重要玩家中科海钠,已在7月28日于阜阳投产全球第一条钠电池产线,产能为1GWh。中科海钠的第二、第三大股东为山西华阳股份和华为哈勃投资。
值得一提的是,湘潭电化在2016年时就参股创立正极材料公司湖南裕能,后者现任董事长谭新乔曾在湘潭电化担任董事长超过八年。作为初创公司,湖南裕能仅用五年时间,两次利用股权置换获得了正极材料关键技术,做到了磷酸铁锂阵营第一。这些操作正是出自湘潭电化高管团队的手笔。
裕能作为绑定宁德时代和比亚迪的正极材料供应商,磷酸锰铁锂的商业化加速,无疑也将层层传导至湘潭电化。
就目前已验证商业化能力的方案来看,磷酸锰铁锂不仅可以纯用,完全替代磷酸铁锂作为动力电池的正极材料,也可以混合三元材料配合使用,降低对稀有金属比如钴的依赖,从而提升一定的安全性和成本优势。
不过,任何化学物质都有优势和劣势。
劣势上,锰含量的增加会使电解液接触锰的数量增加,使得锰在充放电循环中的溶解,从而影响电池的循环次数,这暂时限制了磷酸锰铁锂的纯用路线。
相对而言,第二条路线锰含量较低,相关技术也更成熟。林芝青告诉36氪:“磷酸锰铁锂的高电压平台跟三元完美契合,混合20%的条件下对能量密度下降影响很小。另外由于磷酸锰铁锂耐热性能好,可以抑制三元极端情况下的氧释放,可以明显提升三元材料的安全性。”
因此,多家动力电池厂商率先推出的,都是磷酸锰铁锂和三元混合的正极材料方案。但这仍然是一种过渡方案,在走过这波行情之后,锰金属能否真正成为“第四种电池金属”,让产业链上生长出更大的企业,还有待时间考验。
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一文了解线控制动市场格局——7家公司10款产品盘点
当驾驶员将车辆的驾驶操控完全移交给自动驾驶车辆的车载计算机系统后,方向盘、油门和刹车,就都完全由电子信号控制了(之前是通过机械液压的方式),这就是所谓的“线控执行”。线控执行主要包括线控油门、转向、制动。
由于电信号传递快于机械连接,线控可为自动驾驶提供更高级别的安全守护。如常规制动系统响应时间为 300-500 毫秒,ibooster的响应时间为 120-150 毫秒,布雷博的线控制动系统响应时间只有 90 毫秒,线控制动距离相应缩短。大陆宣称在30km/h 时启动行人保护时,MK C1刹车距离能从 6.8 米减少为 4.1 米。
线控制动属于执行层部件,制动信号的产生可以来自踏板,踏板行程传感器测量到输入推杆的位移后,将该位移信号发送到ECU,由ECU 计算制动请求;也可以由ECU根据场景需要主动生成制动需求。
三大独立线控系统中,线控油门普及率最高,在具备ACC及TCS功能的车辆上,线控油门已成为“标配”;线控制动和线控转向因为早期技术上的不成熟导致消费者使用感受不如传统机械系统,且线控技术是由行车电脑对执行机构进行调节控制,责任归属方面很难理清,种种因素阻碍了其在市场上的普及推广。
其中,线控制动是最关键的、也是难度最高的。而近年智能网联汽车的快速发展,为线控技术来了新的生机。
在自动驾驶时代来临之前,供应商们曾先后为传统汽车推出过如下几款线控制动产品:
爱德克斯开发的ECB,1997年起应用在丰田Prius上;
博世开发的SBC,2001年起应用在奔驰CLS跑车、SL跑车和E级车上;
天合开发的SBC,2009年应用在福特的Fusion和Mercury Milan上;
布雷博开发的Brembo BbW,2014年起应用在多款F1赛车上。
这些产品,无一例外地存在质量缺陷,Brembo BbW曾在F1赛事上连续三年引发重大事故,而其他几款更是引发过数万辆、数十万辆规模的整车召回。
目前,这几款引发过事故的线控制动产品都已经被淘汰,爱德克斯和布雷博现在还在被使用的同名产品,都已经过改版。
制动产品发展到现在,已经经历了三代,最开始的一代为机械制动系统,随后通过是发动机提供助力制动,第三代产品是脱离发动机助力而采用电力助力和数字控制,即线控制动。
第四代制动产品,将会是带冗余机制的线控制动,主要是为自动驾驶汽车而开发。
目前,可供应/即将供应适用于自动驾驶汽车的线控制动产品的,主要有博世、大陆、采埃孚(包括天合与威伯科)、日立(包括泛博制动)、爱德克斯、布雷博几大公司。
表:国内外线控制动产品方案 公司及产品产品特性、进度及市场等博世:iBooster产品特性1.在紧急情况下,iBooster能在150毫秒内获得所需的制动压力。2.与ESP? hev协调工作时,可实现几乎100%的制动能量回收。 3.在全力减速的情况下,iBooster与ESP(刹车电子稳定系统)可以互为制动冗余。4.虽然技术和成本都不如大陆的MK C1,但胜在量产工艺容易掌握。进度1.iBooster的专利最早于1992年由德国Teves申请,后来大众收购Teves。2003年经大众进一步发展,2007年基本定型,2008年大众授权专利给博世。2.博世于2013年正式推出iBooster。3.2016年初,博世推出了第二代iBooster,结合蜗轮蜗杆和滚珠丝杠,仍然是二级变速。4.2017年出货量170-180万套。当年在南京建厂生产第二代。2019 年,博世在南京的 iBooster 生产基地已经投产,产能将达到 40 万件。其对于南京工厂的计划是,至 2024 年达到 320 万件的产能。根据罗兰贝格的报告,iBooster的量产价格约为 2000 元。市场大众全系列电动车、特斯拉全系列、蔚来、小鹏、理想、通用凯迪拉克CT6、雪佛兰Bolt和Volt、本田CR-V、比亚迪e6、荣威、领克、奇点is6、法拉第未来FF91。博世:IPB产品特性将iBooster和ESP的功能整合到一个盒子组成IPB(integrated power brake),即OneBox方案,体积大大缩小,重量也降低不少,相比iBooster+ESP成本也降低了。可搭配RBU(Redundant Brake Unit)作为制动冗余。RBU直接与主缸连接,依靠主缸的制动液减压,主缸再通过RBU与IPB连接。进度2020年在苏州工厂量产。市场1.由博世跟通用联合开发的,卡迪拉克在2019年发布的XT4是全球第一个用博世IPB的量产车型;在2020年上市的比亚迪“汉”是中国第一个使用博世IPB的量产车型。2.IPB可取代二代iBooster应用于L2级自动驾驶汽车;IPB+RBU,实际上是双重冗余,可应用于L4级自动驾驶,本田于2021年3月份上市的Legend(L3)将搭载这套制动系统。大陆:MK C1产品特性1.能在150毫秒内获得所需的制动压力;2.采用紧凑型装置,实现系统减重30%。3.可实现100%的制动能量回收功能。4.与MK 100 ESC 的衍生产品MK 100 HBE(液压制动系统,经常进行自我检测,以时刻保持100%的可用性)合二为一,形成OneBox方案,相当于博世的IPB,具备制动冗余。5.技术水平较高,且成本低,制动配置更加灵活,可靠性更高,但量产工艺比较困难。进度 1.MK C1系统于2010年推出,2016年开始投产,但直到2017年才解决OneBox方案的量产工艺。这7年间,大陆痛失线控制动市场。2.具备制动冗余的OneBox方案于2017年8月推出。同时,大陆宣布这套产品将被配置到客户的高度自动化驾驶车辆中。3.2020年底将在中国工厂生产。市场1.2017年版的阿尔法罗密欧Giulia上率先使用。2.2018年后,MK C1打破了博世ibooster一统江山的地位,先后应用到奥迪E-Tron全线、宝马新X5及X7等车型上。未来,宝马可能全线导入MK C1。采埃孚(天合):IBC产品特性1.融合了传统的助力器以及ESC等多个系统,提高了性能表现。2.可在一定范围内减少制动距离,同时还能支持100%的能量回收。3.EPB(电动驻车制动器)作为紧急情况下的制动冗余。进度1.IBC的开发团队2012年被天合收购,天合于2014年被采埃孚收购。2.2018年底量产。2020年之后进入中国市场。市场1.支持所有类型的传动结构,可为混动车和电动车集成再生型制动技术。2.已拿下通用等几家车企的订单,如雪佛兰?Tahoe、 Suburban、GMC Yukon和凯迪拉克Escalade等。采埃孚(威伯科): EBS3(2016版)产品特性1.应用于卡车,可实现牵引车和挂车之间的制动一致性。2.可调节每个车轴上的压力,以实现制动力的最佳分配。3.广泛的集成诊断和监视功能不断对EBS进行自我检查。4.搭配EPH作为制动冗余。进度威伯科于1996年在业内首次推出商用车EBS(跟戴姆勒联合开发),2012年推出首款用于混合动力卡车和客车的EBS,截至2016年已迭代至3.0版。市场1.适用于纯电动、混合动力。2.采埃孚以70亿美元收购威伯科,就是为了进攻商用车自动驾驶市场。采埃孚计划通过开放式的标准接口快速连接虚拟驾驶员与非线性控制系统,从而降低未来整个生态圈对于底盘控制执行的开发投入。日立(东机特工):E-ACT产品特性1.E-ACT制动大约为 120-150 毫秒,。2.可以回收几乎 99%的刹车摩擦能量。3.电子驻车制动系统(EPB)作为冗余。4.一开始就采用滚珠丝杠做力矩变换,将电机旋转力矩转换为水平移动力矩,直到2016年博世第二代iBooster才达到此技术水平。进度2009年就应用于量产车上推出,比ibooster还早。市场1.可同时用在混动和电动车上。2.除丰田外,大部分日系混动或纯电车都采用E-ACT,最典型的就是日产Leaf(E-ACT的专利权归日产,但是生产制造是日立负责)。日立(泛博制动):Smart Brake产品特性1.在四个轮子上同时产生相互独立的制动力。2.专门针对自动驾驶设计的,有冗余。进度1.由泛博制动研发,但泛博制动在2019年被日立收购。2.2019年6月在瑞典 Arjeplog向少部分客户展示,2021年发布,2025年量产。爱德克斯:ECB(2015版)产品特性1.与旧版的ECB相比,响应速度更快,可产生更平稳的制动感觉,能量回收率也更高。2.可支持 ADAS。进度ECB曾在2009年引发事故,2015年10月,爱德克斯推出了升级后的ECB。市场1.纯电平台和混合动力都可使用。2.用于丰田普锐斯和雷克萨斯的混合动力上。3.2019年4月,爱德克斯与电装、爱信精机、捷太格特成立合资公司J-QuAD DYNAMICS,新公司在满足丰田的需求之外,还将向欧、美、中市场的汽车制造商供应面向自动驾驶的线控制动系统。克诺尔:EBS产品特性1.EBS将制动控制、ABS 和 ASR的基本功能集成到一个电子系统中。2.可消除传统机械阀件的响应迟滞,有效的缩短制动距离。3.EBS闭环控制可使车辆的制动力分配与载荷分配相匹配,提高交通安全性及行车的舒适性。1. 可作为辅助功能平台,具备和衍生各种附加功能,如蹄片磨损调节功能、缓速器集成管理控制功能、进站停车控制、坡道起步辅助、制动辅助帮助功能以及耦合力调节。2. 搭配ESP作为冗余。市场可支持4S/3Ch至 10S/8Ch,应用范围可从2轴的客车直至4轴的卡车。比亚迪 宇通、NEFAZ、一汽解放+智加、东风商用车+赢彻。布雷博:Brembo BbW 产品特性1.制动响应时间100毫秒。2.将自动适应车辆的负载条件,从而保持制动空间恒定。3.后续将增加冗余功能,满足自动驾驶的需求。市场
布雷博的线控制动起初主要用于赛车上,但早期的产品存在质量缺陷,曾在2014-2016连续三年的F1赛事上有引发事故。布雷博从2018年开始决定进攻自动驾驶市场,但目前尚无可支持自动驾驶的量产产品。
在技术层面,与传统的机械制动方式相比,线控制动的最主要特点是:1.反应更快,能在更短的时间内刹车;2.结构更简单,重量更轻;3.能量回收能力强,将刹车过程中摩擦产生的能量都有效利用,延长续航里程;4.有备用制动系统,提供冗余功能。 不过,眼下,以线控制动的实际表现来看,用在L2级自动驾驶汽车上尚可,但要用来支持L4级自动驾驶,则面临的挑战会非常大。 在上表中列举的可用于自动驾驶的几款线控制动产品中,采埃孚(天合)的IBC刚上车不久,尚未经过大规模验证,日立(泛博制动)的Smart Brake尚未量产,而已经量产上车的几款,如博世的iBooster、大陆的MK C1、日立的E-ACT,则均已在过去几年被爆出或大或小的事故。 事故产品/车型事故简介原因分析 iBooster本田CR-V,雪佛兰Bolt/Volt “本田CR-V在高速上车速大概为70-80km/h,突然刹车硬了刹不下去,仪表盘提示:请检查制动系统、检查胎压监测等。只能慢慢停靠在停车带上,强制熄火,过了几分钟后车子又回复正常。”2017年8月12日到9月6日,在汽车日报论坛里爆出的CR-V刹车失灵事故就多达17起,东风本田被迫召回了30509辆全新CR-V。iBooster的控制软件设计有缺陷——由于车辆震动,该软件可能会产生误判(误判刹车系统失效),从而启动制动后备模式,导致制动故障灯点亮及制动踏力增大。雪佛兰Bolt/Volt“时速35公里时,踩了刹车将近1秒钟之后才有反应。”(出自雪佛兰电动车论坛和Car Complaint,2018年3月)NAACT日产Leaf日产Leaf在极其寒冷(华氏零度,即摄氏零下18度以下)的条件下会出现刹车失灵问题。具体症状是,需要用更大的脚力踩刹车才管用,但这会延长刹车距离、拖延时间。(2015年2月,加拿大。在舆论压力下,日产被迫在美国市场召回Leaf 45859辆,在加拿大召回 679辆。)车辆熄火后,制动系统中继电器箱里的低温度高湿度环境会使继电器终端结冰。结果,在车辆下次启动后,电流及电信号无法及时被输送到制动系统里面。 MK C1阿尔法罗密欧Ciulia欧盟委员会向阿尔法罗密欧发出安全警告,称2016年3-6月生产的Gilulia上所使用的线控制动包含了带有瑕疵的电子元器件,可能引发制动故障,有造成人员伤亡的风险。(2016年11月)包含了带有瑕疵的电子元器件,可能引发制动故障。罗密欧车间内部在做质检的时候发现有两辆车的制动力不足,可能造成刹车系统失灵、制动效果下降,甚至完全失灵,直至在毫无提醒的情况下遭遇车祸。(2017年11月23日)制动系统的制动液和离合器油均遭一种矿物油污染——该矿物油与制动液不兼容。
博世的iBooster,是目前市场占有率最高的线控制动产品。在产品设计中,iBooster与ESP互为制动冗余,这使iBooster在一定程度上满足了自动驾驶的需求。
不过,作为制动冗余的ESP仍然是传统电液压的东西,所需要的刹车时间为iBooster等主制动系统的的三倍。并且,每一次使用,柱塞泵都要承受高温高压,频繁使用,会导致柱塞泵发热严重,精密度下滑,导致 ESP寿命急剧下滑。
但在本田CR-V的那起事故中,在iBooster失灵的时候,作为冗余的ESP也亮起了故障灯——这意味着,主制动系统和制动冗余系统同时出了问题!这种“双重不靠谱”,不仅无法应用在L4级自动驾驶,甚至应用于L2级自动驾驶也有点勉强。
L4级自动驾驶必须具备电子冗余,不能单纯依靠机械冗余,否则要求驾驶员在段时间内接管车辆就会陷入责任划分的泥潭。针对这种潜在风险,博世又在iBooster的基础上推出了One Box方案,即将iBooster和ESP的功能整合在一起的高度集成化产品IPB,同时,又为IPB配备了RBU作为制动冗余。这就实现了机械冗余+电子冗余的双安全失效模式。
实现了双重冗余的IPB+RBU方案,可支持L3与L4级自动驾驶。
大陆集团的线控制动MK C1,在供给阿尔法罗密欧时,尚未解决OneBox方案的生产工艺问题,因此,并不具备制动冗余。如果MK C1失效,系统会通过警告灯提醒驾驶员。驾驶员是最终的“制动冗余”的实现方,可以踩踏板制动。
到了2017,OneBox方案的生产工艺问题已经接近,大陆推出了能满足L3以上自动驾驶需求的OneBox方案,即将MK C1与冗余系统MK100 HBE集成到同一个盒子里。如果主制动系统完全失效,MK 100 HBE 单元将利用两个前轮对汽车实施制动,起到防抱死制动系统的作用。
如果主制动系统的机电执行器和泵的功能发生故障,但控制阀未受到影响,则MK 100 HBE单元会进入协同制动模式,一部分液压会被送入静止的 MK C1的功能阀,以驱动后轮制动系统。
大陆在官网对MK C1的介绍中都特别提到了“适用于高级自动驾驶”“制动过程无需人工干预”,而在2019年的上海车展上,大陆中国区CEO汤恩明确宣布:MK C1能满足L4级自动驾驶的要求(但由于成本原因,MK C1+MK 100 HBE整套方案目前还没有已公开的量产订单)。
但其他几家的线控制动,目前最高只能支持L2。
采埃孚的官网上明确说,IBC适用于“半自动驾驶”。采埃孚-天合的首席工程师Ajey Mohile在接受媒体采访时说,IBC“没有真正的冗余”。
威伯科方面也开诚布公:威伯科的EBS“不具备冗余功能,需要跟其他系统如EPH来做冗余。目前最多只能支持L2。”
爱德克斯的官网上明确说,EBC可支持ADAS,即不超过L2。考虑到丰田自动驾驶的重点在L2上,也许,未来相当长一段时间内,爱德克斯都没有太强的动力推出可支持L4的线控制动。
除前面提到的供应商外,奥托立夫、日信、万都、摩比斯等公司也可提供线控制动产品,但离自动驾驶的需求还相差甚远。
中国国务院发布在2020年11月的《新能源汽车产业规划(2021—2035)》,明确提出来要攻克线控执行系统,作为“卡脖子”的核心技术。
中国公司中,万向钱潮、万安科技、亚太机电、拿森、伯特利等都在研究线控制动技术。其中,亚太机电的IEHB已实现集成装(北汽银翔)车,拿森的Nbooster已在2019年1月份成功装配于北汽EC3,伯特利的WCBS也已计划于2020年5月份开始量产。
伯特利具有成熟完整的 ABS、ESP、EPB 技术,尤其 EPB 技术可作为线控制动的电子冗余,One-box方案进度领先其他国内厂商。
这几家供应商的线控制动产品,都盯上了自动驾驶市场,但产品的成熟度及可靠性还有待市场验证。
One-box方案已成为主流趋势
定义one-box方案和two-box方案的标准在于AEB/ESP系统是否和电子助力器集成在一起。在tow-box方案下,作为冗余的ESP和电子助力器是相互独立的,而在one-box下,电子处理器本身就集成了ESP。
One-box能实现更高的能量回收效率,并且;由于集成度高,体积和重量大大缩小,成本也更低。但技术上的挑战并不少,比如,需要与踏板解耦,由于踏板仅用于输入信号,不作用于主缸,而由传感器感受踏板力度带动电机推动活塞,踏板感受需要软件调教,可能有安全隐患。
这些技术难题导致one-box方案量产时间较晚。如博世的Ibooster,第一代和第二代均采用two-box方案,最新一代IPB才采用one-box方案。采埃孚EBB属于two-box方案,IPB属于one-box方案;大陆MK C1和伯特利WCBS则直接采用one-box方案。
纳科诺尔2023年净利润增至1.24亿元再创新高:锻长板 塑新板
纳科诺尔(832522.BJ)交出在北交所上市后的首份年报,2023年营收9.46亿元,归母净利润1.24亿元,在前面两年高速增长的基础上再迈一个台阶,创下历史新高。
公司保持业绩持续增长的内在逻辑,是深耕锂电池辊压设备领域,形成技术优势,成为宁德时代、比亚迪长期稳定供应商,站上国内市场领先地位,并不断加大研发创新,保持和巩固领先优势。
与此同时,公司也积极寻求向更多领域拓展,不断拓展辊压机在其他行业的应用,包括钠离子电池、干法电极等领域,甚至是碳纤维等跨度较大行业。
锻长板,塑新板,有助于纳科诺尔将锂电池辊压设备领域的成功经验复制到更多行业,释放更多成长潜能。
净利润增至1.24亿元再创新高
挖贝研究院资料显示,纳科诺尔主要从事高精度辊压设备的研产销,主要产品为锂离子电池极片辊压机,客户包括宁德时代、比亚迪、松下、日立等海内外知名新能源企业。据招股书披露,公司是国内锂电辊压设备领军企业,2022年市占率23.4%居第一位。
近日,公司交出一份漂亮年报,2023年营业收入达到9.46亿元,同比增长25.03%,归母净利润1.24亿元,较上年提升9.33%。
更加难得的是,公司2023年营收利润双增长,是在前两年业绩连续高增长的基础上实现的。2021年,公司营收同比增长3倍,实现扭亏为盈;2022年营收继续增长94%,近乎翻番,净利润同比提升285%,迈上亿元大关。
作为行业头部企业,纳科诺尔亮眼业绩是伴随行业高速增长而实现。据介绍,自2020年起国内动力电池市场出现井喷式增长,纳科诺尔业务规模高速增长。自2023年以来随着国内动力电池市场趋于平稳,公司业务规模增长在合理区间。
锻长板+塑新板,释放更多潜能
选好赛道很重要。
根据纳科诺尔在业务布局方面的战略规划,主要是两点,锻长板和塑新板,也就是在保持和巩固现有锂电池生产设备国内市场领先地位的同时,积极寻求多领域拓展,以形成新增长极。
为筑高在锂电池生产设备领域里的竞争壁垒,2023年,公司持续加强研发创新,整合邢台、深圳、常州各地技术资源,统一部署,重点突破,以自主研发为主,与下游领域龙头企业或清华大学、燕山大学等相关科研院所合作开发为辅。全年研发投入加大至2288万元,研发人员从81名增加到102名,新增11项发明专利权、69项实用新型专利权,专利数量累计达147项。
为实现科研成果落地应用,公司积极推进研发项目进展,包括电池极片辊压精确控制技术及装备开发与工业应用研究、高精度超宽幅电池极片辊压机产业化等。研发工作中,公司基于对辊压基础理论与工业应用研究的深度理解,结合辊压工艺数学模型、AGC泵控节能系统、高精度热辊压技术、工业大数据智能化模型等先进技术,进一步提升了锂电池极片辊压质量与工艺装备水平。
产品端,公司于去年5月推出了自主研发的多功能压延覆合补锂实验机和宽幅高分子辊压机,新品将以更高性能满足国内外客户多场景应用需求。
纳科诺尔持续锻长板的同时,也通过塑新板来释放更多潜能。一方面,公司将根据钠离子电池、干法电极、固态电池等技术发展方向和进度,利用现有的技术研发优势,不断开发适合客户工艺新需求的产品。另一方面,进入跨度更大且前景广阔的其他行业,重点开拓碳纤维、高分子成型、膜材拉伸等设备的开发工作。
公司向新领域扩张的脚步已经迈出。去年5月,公司推出与清研电子联合研发的干法电极成型覆合一体机。结合研发项目情况来看,公司干法电极设备研发、碳纤维预浸线的研发等项目已经在开发中,部分项目瞄准进口替代。比如碳纤维预浸线的研发,致力于提升国产碳纤维预浸布设备的性能和工作效率,替代国外高端碳纤维预浸布设备。
锻长板+塑新板,纳科诺尔走向从1到N。
本文源自挖贝网