揭開全新電動車平台MEB的神秘面紗(上)


▲VW逐步透露旗下全新電動車平台MEB相關信息,2022年該集團旗下4個品牌將在全球推出27款MEB(德文原文為Modularer Elektrobaukasten,英文為Modular Electric Drive Kit)平台車型。
 
Modularer Elektrobaukasten(MEB), The platform for new era
 
隨著正式問世的時間逐步接近,VW逐步透露旗下全新電動車平台MEB相關信息,2022年該集團旗下4個品牌將在全球推出27款MEB(德文原文為Modularer Elektrobaukasten,英文為Modular Electric Drive Kit)平台車型,覆蓋範圍從小型車到富有生活情趣的廂式車VW Bulli。擁有較強的擴充性,能夠同時滿足不同級別、不同類型的車都使用MEB平台,並實現插電式混合動力、純電池動力、混合動力等不同車型的模組化生產。為何VW投入鉅資研發MEB電動車平台?其技術特色又是什麼?請看我們的分析。
 
撰文=許鴻德 / Hunter Hsu
 
模組化平台理念真正發光發熱,源於1990年初期Ferdinand Piech領導VW從負債數十億美金的困境中起死回生,最為後人稱到的就是集團內車廠「共用車身平台」的策略,汽車銷售的競爭日趨激烈,消費者對產品品質的要求卻越來越高。為了對新產品比前一代進步的期待,同時兼顧壓低開發成本以及各國的文化及需求差異,以開發共用底盤、共用引擎等系統關鍵零組件來搭配不同外觀之車型以滿足不同階層車主的需求成為最佳解決方案。
 

▲能夠同時滿足不同級別、不同類型的車都使用MEB平台提供充裕的工程設計彈性。
 
模組化車身平台的堅決擁護者
 
在2015年深陷柴油引擎空污排放醜聞後,VW集團就確立了電動車的戰略發展方向,並隨即啟動全新電動車平台的研發工作,2016年MEB電動車平台的首款概念車I.D.正式展示在公眾面前,也預告量產車型預計將在2020年問世。截至目前為止,已有多款以MEB平台為基礎的概念車問世,包括電動客車BUDD-e、I.D. BUZZ及I.D. Vizzion。
  
沒有了橫置與縱置引擎室的設計限制,在技術上MEB將是比MQB涵蓋車型更廣的全新平台,在「Roadmap E電動化戰略」下,VW集團旗下4個品牌計畫在2022年推出27款MEB平台車型,覆蓋範圍從小型車到富有生活情趣的廂型休旅車VW Bulli。2025年集團旗下各品牌將推出包括50款純電動汽車及30款插電式混合動力汽車在內的共80餘款新能源汽車。最晚到2030年集團內全部車型將實現電動化!為了達成前述目標,2018年11月18日VW集團宣佈在2019年至2023年之間的4年間將斥資440億歐元(500億美元)用於建設新工廠、電動汽車、自動駕駛和移動服務,VW電動出行業務負責人Thomas Ulbrich在接受訪問時表示。
 
▲早在創立之初,VW工程團隊就熱衷於基於同一平台底盤打造各式各樣不同的車型,甚至可以追溯到商用車鼻祖T1車型(基於始祖Beetle底盤打造),而Porsche車廠的開山之作365車型也同樣是由Beetle底盤基礎而研發。 
 
即將問世的MEB電動車平台無疑是撼動汽車與電動車產業、也會流名青史的關鍵平台,該平台出自於率先於汽車產業引領平台模組化潮流的VW集團也不讓人意外。VW集團如今能夠成為歐洲汽車產業的霸主,過去對於新科技的追求功不可沒,最具代表性的例子就是「平台資源共享」策略。早在創立之初,VW工程團隊就熱衷於基於同一平台底盤打造各式各樣不同的車型,甚至可以追溯到商用車鼻祖T1車型(基於始祖Beetle底盤打造),而Porsche車廠的開山之作365車型也同樣是由Beetle底盤基礎而研發。1970年代VW車廠開始用A0級/A級/B級/C級/D級尺寸的車身底盤平台概念來區分旗下的迷你型車/小型車/中型車/中大型車和大型車產品,這也是該廠最早的平台雛形。
 
 而模組化平台理念真正發光發熱,源於1990年初期Ferdinand Piech領導VW從負債數十億美金的困境中起死回生,最為後人稱到的就是集團內車廠「共用車身平台」的策略,汽車銷售的競爭日趨激烈,消費者對產品品質的要求卻越來越高。為了對新產品比前一代進步的期待,同時兼顧壓低開發成本以及各國的文化及需求差異,以開發共用底盤、共用引擎等系統關鍵零組件來搭配不同外觀之車型以滿足不同階層車主的需求成為最佳解決方案。
 

▲從最早的PQ(橫置引擎)/PL(縱置引擎)12/25/35/45/46經典世代平台,到進入21世紀後VW集團的平台科技已遠超多數人的想像。
 
從最早的PQ(橫置引擎)/PL(縱置引擎)12/25/35/45/46經典世代平台,到進入21世紀後VW集團的平台科技已遠超多數人的想像:目前傳統燃油引擎新車型都將來自四大通用平台:包括以橫置引擎MQB平台為基礎推出中小型車;以引擎縱置模組化平台MLB(Modularer Längsbaukasten)為基礎推出中大型車以及改良平台MLB evo推出頂級旗艦車型;以引擎中置模組化平台MSB(Modularen Standardantriebsbaukasten)為基礎推出豪華跑車;最後以新款小型車系列NSF(New Small Family)平台為基礎推出小型車和微型車產品。
 
我們以2012年推出、至今多款量產車型已使用、採用新材料和新的生產工藝、專供橫置引擎使用的MQB平台(德文原文為Modularer Querbaukasten,英文為Modular Transverse Matrix)為例,這款被視為VW集團最重要的模組化平台適用於小型至中型轎車,覆蓋VW、Audi、Skoda與Seat等多品牌車型,包括Audi TT、A3、Skoda Superb、Karoq、VW Golf及Jetta均基於此平台打造。在過去十年內採用此平台售出車輛已多達近5,500萬輛!這主要歸功於模組化結構上可調整輪距、懸吊系統與軸距以開發不同車型;並可在同一條生產線上生產不同的車型,從而大幅提高了生產靈活性並降低成本。MQB平台衍生的第一款車型Audi A3將比上一代減重超過80公斤,而採用相同平台的七代Golf減重幅度更將達到220磅(將近100公斤)!假使以六代Golf 車型為基準,減重後的車重將由原本的1,190公斤降低至1,090公斤,以現行Golf車身尺碼來看非常難得(尤其是新一代車型其車身長度與寬度還將增加),甚至已比上一代Polo車型還要輕盈,原廠表示這能夠帶來23%的燃油效率提升。100公斤的減重將來自於電子系統(減輕6公斤)、引擎系統(減輕40公斤)、傳動系統(減輕26公斤)以及車身主體架構(減輕37公斤)。我們從MQB平台車型涵蓋了此前從PQ25到PQ46幾乎所有基本的產品,就可發現其不凡的工程潛力,雖然開發成本巨大,但通過模組化平台可降低約20%的製造成本,MQB平台每年就可為VW集團節約174億美元。該集團也證實未來還將推出MQB的升級版MQB evo平台。
 
VW集團的成功引發了汽車同業的仿效,今天多數大型汽車集團都不惜投入鉅資研發自有的模組化平台,以Mercedes車廠為例,其共用零組件計畫包括了調整工程及研發團隊,透過從縱向(垂直整合)組織模式轉到了橫向(水平整合)組織模式,不同車型間分擔研發成本的計畫還包括共用車內座椅結構、車用電子系統結構、感測器網路、線路和車用電腦軟體等。使用共同主要系統的優點是可以用更短的時間、更少的成本開發新車型。幫助該品牌推出多種車款搶佔各個利基市場(如掀背車、雙門跑車、敞篷車、旅行車、SUV、CUV等分眾級距)以爭取銷售量的最大化。 
 
▲VW集團最重要的MQB模組化平台適用於小型至中型轎車,覆蓋VW、Audi、Skoda與Seat等多品牌車型,包括Audi TT、A3、Skoda Superb、Karoq、VW Golf及Jetta均基於此平台打造。在過去十年內採用此平台售出車輛已多達近5,500萬輛!
  
專為電動車設計平台的必要性
 
摘要2=在新能源的大潮下,VW成為傳統汽車品牌中最早決定大力發展、也是轉身純電動車型最快的汽車巨頭,MEB電動車平台應運而生。而長期以來積累的模組化平台經驗讓其開發MEB等電動化平台得心應手,這是興起的全新電動車品牌難以企及的技術壁壘。模組化平台雖然先期投入巨大,但帶給VW集團的不僅僅是更快速的新車設計與節約生產成本,也能針對消費者的喜好更快的做出反應推出相應的產品。
 

 
該不該推出一款100%為電動車而生的平台?各大汽車集團內部都曾經有過激烈的爭論,就連專注於電動車產品的Tesla車廠創辦人Elon Musk也曾對旗下兩款產品Model X與Model S採用相同平台進行了反思,為了在Model X上多實現其他功能導致兩款車型的設計彼此限制,於是該廠尺寸更小的Model 3和Model Y在研發時決定直接採用兩個平台。但對於從燃油引擎動力車型起家的傳統車廠而言,進軍電動車市場意味著累積四大關鍵領域:底盤、電池、馬達、電池控制系統的核心技術。
 

▲早期由於產量與銷量較低與經驗不足,汽車工程師的第一選擇是電動車型與傳統引擎車型共用平台,包括Chevrolet Volt、Nissan Leaf與2013年推出的Golf車型電動版本都屬於此類。
 
 與傳統汽車三大核心系統(引擎、變速箱、底盤)不同,電動汽車的四個核心系統:底盤、電池、馬達、電池控制系統都已有成熟的供應體系,Tesla車廠的電池、電機都來自供應商(鋰電池是日本Panasonic的18650規格電池,這種電池常見於筆記本和智慧手機中,馬達則來自台灣富田電機。新進業者可以很容易在電機、電池領域趕上Tesla車廠,但真正的挑戰在於如何掌握電池控制系統以及車輛底盤平台設計,這涉及到造車的核心——車身安全領域的豐富經驗,而VW集團更是平台化造車的堅定擁護者,不論是過去PQ、PL平台兩大家族,還是隨後的MQB、MLB等模組化平台,都成為消費者心目中「先進造車理念」的代表。著眼於未來百萬甚至千萬規模的電動車銷售量,該集團砸下血本研發MEB電動車平台的決定不讓人意外。
 

▲電動車與燃油引擎車輛共用底盤導致諸多限制:電池模組和馬達往往被硬塞進之前放置引擎、油箱、變速箱的位置,最常見的就是在變速箱通道和座位下面的「T形電池模組」(大幅佔用車室內空間)。
從車輛操控及產品特色的角度來看,電動車專用平台也有其必要性!電動車底盤的設計經過超過10年的探索,早期由於產量與銷量較低與經驗不足,汽車工程師的第一選擇是電動車型與傳統引擎車型共用平台,包括Chevrolet Volt、Nissan Leaf與2013年推出的Golf車型電動版本都屬於此類。與電動車相比,傳統汽車心臟的引擎體積與重量顯著、形狀又不規則,不論是前置、中置,還是後置都各有優缺點,引擎位置對整車的外觀比例影響很大,而電動車的馬達體積卻小的多,所以電動車真正的設計障礙在於電池模組的位置(以及安全設計)!汽車工程師過去探索的方向有三個:配合傳統汽車底盤的佈局來放置電池模組、或將電池放到原本引擎的位置、最後才出現滑板(平台)式電池模組設計。
 

▲為了與燃油引擎車輛共用底盤導,結果就是車身重心大幅上移而導致車輛側傾明顯。
  
電動車與燃油引擎車輛共用底盤導致諸多限制:電池模組和馬達往往被硬塞進之前放置引擎、油箱、變速箱的位置,最常見的就是在變速箱通道和座位下面的「T形電池模組」(大幅佔用車室內空間),結果就是車身重心大幅上移而導致車輛側傾明顯。Tesla車廠的第一款產品Roadster將內含6,831顆電池的長方形的電池盒放在Lotus Elise車型的引擎室內,給乘客提供的體驗也就是一輛電動版的Lotus Elise(但車室內空間更小)。為此Tesla車廠第一款專門設計的電動車Model S就採用了滑板(平台)式電池模組設計,數千個圓柱形小電池被封裝為扁平的模組,這樣的設計有很多好處:首先是電池模組重心離地面較近提升了車輛操控性,馬達和其他電裝系統也能放在車軸的高度而加大了車室內空間。類似的設計哲學也出現在BMW i3車型上:碳纖維的「Life」車身框架安裝於鋁合金的「Drive」底盤模組上,Drive底盤模組包含電池模組、馬達和懸吊系統,BMW i3雖因尺寸限制而縮小了行李箱空間,但車室空間充分展現了滑板(平台)式電池模組設計的優勢:BMW i3的車身尺寸與VW Polo類似,空間感受卻接近BMW 3系列。

揭開全新電動車平台MEB的神秘面紗(下)

▲BMW i3雖因尺寸限制而縮小了行李箱空間,但車室空間充分展現了滑板(平台)式電池模組設計的優勢:BMW i3的車身尺寸與VW Polo類似,空間感受卻接近BMW 3系列。
 
MEB平台的設計特色
 
根據內幕人士透露,在啟動電動車平台MEB研發計畫前,VW管理層一度因成本考量而忽略工程團隊的建議,計畫所有電動車產品亦使用橫置引擎MQB平台,並認為以其龐大的銷售規模,鋰電池供應商能依據MQB平台的尺寸提供各類特規電池,結果卻是供應商均依技術難度過高為由婉拒合作,這最終導致了MEB平台的誕生。
 

▲為了有效控制車重,i3車架大量使用碳纖維複合材料以降低重量並確保剛性,但也造成了製造成本偏高的負面影響。
  
從技術角度來看,MEB是MQB平台的進化版:移除了橫向、前置引擎、前輪驅動佈局,並將電池模組及輪轂馬達融入其架構內。以目前公佈的產品規劃研判,MEB平台主要覆蓋了從小型車到中型車的產品系列,這意味著MEB平台可以通過改變軸距、輪距及座椅佈局達成較強的延伸性,以應用於不同尺寸車輛的生產需要。外觀酷似巧克力的動力電池(可搭配不同容量的電池,最大續航里程數達到550公里)放置於MEB平台的底板,位於前、後車軸之間,可實現車軸載荷的均勻分佈、並使車輛具有較長的軸距和較短的前後懸。為了搭配不同尺寸的電池,MEB平台的車輪位置盡可能地靠近車輛的四角、「四輪四角」的特徵更為明顯,帶來的是更大的駕駛艙空間和更高的坐姿。另有一款低壓電池位於車輛前部,其所處位置相當燃油引擎車型冷卻器的後側、其旨在為車載電子系統供電。MEB平台長度與MQB平台相近,但其內部空間卻更大,首款概念車I.D.就很好地展示了此一理念:I.D.車身長度僅有4,100mm,但軸距卻達到了傳統中型車水準的2,750mm。
 

▲在啟動電動車平台MEB研發計畫前,VW管理層一度因成本考量而忽略工程團隊的建議,計畫所有電動車產品亦使用橫置引擎MQB平台。
 
除了機械架構設計之外,動力鋰電池的空間配套設計(同時盡可能提高電池模組能量密度)已成為電動車平台的成敗關鍵!舉例而言,為了「打造最好的電動車」的堅持,Tesla工程團隊不斷挑戰鋰電池的能量密度上限(亦可降低整車重量),Model 3的車載電池的能量密度在業內名列前茅,且新款電池的鈷金屬用量也顯著降低。
 
與先前車型相比,該廠特別為Model 3車型設計全新的電池架構(採用體積較大的21700鋰電池電池芯),21700電池(直徑21mm,長度70mm)其尺寸比18650電池(直徑18mm,長度65mm)更大,若僅考慮電池芯單體的密集堆積進行測算,採用30支21700電池芯的模組體積是採用40支18650電池芯的模組體積的1.1倍,但重量則僅為後者0.97倍。在同等能量下,21700電池芯模組所需電池芯數量可減少約1/3,而電池模組內的金屬連接件數量減少還可進一步降低電池模組的重量。
 
而MEB平台可根據車型定位的不同搭配各種容量的電池,並能同時相容圓柱、方形和軟包電池芯的設計、完全不影響到系統整合性。未來以MEB平台而推出的車型,綜合續航里程可以達到400至600公里,同時支援15-30分鐘內充滿80%電量的高性能快速充電。值得一提的是由於軟包電池芯和棱柱型電池芯均可使用,幫助VW集團在與電池供應商的合作保留非常高的靈活性。受益於充分利用電池芯模組的最大化堆疊封裝密度,MEB平台實現了最高的電池能量密度等級,其能量密度和電池容量將在未來幾年繼續增加。
 
重要設計特色 相關內容
滑板(平台)式電池模組底盤設計 位於車輛後軸的電動馬達、位於車輛底部的平板式高壓電池模組、以及整合在車量前身的輔助驅動系統共同組成車輛底盤平台,而功率電裝系統負責連接並控制電池與馬達之間的高壓能量電流
車室內空間優勢 平板式高壓電池模組嵌入車底,使得電動車型具有更長的軸距及更短的前後懸,此舉的好處是更大的車室空間和更高、更舒適的坐姿
車身重心與操控性能 由於平板式高壓電池模組位於車輛中部,加上懸吊系統與副車架都重新設計,因此能夠實現接近50:50 的最佳前後重量分配,低重心和均勻的重量分配幫助電動車型締造動感又均衡的行駛表現
電池製造、組裝與安全性 MEB平台的鋰電池為鋁合金外殼,內置電池冷卻裝置和高電壓及低電壓車載電子系統接線系統,電池可搭配後驅或四驅等不同驅動設計之需要,電池模組結構佈局類似巧克力造型,因此電池安裝過程也相對容易

大手筆投入預約未來成功
 
對於VW集團而言,MEB平台的推出只是一個起點,除了推出電動車產品外,隨著技術進步,集團旗下車型換裝新系統後,將逐步實現數位化、網聯化及完全自動駕駛。MEB平台將與新一代的MQB平台並行使用,前者定位電動車,後者定位傳統車輛。旗下首款基於MEB平台打造的量產車型預計於2020年上市,基於該平台的車輛將由德國Zwickau工廠及中國佛山、上海安亭的工廠進行生產,而位於Emden和Hannover的德國工廠也將被改造成生產電動車型。VW電動出行業務負責人Thomas Ulbrich預估集團2020年有望售出約15萬輛電動車,其中包括10萬輛I.D.與I.D.SUV車型,I.D.家族車型銷售量預計將逐年成長,到2025年在全球範圍內將達到100萬輛,其中中國市場銷量預計約為65萬輛。
 

▲雖然MEB平台許多技術源自MQB平台亦降低了投入成本,但預估也將至2026-2028年電動車銷量達到每年200萬輛的規模時,屆時才開始出現投資回報。
 
雖然前景十分光明,但首先要面對的是MEB平台投入大量資源帶來的財務負擔,2007-2014年之間MQB平台技術的大量資源投入亦曾對VW集團造成沈重的壓力:2014年9月在VW集團高層會議中,當時財務長Hans Dieter Poetsch表達了因MQB平台耗資過高、導致集團或無法達到2015年的利潤目標的擔憂,部分採用MQB平台的車型盈利能力甚至不及舊款,例如新一代VW Touran的利潤/車價比例將從前一代的11%降低為4%,而下一代VW Tiguan車型的利潤率也只有8%。2007年開始研發MQB平台已耗資超過1,700億美元,其效益是省下20%的研發成本、30%的生產時間以及將近100公斤的原物料成本。投入大量資源所研發的新科技,肯定需要大量的銷量來分擔成本!雖然MEB平台許多技術源自MQB平台亦降低了投入成本,但預估也將至2026-2028年電動車銷量達到每年200萬輛的規模時,屆時才開始出現投資回報。
 

▲針對電動車設計的另一關鍵:電池安全性,MEB平台的鋰電池為鋁合金外殼,內置電池冷卻裝置和高電壓及低電壓車載電子系統接線系統。
 
不過擁有先進的技術並不意味在市場上的成功,過去Daimler集團在中國電動車市場的挫敗就是最好的個案。2011年3月比亞迪公司總裁王傳福率隊赴德與Daimler成功簽署關於在中國建立新能源車技術夥伴關係的諒解備忘錄;2012年5月「深圳比亞迪戴姆勒新技術有限公司」正式成立,僅一年後DENZA(騰勢)品牌就在深圳發佈。從紙面上來看,騰勢的兩位股東都是各自領域的翹楚。Daimler有先進的造車工藝、體系和百年的造車經驗,比亞迪則是當時中國電動車領域的龍頭。Daimler提供車輛平台,比亞迪負責三電系統,由此誕生的騰勢本應是強強聯合的結果。讓人跌破眼鏡的是成立至今8年,騰勢從始至終只有一個車型,且僅僅有過兩次更新換代——從騰勢300到騰勢400再到騰勢500。2014年秋,騰勢首款純電動車正式上市。2015年,騰勢賣出2800輛。2016年,騰勢全年銷量不增反降,僅賣出2287輛;2017年,其銷量情況稍有好轉,賣出了4713輛,但仍是墊底的合資品牌。直到今年累計銷量剛剛突破1萬輛,反觀比亞迪自家的e5,光是2017年就賣了2.4萬輛。從第一代車型上市開始,騰勢品牌2014年~2017年分別虧損2.6億、5.7億、13億、4.8億,共計虧損26.1億元人民幣,年均虧損6.5億,預估2018年虧損也不會小於5億,這意味著比亞迪與Daimler各自已經在騰勢上虧了15億元以上。
 

▲MEB平台的車輪位置盡可能地靠近車輛的四角、「四輪四角」的特徵更為明顯,帶來的是更大的駕駛艙空間和更高的坐姿。
  
外界認為騰勢銷量無法突破的原因是產品競爭力,但真正癥結在於兩位股東對這個品牌都沒有全力衝刺的決心:對比亞迪和Daimler來說,騰勢是維繫兩者關係的紐帶。騰勢的問題不在銷售通路上,根本還是在產品力上。兩位股東並非不知道問題所在而是不想做到多好,只是不要虧損就好。要做的更好的話需要投入更多資金、人力、物力,但雙方更注重各自品牌電動車的發展。雖然使用了Daimler的平台卻不代表騰勢就有30萬人民幣價位的產品力,最後拿出的產品太過平庸,向上比不過Tesla,橫向比不過同級價格帶的燃油車,向下比價格上又處於劣勢。而比亞迪一開始為騰勢配置其自身技術積累較深的磷酸鐵鋰電池,雖然將續航里程做到了250公里以上,但是保證續航需要更重的電池,這使得騰勢車型最終的重量達到了2.1噸,過重的車重直接影響到了騰勢車型的操控,其百公里加速時間超過了10秒,與「性能」二字完全不沾邊。未來VW試水中國電動車市場,亦得仔細擬定發展策略。
 

▲比亞迪一開始為騰勢配置其自身技術積累較深的磷酸鐵鋰電池,雖然將續航里程做到了250公里以上,但是保證續航需要更重的電池,這使得騰勢車型最終的重量達到了2.1噸。
 
在新能源的大潮下,VW成為傳統汽車品牌中最早決定大力發展、也是轉身純電動車型最快的汽車巨頭,MEB電動車平台應運而生。而長期以來積累的模組化平台經驗讓其開發MEB等電動化平台得心應手,這是興起的全新電動車品牌難以企及的技術壁壘。模組化平台雖然先期投入巨大,但帶給VW集團的不僅僅是更快速的新車設計與節約生產成本,也能針對消費者的喜好更快的做出反應推出相應的產品,這無疑達成了雙贏的結果。MEB平台能否複製其前身過去30年的成功?值得大家持續觀察。