研制“胖五”心脏内这个不起眼的零件，科学家竟花费了12年
蒙蒙娱速递关注 2021-10-27 12:51
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长征五号B型运载火箭是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭，氢泵叶轮是火箭液氢液氧发动机的核心关键部件，研发难度极大，不仅因为它的工作环境苛刻，还因为它的铸造强度比较低。使用粉末冶金成形的工艺方法，更加节省材料，可以承担较高的转速，并且更为可靠。什么是粉末冶金成形？粉末叶轮怎么做？他们如何助力长征五号首飞？
出品：格致论道讲坛
以下内容为中科院金属研究所研究员徐磊演讲实录：
我今天给大家分享的主题是“氢泵叶轮攻关记”。
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这张照片我们一定不太陌生，这是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭：长征五号B型运载火箭。
在火箭液氢液氧发动机的心脏部位，有一个至关重要的核心部件，就是图片中画红框的位置。
为了这个核心关键部件，我和我的团队用了大概12年的时间，才把它研制成功，这个零件就叫“氢泵叶轮”。
我们首先看一下氢泵叶轮的工作环境和工作地点。
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左图是它工作在液氢液氧发动机的氢涡轮泵中，红圈的部位就是氢泵叶轮的工作地点。
右图是我们现在做的给长征五号配套的XX-77和XX-75D的氢泵叶轮。
它看起来不是那么大，怎么研制起来难度这么大，用了十几年的时间？
我们先要看一下它的工作环境。
氢泵叶轮工作在氢涡轮泵中，也就是液氢的环境中，是零下253度。
它的作用是将火箭体内大量低温低压的液态氢气高速输送到燃烧室中，与燃烧室中的液态氧气爆炸混合，对火箭产生推力。
如果想在短时间内将液态氢气输送到燃烧室中，叶轮的转速达到每分钟35000转。
在如此高的转速下，它的轮缘线速度达到每秒430米，这是什么概念呢？
声音的速度是每秒340米，它比声音的速度还要快。
为了更形象地介绍氢泵叶轮的工作环境到底有多么苛刻，我举一个例子。
2012年，我针对这个问题，向当时长征五号火箭的副总师王维彬请教。王总告诉我，液氢经过氢泵叶轮加压以后，泵后压力达到16.5兆帕。
这就意味着氢泵叶轮要在短时间内将液氢输送到两万多米的高空，也就相当于三个珠穆朗玛峰的高度。
这么严苛的使用环境，除了要求材料在低温下有很好的强度外，还要保证它能够平稳稳定地运转。
这就和汽车动平衡比较类似，如果汽车车轮动平衡不好，会带来几个问题：第一，方向盘抖动；第二，车轮抖动；第三，轮胎异响，可能还会翻车。
因为火箭发动机氢泵叶轮是输送动力的，如果它运转不平稳，火箭会因瞬间丧失动力而坠毁，这个恶果非常可怕。
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长征五号运载火箭研制初期，氢泵叶轮采取传统的精密铸造的方式来制备，但精密铸造有它本身难以克服的“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
另外，它的铸造强度比较低，材料如此高强度地运转，经常会出现掉块的现象。
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如同照片中的红色部位，叶轮做完实验后，叶片掉一块，边缘也掉一块。
有时掉块恰好会堵住燃料管道，有一次堵住管道后把发动机试车台都烧红了，险些造成爆炸，酿成重大的安全事故。
此外，我们采用工业CT对叶轮的叶片进行了探伤，我们发现，它有一些“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
这种缺陷在高速旋转的过程中，会给用户带来很大的安全隐患。
粉末冶金成形
用户一直为氢泵叶轮头疼，因为铸造叶轮出现这么多问题，就想着能不能采取一种新的成形工艺方法解决这个问题。
这个答案是肯定的。
因为早在上世纪八九十年代，美国和俄罗斯这种航天强国，他们也发现铸造叶轮存在安全隐患，纷纷采用粉末冶金成形的方式制造了氢泵叶轮，并获得了很好的效果。
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什么是粉末冶金成形？
简单地说，粉末冶金是精密铸造的升级版。
精密铸造采用的原材料是熔融的金属液体，它的成形方式是这样的：把金属液体熔化后，浇铸到预先制备的模壳中，模壳一般都是陶瓷材料所做的，金属液体在模壳中逐渐凝固，形成铸造合金，最后把模壳敲掉，得到精密铸件。
而粉末冶金采用的原料是松散的粉末颗粒，是将粉末填充到模具中，模具通常用术语，叫做“包套”。
包套的作用是容纳变形，紧接着松散的粉末颗粒在高温高压下发生烧结，致密化形成一个致密的粉末合金，最后再将包套去除掉，就得到了粉末零件。
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粉末冶金既然在国际上有这么多应用，美国和俄罗斯都纷纷采用这个方式制备氢泵叶轮，那么它有什么好处呢？
第一，省料。
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左上角是我们为航天用户做的一个盘件，我们的毛坯重量不到20公斤。
这个盘件交给用户后，用户再简单地加工几个安装边，打几个孔，就可以投入使用了，时间不超过一周。
而采用传统的铸造加锻造方式，第一个问题是费料。
这个毛坯的重量是150公斤，150公斤的毛坯交付给用户后，还要经过将近60天，也就是两个多月的精加工，然后上五轴加工中心铣出零件。
此外，由于这个饼子是锻造出来的，轮盘的边缘和中心还存在一些性能的差异，会在使用中带来安全隐患，用户也是不满意的。
另外，最重要的一点，粉末合金有一个无可比拟的天然优势，就是材质均匀、成分均匀。
下面这两张图是采用X射线三维成像技术得到的，就是对粉末合金的成分和锻造合金的成分进行切片扫描。
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图中色差变化不大的，就说明它的成分均匀、材质均匀性好。
右图是锻造的，可以发现黑色和白色的亮暗不同的条带，说明成分是不均匀的。
这种不均匀的材质如果是一个转动件，在转动过程中有很大的安全隐患，所以这就是粉末合金的另外一个优点。
我国是从什么时候开始研制粉末冶金成形部件，特别是粉末氢泵叶轮这个零件的呢？
我所在的金属研究所钛合金研究部，一直在持续追踪国际上先进钛合金的发展方向。
2005年，我们在国家的支持下，建成了国内第一台洁净雾化的钛合金制粉设备。
很有幸，2008年，我们承接了国家长征五号叶轮粉末冶金氢泵叶轮的研制项目，也就是从12年前，我国正式开始粉末冶金氢泵叶轮的研制工作。
大图模式.
这台设备的作用，就是将右上角那块红布上放的致密的合金锻棒变成松散的合金粉末，就是预合金粉末。
粉末合金的制备
有了粉末后，我们就去制备粉末合金。我们要进行性能摸底，我们制备的粉末合金究竟能不能达到用户的使用要求？
粉末合金的制备分为以下几个部分。
第一，要制备包套。包套的英文单词是capsule，就是胶囊的意思。
大家都吃过感冒药，感冒胶囊外面有一层皮，里面是松散的药的粉末，而我们这个就是金属胶囊。
我们要将金属做成一个胶囊的形状，然后把金属颗粒，填充到包套即胶囊中去。
第三步就是对包套进行封装除气，然后进行最重要的一步：热等静压。
热等静压的目的是将松散的粉末变得致密化，最后得到致密的粉末合金。
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小朋友有可能会想，这个是不是在折腾啊？刚才刚把致密的棒料变成松散的粉末，现在又把松散的粉末压成了致密的棒料，这么折腾到底是为了啥？
第一，可以让它的材质更加均匀。第二，提高性能。
粉末冶金的环节非常多，而且影响因素也非常复杂，举两个影响工艺的最重要的环节。
一个是粉末填充，因为必须填充到一定的致密度，保证其稳定，才能保证后面工序的进行。
影响填充的一个最重要的因素就是粉末粒度，即粉末颗粒的大小对它到底有什么影响。
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左图就是洁净的雾化制粉机制备的粉末颗粒，它呈现一个完美的球形，但它是大大小小的球。
它的平均粒度大概是100个微米，就是两根或一根头发丝那么粗。如果要把这些松散的粉末填充到包套或模具中不太容易。
右上角的图是一个圆柱形的包套，靠重力加以振荡，基本上是能够进去的。
但是像右下角的图，它有很多流道，还有一些浇口、冒口以及补缩机构，这样填充起来就比较困难。
它不像水，如果水要灌到包套中，就可以流到各个角落，但是粉末就比较难了。
我们的解决方案是采用大颗粒和小颗粒相结合，因为大颗粒的流动性比较好，可以“骨碌”过去。
但是它填充性能比较差，因为它比较大，会堵住一些粉末模具中的间隙。
小颗粒的填充性非常好，因为它比较细小，可以填充到模具的各种角落中，但是由于团聚和静电吸附，它的流动性比较差。
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所以我们的解决方法就是大颗粒小颗粒相结合，而且摸索出一套行之有效的、可以达到一个良好致密度的填充方案。
现在我要着重介绍一下热等静压。
热等静压是钛合金粉末成形的一个重要方式，它的目的是使松散的粉末致密化。
“热等静压”这四个字，实际上包含了三个词，第一是“热”，第二是“压”。
热，顾名思义，我们要在热等压炉中给它提高很高的温度。
压，就是要压力给它压扁，压力是靠惰性气体，通常是高纯氩气来实现的。
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长征五号B型运载火箭是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭，氢泵叶轮是火箭液氢液氧发动机的核心关键部件，研发难度极大，不仅因为它的工作环境苛刻，还因为它的铸造强度比较低。使用粉末冶金成形的工艺方法，更加节省材料，可以承担较高的转速，并且更为可靠。什么是粉末冶金成形？粉末叶轮怎么做？他们如何助力长征五号首飞？
出品：格致论道讲坛
以下内容为中科院金属研究所研究员徐磊演讲实录：
我今天给大家分享的主题是“氢泵叶轮攻关记”。
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这张照片我们一定不太陌生，这是我国目前近地轨道推力最大的运载火箭：长征五号B型运载火箭。
在火箭液氢液氧发动机的心脏部位，有一个至关重要的核心部件，就是图片中画红框的位置。
为了这个核心关键部件，我和我的团队用了大概12年的时间，才把它研制成功，这个零件就叫“氢泵叶轮”。
我们首先看一下氢泵叶轮的工作环境和工作地点。
大图模式
左图是它工作在液氢液氧发动机的氢涡轮泵中，红圈的部位就是氢泵叶轮的工作地点。
右图是我们现在做的给长征五号配套的XX-77和XX-75D的氢泵叶轮。
它看起来不是那么大，怎么研制起来难度这么大，用了十几年的时间？
我们先要看一下它的工作环境。
氢泵叶轮工作在氢涡轮泵中，也就是液氢的环境中，是零下253度。
它的作用是将火箭体内大量低温低压的液态氢气高速输送到燃烧室中，与燃烧室中的液态氧气爆炸混合，对火箭产生推力。
如果想在短时间内将液态氢气输送到燃烧室中，叶轮的转速达到每分钟35000转。
在如此高的转速下，它的轮缘线速度达到每秒430米，这是什么概念呢？
声音的速度是每秒340米，它比声音的速度还要快。
为了更形象地介绍氢泵叶轮的工作环境到底有多么苛刻，我举一个例子。
2012年，我针对这个问题，向当时长征五号火箭的副总师王维彬请教。王总告诉我，液氢经过氢泵叶轮加压以后，泵后压力达到16.5兆帕。
这就意味着氢泵叶轮要在短时间内将液氢输送到两万多米的高空，也就相当于三个珠穆朗玛峰的高度。
这么严苛的使用环境，除了要求材料在低温下有很好的强度外，还要保证它能够平稳稳定地运转。
这就和汽车动平衡比较类似，如果汽车车轮动平衡不好，会带来几个问题：第一，方向盘抖动；第二，车轮抖动；第三，轮胎异响，可能还会翻车。
因为火箭发动机氢泵叶轮是输送动力的，如果它运转不平稳，火箭会因瞬间丧失动力而坠毁，这个恶果非常可怕。
大图模式
长征五号运载火箭研制初期，氢泵叶轮采取传统的精密铸造的方式来制备，但精密铸造有它本身难以克服的“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
另外，它的铸造强度比较低，材料如此高强度地运转，经常会出现掉块的现象。
大图模式
如同照片中的红色部位，叶轮做完实验后，叶片掉一块，边缘也掉一块。
有时掉块恰好会堵住燃料管道，有一次堵住管道后把发动机试车台都烧红了，险些造成爆炸，酿成重大的安全事故。
此外，我们采用工业CT对叶轮的叶片进行了探伤，我们发现，它有一些“缩孔、疏松”的铸造缺陷。
这种缺陷在高速旋转的过程中，会给用户带来很大的安全隐患。
粉末冶金成形
用户一直为氢泵叶轮头疼，因为铸造叶轮出现这么多问题，就想着能不能采取一种新的成形工艺方法解决这个问题。
这个答案是肯定的。
因为早在上世纪八九十年代，美国和俄罗斯这种航天强国，他们也发现铸造叶轮存在安全隐患，纷纷采用粉末冶金成形的方式制造了氢泵叶轮，并获得了很好的效果。
大图模式
什么是粉末冶金成形？
简单地说，粉末冶金是精密铸造的升级版。
精密铸造采用的原材料是熔融的金属液体，它的成形方式是这样的：把金属液体熔化后，浇铸到预先制备的模壳中，模壳一般都是陶瓷材料所做的，金属液体在模壳中逐渐凝固，形成铸造合金，最后把模壳敲掉，得到精密铸件。
而粉末冶金采用的原料是松散的粉末颗粒，是将粉末填充到模具中，模具通常用术语，叫做“包套”。
包套的作用是容纳变形，紧接着松散的粉末颗粒在高温高压下发生烧结，致密化形成一个致密的粉末合金，最后再将包套去除掉，就得到了粉末零件。
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粉末冶金既然在国际上有这么多应用，美国和俄罗斯都纷纷采用这个方式制备氢泵叶轮，那么它有什么好处呢？
第一，省料。
大图模式
左上角是我们为航天用户做的一个盘件，我们的毛坯重量不到20公斤。
这个盘件交给用户后，用户再简单地加工几个安装边，打几个孔，就可以投入使用了，时间不超过一周。
而采用传统的铸造加锻造方式，第一个问题是费料。
这个毛坯的重量是150公斤，150公斤的毛坯交付给用户后，还要经过将近60天，也就是两个多月的精加工，然后上五轴加工中心铣出零件。
此外，由于这个饼子是锻造出来的，轮盘的边缘和中心还存在一些性能的差异，会在使用中带来安全隐患，用户也是不满意的。
另外，最重要的一点，粉末合金有一个无可比拟的天然优势，就是材质均匀、成分均匀。
下面这两张图是采用X射线三维成像技术得到的，就是对粉末合金的成分和锻造合金的成分进行切片扫描。
大图模式
图中色差变化不大的，就说明它的成分均匀、材质均匀性好。
右图是锻造的，可以发现黑色和白色的亮暗不同的条带，说明成分是不均匀的。
这种不均匀的材质如果是一个转动件，在转动过程中有很大的安全隐患，所以这就是粉末合金的另外一个优点。
我国是从什么时候开始研制粉末冶金成形部件，特别是粉末氢泵叶轮这个零件的呢？
我所在的金属研究所钛合金研究部，一直在持续追踪国际上先进钛合金的发展方向。
2005年，我们在国家的支持下，建成了国内第一台洁净雾化的钛合金制粉设备。
很有幸，2008年，我们承接了国家长征五号叶轮粉末冶金氢泵叶轮的研制项目，也就是从12年前，我国正式开始粉末冶金氢泵叶轮的研制工作。
大图模式.
这台设备的作用，就是将右上角那块红布上放的致密的合金锻棒变成松散的合金粉末，就是预合金粉末。
粉末合金的制备
有了粉末后，我们就去制备粉末合金。我们要进行性能摸底，我们制备的粉末合金究竟能不能达到用户的使用要求？
粉末合金的制备分为以下几个部分。
第一，要制备包套。包套的英文单词是capsule，就是胶囊的意思。
大家都吃过感冒药，感冒胶囊外面有一层皮，里面是松散的药的粉末，而我们这个就是金属胶囊。
我们要将金属做成一个胶囊的形状，然后把金属颗粒，填充到包套即胶囊中去。
第三步就是对包套进行封装除气，然后进行最重要的一步：热等静压。
热等静压的目的是将松散的粉末变得致密化，最后得到致密的粉末合金。
大图模式
小朋友有可能会想，这个是不是在折腾啊？刚才刚把致密的棒料变成松散的粉末，现在又把松散的粉末压成了致密的棒料，这么折腾到底是为了啥？
第一，可以让它的材质更加均匀。第二，提高性能。
粉末冶金的环节非常多，而且影响因素也非常复杂，举两个影响工艺的最重要的环节。
一个是粉末填充，因为必须填充到一定的致密度，保证其稳定，才能保证后面工序的进行。
影响填充的一个最重要的因素就是粉末粒度，即粉末颗粒的大小对它到底有什么影响。
大图模式
左图就是洁净的雾化制粉机制备的粉末颗粒，它呈现一个完美的球形，但它是大大小小的球。
它的平均粒度大概是100个微米，就是两根或一根头发丝那么粗。如果要把这些松散的粉末填充到包套或模具中不太容易。
右上角的图是一个圆柱形的包套，靠重力加以振荡，基本上是能够进去的。
但是像右下角的图，它有很多流道，还有一些浇口、冒口以及补缩机构，这样填充起来就比较困难。
它不像水，如果水要灌到包套中，就可以流到各个角落，但是粉末就比较难了。
我们的解决方案是采用大颗粒和小颗粒相结合，因为大颗粒的流动性比较好，可以“骨碌”过去。
但是它填充性能比较差，因为它比较大，会堵住一些粉末模具中的间隙。
小颗粒的填充性非常好，因为它比较细小，可以填充到模具的各种角落中，但是由于团聚和静电吸附，它的流动性比较差。
大图模式
所以我们的解决方法就是大颗粒小颗粒相结合，而且摸索出一套行之有效的、可以达到一个良好致密度的填充方案。
现在我要着重介绍一下热等静压。
热等静压是钛合金粉末成形的一个重要方式，它的目的是使松散的粉末致密化。
“热等静压”这四个字，实际上包含了三个词，第一是“热”，第二是“压”。
热，顾名思义，我们要在热等压炉中给它提高很高的温度。
压，就是要压力给它压扁，压力是靠惰性气体，通常是高纯氩气来实现的。
无模组技术的推出将增强电池环节的议价，将改变产业格局
龙头企业推出 CTP 以来，正在影响产业生态的变化。对于模组概念的淡化，意味着动力电池 企业向电池包层面的深入渗透，而此前的产业模式主要是整车企业向电池企业购买电芯或模 组，电池包的设计主导权在整车企业手中。因此 CTP 技术的理念也体现电池企业对提升产业 话语权的诉求；同时 CTP 技术本身的降本增效较为显著，能够较好的弥补铁锂等较低比能电 池的短板，发挥其成本优势，从而增强铁锂电池的竞争优势，影响产业格局。
技术升级正在增强对下游议价。宁德时代意在提升下游议价权，CTP 将有利于工艺渗透、 稳定合作，但对较多应用软包的海外车企推广有难度。CATL 所开发的 CTP 技术在电芯 成本不增加的情况下实现一定的系统成本降幅，提升与整车企业的议价能力。在此过程 中，议价权能够提高的原因在于，技术渗透到电池包的设计、制造和售后维修方面。因 此，从商业合作角度看，将有利于和下游整车企业保持长期稳定的合作。但对部分海外 车企的推广较难，主要系车企较多采用软包三元，而软包在 CTP 技术中的固定有难度。然而 CTP 的竞争力或将吸引部分整车企业采纳方形产品。
集成大势所趋，是做减法，更是做加法
演进之中，简化环节减少用料是做减法，但本质是为了开发更加高效高性能的系统。在 CTP 的设计理念中，更高的成组效率是目标，因此开展去模组化，减少辅件；降本诉求下，冗余 功能、材料的去除也是重要的手段，特斯拉是具备竞争力的代表企业。在做减法的过程中， 能够发现产品的性能也在持续改善，更加集成化的系统代表着更先进的管控方式，是集成大 势之下做加法的体现。
高集成的下一步：CTC 技术
无模组技术仍然存在待改善的缺陷。1）模组做大，在制造层面的吊装、固定、维修方面难度 提高；2）单电芯的问题需要返回整个电池包，因此需考验电池稳定性和一致性；3）刀片电 池的制造环节到最终的成品率仍然需要观察和改进，商业成熟度较差。
渐进集约化，无模组后 CTC 技术已在酝酿。通过工艺的持续精进，使新能源汽车成本逐渐接 近燃油车，提升竞争力。在此过程中动力电池系统的设计至关重要。从电芯到模组，再到电 池包，在电池的结构设计上行业不断取得进步。CATL 基于整合理念，又推出 CTC 设计理念， 即 Cell to Chassis（电芯到整车底盘）。CTC 技术不仅会进行电池的重新布置，还会将三电 系统纳入，并通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。通过系统集成，使得成本 下降，重量减轻而提升续航（800-1000km），乘坐空间更大。CATL 项延火预计 2025 年前后 推出高度集成化 CTC 技术，2028 年前后有望升级为智能化 CTC 电动底盘系统。
电池与整车的集成，在应用层面挑战仍存。CTC 技术并非新概念，如电动车初创企业 Canoo 已开发滑板式独立底盘（仍有模组概念），而特斯拉的 S-平台、3-平台及大众的 MEB 平台也 有集成化的理念（仍保留电池系统 Pack）。但 CTC 在应用层面仍面临技术和商业难点：
技术上，电芯与底盘的集成过程中需要解决的关键问题之一是安全。电池包在底盘碰撞 中的承力演变至少历经 3 代，从不受力到纵向受力，再到纵向+横向受力。在 CTC 中， 碰撞中电芯与底盘均直接参与受力并发生形变，因此在保证安全的前提下实现集成的难 度进一步提升；
商业上，设计主导权存在博弈，而底盘行业望迎新模式。集约化的理念意味着产业链的 合作需要加强，在底盘之前，Pack 的设计主导便经历主导权的博弈，主动权逐渐回到整 车企业。在底盘设计上，整车企业历来是主导地位，电池企业的优势更小。因此电池企 业更好的方式是收购或控股底盘公司，而集成之下“电底盘“的出现有望重塑底盘行业， 通过底盘的独立开发，集成整车所需的大部分硬件，底盘的价值将进一步凸显。
集约化的代表：特斯拉优秀的垂直整合理念与实力
从特斯拉的电池系统升级窥探其优秀的产品竞争力，处处体现集约化理念。在新能源车与燃 油车的 PK 中，新能源车成本较高是一大劣势，因此特斯拉在推进产业发展的过程中注重降 本，而电池系统成本占整车比例高，所以是聚焦改善的部分。特斯拉主要的降本思想是不断做减法，以集成化的理念去除多余的零件，简化工艺，减少中间商环节：
技术升级时的大减法：持续的集成使得系统能够得到升级，并在升级过程中去掉冗余的 功能，例如 Model Y 的后车身铸造件、热泵系统等组件；
同一技术框架内的小减法：细小的创新持续积累，也能够发挥价值。电芯层面，切换到 具备成本竞争力的供应商，未来可能从外购转为自制；系统辅助器件层面，论证后进行 设计的变更，减少器件数量或重量，例如单模组配备两个柔性电路板（FPC）的原有方 案经改进后减少为一个 FPC。
特斯拉“电池日”展现其正向降本、垂直整合的决心与实力。在 2020 年 9 月 23 日召开的“电池 日”上，特斯拉充分展示了其在动力电池系统开发整合方面的技艺，公司预计 3 年内使每 kWh 电池成本下降 56%，续航里程提升 54%，单 GWh 产能投资成本减少 69%。公司的正向降 本垂直整合理念贯穿于材料改性与工艺精进之中：
电芯设计：开发无极耳技术，与常规的设计相比，能够减少电阻，降低整个电极长度上 的电流偏差，减少焦耳热，并提高散热能力。在此基础上能够缓解大圆柱带来的产热增 加问题，进而推出 4680 大圆柱电芯，能量增加 5 倍，续航可提升 16%；
电芯制造：优化各个工序，包括干电极技术、高速连续组装工艺、电子系统管理等，改 造后的单 GWh 投资将减少 75%，并且单 GWh 的产线占地面积将为原有的 1/10；
负极材料：采用冶金硅原料，表面使用弹性离子导电聚合物涂覆，并以高弹性粘结剂+电 极设计方式形成高强度网络，降低硅负极体积膨胀带来的循环性能下降等影响；
正极材料：高镍正极为趋势，2/3 的镍与 1/3 的锰认为是较合适的配比，同时根据不同 出行场景开发不同的正极产品。材料改性之外，以优化传统正极材料处理流程（无硫酸、 0 废水产出）+北美锂资源开发+正极金属回收循环利用模式进一步降本；
系统集成：在电芯集成到整车环节，应用大模组形式使结构更加紧凑，减重减零提升续 航；高度集成的电池+车身工厂将使单 GWh 投资成本下降 55%。
来源：DT新材料新材料智库
龙头企业推出 CTP 以来，正在影响产业生态的变化。对于模组概念的淡化，意味着动力电池 企业向电池包层面的深入渗透，而此前的产业模式主要是整车企业向电池企业购买电芯或模 组，电池包的设计主导权在整车企业手中。因此 CTP 技术的理念也体现电池企业对提升产业 话语权的诉求；同时 CTP 技术本身的降本增效较为显著，能够较好的弥补铁锂等较低比能电 池的短板，发挥其成本优势，从而增强铁锂电池的竞争优势，影响产业格局。
技术升级正在增强对下游议价。宁德时代意在提升下游议价权，CTP 将有利于工艺渗透、 稳定合作，但对较多应用软包的海外车企推广有难度。CATL 所开发的 CTP 技术在电芯 成本不增加的情况下实现一定的系统成本降幅，提升与整车企业的议价能力。在此过程 中，议价权能够提高的原因在于，技术渗透到电池包的设计、制造和售后维修方面。因 此，从商业合作角度看，将有利于和下游整车企业保持长期稳定的合作。但对部分海外 车企的推广较难，主要系车企较多采用软包三元，而软包在 CTP 技术中的固定有难度。然而 CTP 的竞争力或将吸引部分整车企业采纳方形产品。
集成大势所趋，是做减法，更是做加法
演进之中，简化环节减少用料是做减法，但本质是为了开发更加高效高性能的系统。在 CTP 的设计理念中，更高的成组效率是目标，因此开展去模组化，减少辅件；降本诉求下，冗余 功能、材料的去除也是重要的手段，特斯拉是具备竞争力的代表企业。在做减法的过程中， 能够发现产品的性能也在持续改善，更加集成化的系统代表着更先进的管控方式，是集成大 势之下做加法的体现。
高集成的下一步：CTC 技术
无模组技术仍然存在待改善的缺陷。1）模组做大，在制造层面的吊装、固定、维修方面难度 提高；2）单电芯的问题需要返回整个电池包，因此需考验电池稳定性和一致性；3）刀片电 池的制造环节到最终的成品率仍然需要观察和改进，商业成熟度较差。
渐进集约化，无模组后 CTC 技术已在酝酿。通过工艺的持续精进，使新能源汽车成本逐渐接 近燃油车，提升竞争力。在此过程中动力电池系统的设计至关重要。从电芯到模组，再到电 池包，在电池的结构设计上行业不断取得进步。CATL 基于整合理念，又推出 CTC 设计理念， 即 Cell to Chassis（电芯到整车底盘）。CTC 技术不仅会进行电池的重新布置，还会将三电 系统纳入，并通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。通过系统集成，使得成本 下降，重量减轻而提升续航（800-1000km），乘坐空间更大。CATL 项延火预计 2025 年前后 推出高度集成化 CTC 技术，2028 年前后有望升级为智能化 CTC 电动底盘系统。
电池与整车的集成，在应用层面挑战仍存。CTC 技术并非新概念，如电动车初创企业 Canoo 已开发滑板式独立底盘（仍有模组概念），而特斯拉的 S-平台、3-平台及大众的 MEB 平台也 有集成化的理念（仍保留电池系统 Pack）。但 CTC 在应用层面仍面临技术和商业难点：
技术上，电芯与底盘的集成过程中需要解决的关键问题之一是安全。电池包在底盘碰撞 中的承力演变至少历经 3 代，从不受力到纵向受力，再到纵向+横向受力。在 CTC 中， 碰撞中电芯与底盘均直接参与受力并发生形变，因此在保证安全的前提下实现集成的难 度进一步提升；
商业上，设计主导权存在博弈，而底盘行业望迎新模式。集约化的理念意味着产业链的 合作需要加强，在底盘之前，Pack 的设计主导便经历主导权的博弈，主动权逐渐回到整 车企业。在底盘设计上，整车企业历来是主导地位，电池企业的优势更小。因此电池企 业更好的方式是收购或控股底盘公司，而集成之下“电底盘“的出现有望重塑底盘行业， 通过底盘的独立开发，集成整车所需的大部分硬件，底盘的价值将进一步凸显。
集约化的代表：特斯拉优秀的垂直整合理念与实力
从特斯拉的电池系统升级窥探其优秀的产品竞争力，处处体现集约化理念。在新能源车与燃 油车的 PK 中，新能源车成本较高是一大劣势，因此特斯拉在推进产业发展的过程中注重降 本，而电池系统成本占整车比例高，所以是聚焦改善的部分。特斯拉主要的降本思想是不断做减法，以集成化的理念去除多余的零件，简化工艺，减少中间商环节：
技术升级时的大减法：持续的集成使得系统能够得到升级，并在升级过程中去掉冗余的 功能，例如 Model Y 的后车身铸造件、热泵系统等组件；
同一技术框架内的小减法：细小的创新持续积累，也能够发挥价值。电芯层面，切换到 具备成本竞争力的供应商，未来可能从外购转为自制；系统辅助器件层面，论证后进行 设计的变更，减少器件数量或重量，例如单模组配备两个柔性电路板（FPC）的原有方 案经改进后减少为一个 FPC。
特斯拉“电池日”展现其正向降本、垂直整合的决心与实力。在 2020 年 9 月 23 日召开的“电池 日”上，特斯拉充分展示了其在动力电池系统开发整合方面的技艺，公司预计 3 年内使每 kWh 电池成本下降 56%，续航里程提升 54%，单 GWh 产能投资成本减少 69%。公司的正向降 本垂直整合理念贯穿于材料改性与工艺精进之中：
电芯设计：开发无极耳技术，与常规的设计相比，能够减少电阻，降低整个电极长度上 的电流偏差，减少焦耳热，并提高散热能力。在此基础上能够缓解大圆柱带来的产热增 加问题，进而推出 4680 大圆柱电芯，能量增加 5 倍，续航可提升 16%；
电芯制造：优化各个工序，包括干电极技术、高速连续组装工艺、电子系统管理等，改 造后的单 GWh 投资将减少 75%，并且单 GWh 的产线占地面积将为原有的 1/10；
负极材料：采用冶金硅原料，表面使用弹性离子导电聚合物涂覆，并以高弹性粘结剂+电 极设计方式形成高强度网络，降低硅负极体积膨胀带来的循环性能下降等影响；
正极材料：高镍正极为趋势，2/3 的镍与 1/3 的锰认为是较合适的配比，同时根据不同 出行场景开发不同的正极产品。材料改性之外，以优化传统正极材料处理流程（无硫酸、 0 废水产出）+北美锂资源开发+正极金属回收循环利用模式进一步降本；
系统集成：在电芯集成到整车环节，应用大模组形式使结构更加紧凑，减重减零提升续 航；高度集成的电池+车身工厂将使单 GWh 投资成本下降 55%。
来源：DT新材料新材料智库
再看《蜗居》：一场生动的大戏时隔十几年之后再去回看《蜗居》，是种什么感受？前几天，又看了之前大热的这部剧的几个片段，相比年轻时，我想大家对此的看法，定会有所不同。记得当时，宋思明这个角色一出，无不吸引了大批女粉丝。多金有魅力，有权有势，任何事情对他来说都不是事儿，对待海藻也是亲囊相助，疼爱有加。海藻需要用钱，他就大方的施以帮助。在跟海藻确立关系之后，对这个小姑娘也是给尽了大叔般的温暖。再综合前几年流行的大叔热，每个姑娘好像都想拥有一个这么温柔体贴的大叔。确实，无论在物质，还是情感慰藉方面，宋思明这个男人，可以说是做到了女生心中的“白马王子”。但是，有一点让人诟病的，就是他的已婚身份。其实通过这部剧，就将这么现实的问题展现的淋漓尽致。者，第三者，原配（男或女），每个角色所经历的挣扎，以及最后的结局，都引人深思。宋能拥有现在稳定的社会地位，跟他的妻子是分不开关系的。但是面对妻子，他却太过自私。妻子从宋思明一无所有时就跟他在一起，到后来仍然是过着省吃俭用的生活，而对比海藻的奢靡，都让妻子颜面扫地。面对妻子的哭诉，宋也只是解释说，跟海藻只是逢场作戏。从这里就可以看得出男人的自私无情，两边哄骗。而短暂回归后的海藻，跟男友也因为信任的缺失，而再也回不去了。最后的结局也并不友好，可见这件事，对两个女人，以及家庭，都造成了巨大的伤害。也给了那些执迷于已婚男人的姑娘们一记警钟，这趟浑水，不要去沾。
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