Durchbruch im Profitabilitätsstau von Elektroautos: Zehn strukturelle Designmaßnahmen zur Erreichung einer 10–25 %igen Senkung der Materialkosten

Der globale Elektromobilitätsmarkt steht gemeinsam vor dem gleichen Rentabilitätsproblem: Die Kaufanreize für Fahrzeuge werden schrittweise abgeschafft, die Preise von Batterierohstoffen wie Lithium und Nickel schwanken wiederholt, und der Preiswettbewerb auf den Endmärkten im In- und Ausland verschärft sich ständig. Das Elektrofahrzeuggeschäft der meisten Automobilhersteller befindet sich in einer Situation, in der die Verkaufszahlen stetig steigen, während der Gewinn pro Fahrzeug stetig schrumpft.

Die neueste Branchenstudie von McKinsey geht davon aus, dass der Schlüssel zur Kostenkontrolle von Elektrofahrzeugen nicht in der nachgelagerten Produktion und Verhandlungsmacht gegenüber Lieferanten liegt, sondern die Kostenstruktur bereits in den frühen Phasen der Produktdefinition, des Gesamtfahrzeugarchitektur und der Auswahl der Kerntechnik festgelegt ist. Laut Berechnungen des Berichts können die Materialkosten des gesamten Fahrzeugs um 10 % bis 25 % gesenkt werden, wenn Automobilhersteller zehn strukturelle Designoptimierungen umsetzen, ohne die Fahrzeugleistung und das Fahrerlebnis zu beeinträchtigen. Dies ist ein praktischer Weg für die gesamte Branche, die Rentabilität von Elektrofahrzeugen zu verbessern und aus der Situation steigender Umsätze ohne steigende Gewinne herauszukommen.

Elektrofahrzeuge treten in die „entscheidende Phase des Kostendesigns“ ein

Die aktuelle Differenzierung auf dem globalen Markt für Elektrofahrzeuge ist deutlich: Die Nachfrage schrumpft nicht, die Verkaufszahlen auf den Hauptmärkten steigen weiter, aber die Rentabilitätslogik der Branche hat sich geändert. Die extensive Wachstumsform, die durch politische Subventionen und Marktgewinne gestützt wurde, ist zu Ende. Elektrofahrzeuge treten in die Phase des marktwirtschaftlichen Wettbewerbs ein, bei der es um die Wirtschaftlichkeit und das Preis-Leistungs-Verhältnis des Produkts selbst geht.

Die Rentabilitätsschwierigkeiten der Automobilhersteller stammen aus einer doppelten Belastung. Auf der einen Seite steht die Batterie, die etwa 35 % der Gesamtkosten des Fahrzeugs ausmacht: Die Preise der Rohstoffe sind hoch, und der Gewinnspielraum wird ständig verkleinert. Auf der anderen Seite steht die Größenvorteile: Die meisten Automobilhersteller haben bei ihren Elektrofahrzeugen noch keine Skaleneffekte wie bei Verbrennungs- und Hybridfahrzeugen erreicht. Hinzu kommen redundante Fahrzeugarchitekturen, verstreute Entwicklungsprozesse und veraltete Modellspezifikationen, die den Gewinn pro Fahrzeug weiter schmälern.

Laut Berechnungen des Berichts beträgt der Unterschied in den Herstellungskosten von Elektrofahrzeugen verschiedener Marken und Modelle bis zu 20 % bis 50 %. Im Einzelnen stammt ein Drittel aus dem Produktdesign und der Materialauswahl, ein Drittel aus der Effizienz der Herstellungsverfahren, und der Rest wird durch externe Faktoren wie Politik und Versorgungsunternehmen bestimmt. Mit anderen Worten: Wenn Automobilhersteller die Rentabilitätsengpässe durchbrechen wollen, müssen sie hauptsächlich mit der strukturellen Optimierung des vorderen Produktdesigns beginnen, während die Wirkung passiver Kostensenkungen im nachgelagerten Bereich begrenzt ist.

Zehn strukturelle Maßnahmen zur Kostensenkung

Passive Kostensenkungen erfolgen in der Regel durch Personalabbau, die Komprimierung der Lieferkette und die Reduzierung von Ausstattungen am Endmarkt. Die strukturelle Kostensenkung durch Design ist anders: Sie betrachtet die Kosten über den gesamten Lebenszyklus des Modells und beseitigt nacheinander die ineffektiven Kosten durch die Optimierung der Architektur, die Beseitigung von Redundanzen, technische Iterationen und Systemintegration, ohne die Reichweite, Sicherheit und das Fahrerlebnis zu beeinträchtigen.

1. Optimieren des Gesamtfahrzeugenergieverbrauchs und präzises Verringern der Batteriekapazität

Die Batterie ist der größte Kostenfaktor bei Elektrofahrzeugen und gleichzeitig der wichtigste Ansatzpunkt zur Kostensenkung. Wenn Automobilhersteller den Luftwiderstand der Karosserie senken, das Gesamtfahrzeug leichter machen, den Rollwiderstand der Reifen verringern, dann die Elektro-/Elektronik-Architektur iterieren, die Effizienz des Elektroantriebs und das Wärmemanagement des gesamten Fahrzeugs verbessern, kann die eingebaute Batteriekapazität entsprechend verringert werden, ohne dass sich die Reichweite ändert.

2. Definieren des Produkts nach Bedarf und Entfernen von redundanten Ausstattungen, die Nutzer nicht wahrnehmen

Automobilhersteller sollten nicht mehr „Ausstattungen stapeln und Parameter vergleichen“, sondern zu den echten Nutzungsanforderungen der Nutzer zurückkehren, die Funktionen der Komponenten entsprechend den Anforderungen zuordnen, dann verschwenden sich die ineffektiven Designverluste von selbst. Nehmen wir die Sitzausstattung als Beispiel: Wenn man die überflüssigen Einstellfunktionen und nicht unbedingt erforderlichen Lüftungsausstattungen entfernt, die Nutzer kaum wahrnehmen, und hochwertiges synthetisches Leder anstelle von hochwertigem Echtleder verwendet, wird die Nutzerzufriedenheit nicht beeinträchtigt, und die Kosten pro Fahrzeug sinken.

3. Rationelle Iteration der technischen Routen und Ausgleich zwischen Leistung und Kosten

Die Auswahl des Batteriechemiesystems, der Leistungselektronikmaterialien und der Topologiestruktur des Elektromotors bestimmt direkt die Kosten, Leistung und Lieferkettenstabilität des Modells. Bei gängigen Haushaltsmodellen kann die Umstellung von Hochnickelbatteriesystemen wie Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) und Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) auf Lithiumeisenphosphat die Kosten des Batteriepacks um 10 bis 20 US-Dollar pro Kilowattstunde senken. Nach dieser Berechnung können die Materialkosten eines 75-Kilowattstunden-Modells um 750 bis 1500 US-Dollar eingespart werden.

Auf der Ebene der Leistungselektronik sind siliziumbasierte IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) nach wie vor die Lösung mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis in 400-V-Niederspannungsarchitekturen; Siliziumkarbid (SiC)-Bauelemente passen zu 800-V-Hochspannungsplattformen, haben höhere Vorlaufkosten, erfüllen aber die Schnellladeanforderungen von Premiummodellen. Automobilhersteller müssen sich bei der Auswahl an der Positionierung des Modells orientieren. Auch das Design des Elektromotors muss zwischen Betriebseffizienz und Lieferkettenrisiken abgewogen werden – man sollte nicht nur um des Premium-Status willen die Kosten unnötig erhöhen.

4. Tiefe Integration der Gesamtfahrzeugsysteme und Vereinfachung redundanter Komponenten der Architektur

Das Kernmerkmal einer rentablen Elektrofahrzeugarchitektur ist die Systemintegration. Automobilhersteller kombinieren Wechselrichter, Elektromotor und Getriebe zu einem Mehr-in-Eins-Elektroantriebsaggregat, verbinden die Wärmemanagementkreise von Batterie, Fahrgastzelle, Elektroantrieb und Leistungselektronik, um eine umfassende Integration des Wärmesystems zu erreichen. Dadurch kann der unabhängige Zusatzheizer entfallen, Kühler und Kompressor können in kleineren Größen verwendet werden, der Batterieverbrauch wird um weitere 1 bis 1,5 Kilowattstunden verringert, die Reichweite bleibt unverändert und die Kosten sinken in mehrfacher Hinsicht.

5. Umstellung auf Entkopplung von Hardware und Software und Ersetzung von Hardwareredundanz durch softwarebasierte Differenzierung

Bei der herkömmlichen Vorgehensweise werden verschiedene Hardwarekonfigurationen verwendet, um Modellversionen zu unterscheiden, was dazu führt, dass die Anzahl der Bauteilkategorien immer größer wird und die Herstellungskosten hoch bleiben. Stattdessen verwenden alle Fahrzeuge einheitliche allgemeine Hardware, und die Unterschiede zwischen den Modellen werden durch softwaregesteuerte Freischaltung von Funktionen realisiert, wodurch die Anzahl der Hardwarevarianten stark reduziert werden kann. Dieses Modell kann 150 bis 400 US-Dollar pro Fahrzeug einsparen, und die Anpassungskosten von Produktionslinien und Lieferketten sinken ebenfalls.

6. Zusammenführen von funktionsübergreifenden Funktionen und Vereinfachung von Teilsystemen des Gesamtfahrzeugs

Die Elektrifizierungsarchitektur schafft neuen Raum für die Integration von Fahrzeugfunktionen: Die Kombination von Antriebs- und Spannungsabsenkungsfunktionen, die Mehrfachnutzung von multifunktionalen Kompressoren, die Rückgewinnung der Abwärme des Elektromotors und die Integration von Kühlkanälen in den Boden der Batteriegehäuse – all diese Designs können unabhängige Teilsysteme vereinfachen. Die Batteriepacks können zudem in die tragende Struktur der Karosserie integriert werden, wodurch die Rohkarosserie um 3 % leichter wird, der Aufwand für Stanzwerkzeuge und die Schweißverfahren stark reduziert werden, und die Herstellungs- und Materialkosten sinken entsprechend.

7. Aufbau einer plattformübergreifenden, für mehrere Antriebsarten geeigneten Plattform und Nutzung der Vorteile der Skaleneffekte

Die separate Entwicklung von Verbrennungs-, Plug-In-Hybrid- und reinen Elektrofahrzeugen ist ein kapitalintensives Modell. Automobilhersteller wechseln stattdessen zum Aufbau modularer Plattformen, die mit mehreren Antriebsformen kompatibel sind, und teilen das Bauteilsystem so weit wie möglich. Das optimale Umsetzungsmodell in der Branche lautet: Reine Elektro- und Reichweitenverlängerer-Modelle nutzen gemeinsam eine spezielle Plattform, Verbrennungs- und Plug-In-Hybrid-Modelle nutzen gemeinsam eine standardisierte Plattform. Dadurch können Bauteilbeschaffung und Herstellung die Skaleneffekte vergrößern, die Iterationsgeschwindigkeit der Modelle und die Flexibilität der technischen Anpassung sind besser, und die verteilten Kosten der Plattformentwicklung sinken stark.

8. Neugestaltung der Anforderungsstandards und Beseitigung der Trägheit veralteter Spezifikationen von Verbrennungsfahrzeugen

Viele Elektrofahrzeuge übernehmen direkt die alten Designspezifikationen von Verbrennungsmotormodellen, was zu einer starken Redundanz der Standards führt. Automobilhersteller müssen die Kernparameter wie den tatsächlichen Arbeitszyklus und die Wärmehüllkurve von Elektrofahrzeugen neu bewerten und unangemessene überhöhte Anforderungen beseitigen. Beispielsweise können durch die Optimierung der Designstandards für Elektromotoren unter unveränderter Zuverlässigkeit der Verbrauch an schweren Seltenerdmetallen reduziert werden, wodurch pro Elektromotor 10 bis 20 US-Dollar eingespart werden können. Durch systematische Optimierung der Anforderungen können die vorlaufenden Kostensenkungen pro Fahrzeug 120 bis 240 US-Dollar erreichen.

9. Umsetzung der Standardisierung von Komponenten und Anpassung an die optimalen Module der Lieferanten

Die alte Denkweise, Komponenten für einzelne Modelle individuell anzufertigen, sollte aufgegeben werden. Stattdessen gestalten Automobilhersteller das Gesamtfahrzeug auf der Grundlage ausgereifter optimierter Module von Lieferanten, wodurch nicht standardisierte Sonderkomponenten von selbst reduziert werden. Führende neue Energieautomobilhersteller in China setzen standardisierte Hinterachsantriebseinheiten, allgemeine Türsteuerungsantriebe und Leistungsmodule in mehr als hundert Modellen ein. Durch die Verwendung einer „wenigen aber hochwertigen“ Komponentenanordnung anstelle von zahlreichen kundenspezifischen Teilen werden die Kosten für Lieferkette und Qualitätskontrolle verringert.

10. Iteration der Elektro-/Elektronik- und Softwarearchitektur und Vereinfachung der Kosten für die Fahrzeugverkabelung

Die Elektro-/Elektronik-Architektur macht 5 % bis 10 % der Materialkosten des gesamten Fahrzeugs aus und ist ein leicht übersehener Raum für Kostensenkungen. Durch die Umstellung auf eine neue partitionierte EE-Architektur wird der Verbrauch an Kabeln und Kupferdraht um 30 % reduziert, die Montageverfahren des gesamten Fahrzeugs werden vereinfacht, und Hardware und Software werden tiefgehend entkoppelt. Automobilhersteller sollten die plattformbasierte und architekturorientierte Gestaltung der Software vorziehen, anstatt später immer wieder Korrekturen vorzunehmen – dadurch können die Entwicklungs- und Anpassungskosten des gesamten elektronischen Systems des Fahrzeugs von Anfang an gesenkt werden.

Generative KI verändert auch die Art und Weise, wie Automobilhersteller die Entwicklungskosten senken. In der Phase der Produktdefinition hilft KI bei der Durchführung von Nutzerbedarfsuntersuchungen, der Zusammenstellung technischer Anforderungen und dem schnellen Auffinden wiederverwendbarer Designmodule, um redundante Entwicklungen zu vermeiden. In der Phase der Designvalidierung können Deep-Learning-Simulationsmodelle und automatisierte Designtools mehrere Designlösungen schnell durchspielen und den optimalen Kompromiss zwischen Kosten, Leistung und Energieverbrauch ermitteln.

Ausblickend kann der Kostenwettbewerb bei Elektrofahrzeugen nicht mehr einfach durch Verhandlungen mit Lieferketten und die Reduzierung von Ausstattungen am Endmarkt gelöst werden. Der Kampf hat sich zu den vorderen Phasen wie Produktdefinition, Architekturdesign und Technikauswahl verlagert. Ob Automobilhersteller Nutzererfahrung, Produktleistung und Herstellungskosten gut ausgleichen und ihr eigenes Produktentwicklungsystem auf der Grundlage dieser zehn Maßnahmen aufbauen können, entscheidet direkt darüber, ob das Elektrofahrzeuggeschäft dauerhaft rentabel sein kann.

Dieser Artikel stammt aus dem WeChat-Offiziellen Konto „Auto Markt Insight“, Autorin: Zheng Li, veröffentlicht mit Genehmigung von 36Kr.