人們總在想象和憧憬：未來的汽車，將會(huì)進(jìn)化成什么樣子？
如果有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案，那一定是更輕、更快、更智能。
以傳統(tǒng)燃油車為例，它的進(jìn)化意味著更低的油耗和排放。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，汽車重量每減重 30%，燃油效率可提高 20%-24%，二氧化碳排放降低 20%。
在碳中和的大背景下，汽車輕量化是各大車企競(jìng)相追逐的方向。而新能源時(shí)代的到來，又進(jìn)一步為汽車智能化的演進(jìn)提供了基礎(chǔ)。
一方面，新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)通常占整車總質(zhì)量的 30%～40%，顯著高于傳統(tǒng)燃油車動(dòng)力系統(tǒng)質(zhì)量和空間占比。
另一方面，對(duì)于新能源汽車而言，輕量化意味著更長(zhǎng)的續(xù)航里程，續(xù)航里程是新能源汽車發(fā)展的重要生命線。
在輕量化要求下，新能源汽車賽道有了新的游戲規(guī)則和玩法，各種輕量化技術(shù)得以登上時(shí)代的舞臺(tái)，重新解構(gòu)和演繹自己。
鉆石量子傳感器
相比傳統(tǒng)的汽車配件，激光雷達(dá)等傳感器的搭載使汽車更加智能化，但即便目前車輛上已配備了十?dāng)?shù)個(gè)傳感器，也不能完全解決所有場(chǎng)景的安全問題。
量子傳感器是用量子機(jī)制建立極為精密的傳感器，簡(jiǎn)單點(diǎn)來理解，相比傳統(tǒng)傳感器，量子傳感器的精度更高，靈敏性更強(qiáng)。
近幾年，隨著技術(shù)的迭代，量子傳感器商業(yè)化應(yīng)用的聲浪越來越高，醫(yī)學(xué)、生物界等領(lǐng)域都開始出現(xiàn)量子傳感器的身影。
在智能化發(fā)展的背景下，量子傳感器也加速走向汽車市場(chǎng)，量子傳感器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，能為汽車提供“更靈敏的反應(yīng)”和“視力更強(qiáng)的眼睛”。
此前行業(yè)內(nèi)就有權(quán)威專家預(yù)測(cè)，“未來，量子傳感器將在汽車領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。”
但傳統(tǒng)的量子傳感器組件較多，體積和重量較大，搭載在汽車上似乎不太現(xiàn)實(shí)。
2019 年，麻省理工學(xué)院研究人員在硅芯片上創(chuàng)建了基于鉆石的量子傳感器，通過利用常規(guī)的制造技術(shù)，將眾多傳統(tǒng)的巨大片段壓在幾十分之一毫米寬的正方形上。
歷經(jīng)三年洗禮，鉆石量子傳感器有了新進(jìn)展。
近日，東京工業(yè)大學(xué)研究人員報(bào)告了一種基于鉆石量子傳感器的檢測(cè)技術(shù)，首次將鉆石量子傳感器帶到了電動(dòng)汽車電池領(lǐng)域。
一般而言，電動(dòng)汽車是通過分析電池的電流輸出來監(jiān)控電池中剩余的電量，同時(shí)計(jì)算剩余的行駛里程，而這一過程往往存在 10% 的錯(cuò)誤率，從而導(dǎo)致電池使用效率低下。
基于鉆石量子傳感器的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以把錯(cuò)誤率降低到 1%，甚至 0.11%。
換言之，在該技術(shù)下，可以將電動(dòng)汽車的行駛里程延長(zhǎng) 10%，或者說，在相同的行駛里程下，能將電池重量減輕 10%。
據(jù)東京工業(yè)大學(xué)研究人員所說，鉆石傳感器還可以幫助監(jiān)測(cè)溫度，有助于改善電池控制。
固態(tài)鋰金屬電池
圖源：《Nature》
行業(yè)內(nèi)，固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)被譽(yù)為“顛覆性”技術(shù)，甚至被稱為動(dòng)力電池的未來。
什么是固態(tài)鋰金屬電池？
與目前市場(chǎng)上電動(dòng)汽車電池所用的傳統(tǒng)鋰電池不同，一方面，固態(tài)鋰金屬電池在負(fù)極中用鋰金屬替代了市場(chǎng)上傳統(tǒng)電池所使用的石墨和硅，能達(dá)到更高的能量密度；另一方面，使用固體電極和固體電解質(zhì)取代鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質(zhì)，能防止鋰離子的外漏，從而減少電池短路的發(fā)生。
簡(jiǎn)單點(diǎn)來講，相比市場(chǎng)上的傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)鋰金屬電池體積小、重量輕，另外充電更快，電池壽命更長(zhǎng)，同時(shí)也更安全。
近幾年來，不管是學(xué)術(shù)界還是資本界，對(duì)于固態(tài)鋰金屬電池的追捧都可以說是漸趨瘋狂，究其原因在于，其能極大緩解新能源汽車發(fā)展過程中的“安全焦慮”和“里程焦慮”，同時(shí)也更符合未來電動(dòng)汽車發(fā)展的輕量化趨勢(shì)。
但長(zhǎng)時(shí)間難于攻破的技術(shù)難關(guān)，使固態(tài)鋰金屬電池難于真正走出實(shí)驗(yàn)室。
近年，有好消息陸續(xù)傳來。
3 分鐘內(nèi)充滿電，充電循環(huán)超 1 萬(wàn)次，電池壽命超 20 年，美國(guó)哈佛大學(xué)對(duì)于固態(tài)鋰金屬電池的研究有了新的技術(shù)突破。
去年 5 月，美國(guó)哈佛大學(xué)就曾公布固態(tài)鋰金屬電池的進(jìn)展，但彼時(shí)的技術(shù)停留在“10-20 分鐘內(nèi)完全充電，10-15 年的電池使用壽命”層面上。
此次固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)新的突破，可以說，直接拉高了電池技術(shù)水平的平均線，若真正大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化或?qū)⒊蔀榻鉀Q制約電動(dòng)汽車發(fā)展動(dòng)力問題的關(guān)鍵，進(jìn)一步賦能電動(dòng)汽車行業(yè)。
目前，固態(tài)鋰金屬電池在加速其商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。
據(jù)了解，初創(chuàng)公司 Adden Energy 宣布已獲得哈佛大學(xué)技術(shù)發(fā)展辦公室授予的獨(dú)家技術(shù)許可，用于推進(jìn)該技術(shù)的商業(yè)化，其目標(biāo)是將電池縮小為手掌大小的“軟包電池”。
《2021-2025 年全固態(tài)金屬鋰電池行業(yè)深度市場(chǎng)調(diào)研及投資策略建議報(bào)告》顯示，預(yù)計(jì) 2025 年之前，首批固態(tài)鋰金屬電池將進(jìn)入市場(chǎng)，未來 10 年，固態(tài)鋰金屬電池將是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)。
釩陽(yáng)極電池
圖源：TyFast 公司官網(wǎng)
2022 世界動(dòng)力電池大會(huì)上，廣汽集團(tuán)董事長(zhǎng)曾慶洪一句“自己是在為寧德時(shí)代打工”，把汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域的窘境徹底展露在大眾的視野。
近幾年來，車企一邊尋找新的供應(yīng)商，一邊寄托市場(chǎng)帶來新的“替代品”。
“釩陽(yáng)極電池”這個(gè)新概念也在這個(gè)夏季進(jìn)入人們的視野中。
6 月，據(jù)外媒報(bào)道，TyFast 宣布公司開發(fā)制造釩陽(yáng)極電池，并稱釩陽(yáng)極電池充電速度比普通鋰離子電池快 20 倍，可將使用壽命延長(zhǎng) 20 倍，能實(shí)現(xiàn) 3 分鐘內(nèi)充滿電，支持 2 萬(wàn)次充電循環(huán)。據(jù)了解，該電池仍能提供當(dāng)前電池 80% 到 90% 的能量密度。
首先來了解下什么叫釩陽(yáng)極電池。
跟去年掀起一波討論熱度的釩電池（全釩氧化還原液流電池）不同，釩陽(yáng)極電池仍屬于鋰離子電池。
傳統(tǒng)的鋰離子電池充電時(shí)間會(huì)受到鋰離子流入和流出陽(yáng)極的速度影響，用于陽(yáng)極的石墨具有平面結(jié)構(gòu)，能在其間自由滑動(dòng)。
與傳統(tǒng)鋰電子電池不同，TyFast 改用鋰釩氧化物（LVO）制成電池陽(yáng)極，相比石墨，有著兩大優(yōu)勢(shì)。
一方面，鋰釩氧化物（LVO）傳輸速度是石墨的 10 倍，大幅減少充電時(shí)間，另一方面，在充電和放電時(shí)，鋰釩氧化物（LVO）膨脹和收縮小于石墨，這意味著陽(yáng)極的機(jī)械和化學(xué)損傷更少，從而能延長(zhǎng)電池壽命，
但釩陽(yáng)極電池也存在缺點(diǎn)，與石墨相比，同質(zhì)量的 LVO 含有更少的離子，且更昂貴，約為石墨陽(yáng)極的兩倍。不過研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，由于 LVO 的生命周期更長(zhǎng)，因此可以彌補(bǔ)其高成本的缺點(diǎn)。
202 年，UCSD 納米工程師和 Tyfast 聯(lián)合創(chuàng)始人首次在《自然》雜志上報(bào)告了 LVO 陽(yáng)極，目前，釩陽(yáng)極電池的產(chǎn)品仍停留在計(jì)劃書上。
隨著技術(shù)的迭代，或?qū)⒃诓痪煤竽芘c市場(chǎng)見面。
混合放電技術(shù)
圖源：IEEE Spectrum
在全球碳中和的背景下，傳統(tǒng)燃油車在市場(chǎng)的霸主地位逐漸被新能源汽車所撼動(dòng)，電動(dòng)化和智能化不斷重塑整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)形態(tài)，然而，當(dāng)一個(gè)新事物出現(xiàn)之后，與它相關(guān)的問題也隨之而來。
依靠燃油發(fā)動(dòng)的傳統(tǒng)燃油車在發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽車起火，那么依賴高電壓電池的電動(dòng)汽車在碰撞后是否也會(huì)發(fā)生觸電事故？此前，行業(yè)內(nèi)就曾出現(xiàn)一波討論熱潮。
相關(guān)研究表明，盡管發(fā)生幾率很小，但仍存在這個(gè)可能。
在電動(dòng)汽車上，動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓配電箱和高壓線束等零部件組成了整車的高壓系統(tǒng)，一般而言，電動(dòng)汽車的電池電壓在 336-800V 區(qū)間。
在整車制造中，為了防止高壓觸電，電動(dòng)汽車會(huì)內(nèi)置觸電保護(hù)裝置，在發(fā)生碰撞之后，汽車的中控系統(tǒng)會(huì)切斷相應(yīng)的高壓電路，具體表現(xiàn)為，當(dāng)汽車電源的火線和零線的電流不相等，斷路器將立即跳閘，將電池與其他部件隔開，并且通過齒輪箱與驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷開連接。
聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（UNECE）條例 R94 規(guī)定，在發(fā)生碰撞后，除電池本身外，任何車輛部件的電壓必須在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)降至安全水平（60 V）。
然而在現(xiàn)實(shí)中，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，分別存儲(chǔ)在電容器和電機(jī)中的殘余電能和機(jī)械能將在直流母線內(nèi)保持初始電流水平 5 分鐘以上，這不僅違反了高壓安全要求，而且增加了觸電的可能性。
今年 7 月，英國(guó)約克大學(xué)的副教授 Dr Yihua Hu 與他的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種可顯著降低這種情況發(fā)生的幾率的技術(shù)，相關(guān)研究發(fā)表在《IEEE 電力電子學(xué)報(bào)》上。
Dr Yihua Hu 與他的研究團(tuán)隊(duì)提出可以通過內(nèi)部機(jī)器繞組輔助外部泄放電路來實(shí)現(xiàn)快速和安全的放電，目前已在實(shí)驗(yàn)室的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行的模擬和實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電路泄放器和內(nèi)部機(jī)器繞組的組合可以在短短 5 秒內(nèi)將直流母線的電壓安全地降低到 60 V。
據(jù)了解，該技術(shù)可以減小內(nèi)部機(jī)器燒組的尺寸，實(shí)現(xiàn)符合輕量化要求且成本低的放電技術(shù)，團(tuán)隊(duì)目前正在與 Dynex Semiconductor 和 Lotus Cars 兩個(gè)公司合作，在現(xiàn)實(shí)世界中測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)。
碳陶剎車盤
在電動(dòng)化和智能化的發(fā)展大潮中，碳陶剎車盤的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)凸顯。
相較傳統(tǒng)用金屬材料制成的傳統(tǒng)剎車盤，碳陶剎車盤更耐高溫、摩擦性能更高且更穩(wěn)定，在制動(dòng)系統(tǒng)中，能減少因摩擦導(dǎo)致的發(fā)熱，起火事故。
碳陶剎車盤密度更低，在同等尺寸的情況下，碳陶剎車盤在重量上比傳統(tǒng)剎車盤要輕一半以上，碳陶剎車作為電動(dòng)汽車減重的關(guān)鍵零部件，近幾年在市場(chǎng)上屢受追捧。
碳陶剎車片更符合智能化發(fā)展趨勢(shì)，使用碳陶剎車片能夠顯著提高響應(yīng)速度，縮短制動(dòng)距離。
近段時(shí)間以來，碳陶剎車盤在汽車市場(chǎng)頻頻被提及，就在前不久，天宜上佳對(duì)外宣布，獲得某車企開發(fā)定點(diǎn)，即將進(jìn)入其特定車型碳陶制動(dòng)盤開發(fā)和供應(yīng)流程。
今年 6 月，金博股份成為廣汽埃安碳陶制動(dòng)盤的定點(diǎn)供應(yīng)商，僅一個(gè)月后，再獲比亞迪定點(diǎn)。
近幾年，國(guó)內(nèi)的主機(jī)廠紛紛加大對(duì)碳陶剎車盤的布局。
其實(shí)，碳陶剎車片在市場(chǎng)上出現(xiàn)并不算晚，早在 1999 年的國(guó)際汽車交易會(huì)上，碳陶剎車盤就被揭開了神秘的面紗。2021 年，特斯拉對(duì)外宣布，將為旗下最速量產(chǎn)車 Model S Plaid 車型提供碳陶瓷剎車套件。
碳陶碳陶剎車盤優(yōu)勢(shì)明顯，但在高昂的成本制約下，難于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，此前，碳陶剎車片只出現(xiàn)于高端品牌車型上，而如今隨著技術(shù)的迭代，成本得以降低，碳陶剎車盤正加速“上車”。
2023 年被認(rèn)為是碳陶剎車盤規(guī)模化的元年，招商證券的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2025 年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有望達(dá)到 78 億元，2030 年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模有望超過 200 億。
800 伏充電系統(tǒng)
“喝一杯咖啡的時(shí)間，電動(dòng)汽車就能充滿電”，800 伏充電系統(tǒng)出現(xiàn)之后，這一愿景正慢慢成為現(xiàn)實(shí)。
電動(dòng)化的趨勢(shì)下，催生了大量的里程焦慮，“充電難”問題使一眾消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車望而卻步。
如何提高電池續(xù)航能力和充電效率，儼然已迫在眉睫。
在動(dòng)力電池能量密度短時(shí)間內(nèi)很難出現(xiàn)大幅提升的情況下，玩家們開始寄托于在相同的尺寸下提高電池的電壓或電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“超級(jí)快充”，其中，800 伏充電系統(tǒng)成為提高充電效率的重要載體之一。
目前市場(chǎng)上普遍使用的還是 400 伏充電系統(tǒng)，800 伏充電系統(tǒng)相對(duì)來說是一個(gè)較新的概念。
所謂 800 伏充電系統(tǒng)，即是通過加倍的電壓和相同的電流，提高了電池的充電性能和整車運(yùn)行的效率，在同樣的電池尺寸下，800 伏充電系統(tǒng)能將充電時(shí)間縮短一半，進(jìn)而大幅減少電池尺寸和成本。
據(jù)了解，使用 800 伏、350 千瓦的充電器，100 公里的充電時(shí)間僅需 5-7 分鐘。
800 伏充電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，但要真正大規(guī)模投入運(yùn)用并不是一件容易的事，其面臨成本的難關(guān)。
汽車搭載 800 伏高壓架構(gòu)時(shí)，往往需要對(duì)電動(dòng)汽車的電池包、電驅(qū)動(dòng)、PTC、空調(diào)壓縮機(jī)、車載充電機(jī)等進(jìn)行重新選型。
其次是相關(guān)設(shè)施的配備，市場(chǎng)上的充電樁和配電網(wǎng)絡(luò)大多與 400 伏充電系統(tǒng)相匹配，若沒有重新建設(shè)或革新就投入使用，會(huì)帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)。
電動(dòng)化轉(zhuǎn)型聲勢(shì)浩大，相關(guān)汽車零部件供應(yīng)商也加大對(duì)于 800 伏充電系統(tǒng)布局。
采埃孚去年就開始在中歐量產(chǎn) 800 伏功率電子，今年加大了對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的投資，今年 9 月，800 伏碳化硅電驅(qū)動(dòng)橋在杭州蕭山工廠正式下線。此前，華為、博格華納、匯川技術(shù)等發(fā)布了 800 伏電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
奧迪 E-tron GT，保時(shí)捷 Taycan 在市場(chǎng)上率先使用 800 伏充電系統(tǒng)。
國(guó)內(nèi)車企也不甘落后，在去年廣州車展上，比亞迪 e 平臺(tái) 3.0、吉利 SEA 浩瀚平臺(tái)等都選擇了 800V 高壓架構(gòu)。
800 伏充電系統(tǒng)的“超級(jí)快充”屬性無疑是電動(dòng)汽車充電的一大趨勢(shì)。
CTC 技術(shù)
2022 年，站在動(dòng)力電池風(fēng)口，蔚來和中石化等企業(yè)手舉大旗，往換電技術(shù)的大道大搖大擺走去，另一條岔路上，寧德時(shí)代、特斯拉前仆后繼。
這條岔路就是 CTC（Cell to Chassis，無電池包）技術(shù)。
在搞明白 CTC 技術(shù)之前，需要先了解下傳統(tǒng)電池包和 CTP 電池。
傳統(tǒng)的電池包的內(nèi)在結(jié)構(gòu)是“電芯-模組-電池包”，通過采用大量線纜和結(jié)構(gòu)件進(jìn)行串聯(lián)，在這種結(jié)構(gòu)下，電池包內(nèi)的空間可利用效率較低，整個(gè)動(dòng)力電池也較笨重。
為了提高電池包內(nèi)的利用效率，CTP 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，CTP 技術(shù)通過把電芯直接集成在電池包內(nèi)，形成“電芯-電池包”的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，以此提升電池包的空間利用率，在 CTP 技術(shù)下，電池電量可比傳統(tǒng)電池包增加 5%-10%，比亞迪的刀片電池就是 CTP 技術(shù)的集成之作。
CTC 技術(shù)被認(rèn)為是 CTP 技術(shù)的進(jìn)一步集成，所謂 CTC 技術(shù)即是取消 PACK 設(shè)計(jì)，直接將電芯或模組直接安裝在車身上，以車身結(jié)構(gòu)充當(dāng)電池包外殼。
相比 CTP 電池，CTC 電池更加一體化，能以更低的成本實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)航里程，據(jù)了解，CTC 技術(shù)能在 CTP 技術(shù)的基礎(chǔ)上使電池電量再增加 5%-10%。
CTC 被認(rèn)為是未來電池技術(shù)路線的重點(diǎn)方向，各家競(jìng)相追逐。
早在去年 1 月的第十屆全球新能源汽車大會(huì)上，寧德時(shí)代就透露，將于 2025 年前后正式推出高度集成化的 CTC 電池技術(shù)，同年 6 月，特斯拉對(duì)外公布 CTC 方案。
目前，CTC 技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用層面，零跑 C01 率先應(yīng)用了自研的 CTC 技術(shù)，特斯拉在德國(guó)柏林工廠生產(chǎn)的 Modle Y 也會(huì)使用 CTC 電池（特斯拉稱為結(jié)構(gòu)性電池）。
與資本對(duì) CTC 技術(shù)的熱衷不同，消費(fèi)者對(duì)于 CTC 技術(shù)的發(fā)展略有幾分擔(dān)憂。
一方面，在 CTC 技術(shù)中，電芯直接參與碰撞受力，在缺少模組和電池包保護(hù)的情況下，更容易出現(xiàn)安全問題，另一方面，CTC 電池一體化和集成化的結(jié)構(gòu)在后期維修時(shí)不方便拆卸，大大增加維修的費(fèi)用。
寫在最后
調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，“純電動(dòng)汽車重量每降低 10kg，續(xù)航里程可增加 2.5km”，在群雄逐鹿的新能源汽車市場(chǎng)，“減重”成為各新能源車企關(guān)鍵命題，輕量化技術(shù)無疑是在新能源汽車江湖廝殺最大的武器。
上述提到的這些技術(shù)有些仍停留于實(shí)驗(yàn)室階段，有些已大步走向市場(chǎng)，但在真正大規(guī)模量產(chǎn)之前，它們都或?qū)⒚媾R著技術(shù)和成本的難關(guān)。
但最終“成”或“敗”，市場(chǎng)自然會(huì)給出答案。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。