从赛场到车厂再到工厂!新能源技术的发展到底有多快?

原创 电动车公社 2023-01-16 23:04

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大家好,我是电动车公社的社长。


2022年,新能源的关注度可谓空前之高。无论国内还是国外,新能源销量都几乎翻了个倍,电气化革命已成定局。

在新能源赛车领域,也不例外。
就比如最近在英国银石赛道亮相、由电动方程式(FE)车队远景车队发布的全球首台双座纯电赛车,就成了新晋的流量密码。
原因无他,这台车身上的亮点,实在是太多了:能量密度更高的镍酸锂电池、飞机同款的碳纤维车身、首创的双座布局……
但今天社长想和大家聊的却并不仅仅是这台赛车本身,而是它背后体现的新能源行业趋势。
新能源能有今天的水平和地位,其实是一群人共同努力的结果。

在汽车100多年的发展史中,很多技术和发明其实都来源于汽车赛事,或者是在汽车赛事的推广之下,才真正被人们所熟知。
最典型的例子,就是率先应用在轿车上的四驱系统,奥迪的quattro。

1982年,WRC世界拉力锦标赛执行新赛例,将赛车分为Group N原厂组、Group A限制级改装组和Group B无限制改装组三个区别,成了当年车企们秀肌肉的最佳舞台。
但在那个年代,规格最高的B组赛车,清一色全是后驱车!

除了奥迪Quattro。

对这种马力超过500匹、零百加速只要不到2.5秒的怪兽来讲,搭载在越野车上的四驱系统实在是太笨重了、也不够可靠,所以普遍不被大家看好。

但早就在冰雪路面测试过的奥迪,却显得胸有成竹。
正所谓“你尽管踩油门,剩下的交给quattro”,抓地力越差、quattro的优势就越大,甚至连过弯都比后驱赛车要快!
奥迪也凭借着四驱技术,初入WRC便获得了车队年度总冠军。3年2冠1亚的成绩也逼得其他车企不得不采用四驱系统,直到被赛会发现破坏比赛平衡,才被禁止参赛。

在赛场上声名大噪的quattro,也借着这个机会成了奥迪40年来的金字招牌。不仅是奥迪,嗅到了商机的其他车企们也纷纷推出民用版四驱车型。
从此,四驱系统不再是越野车的专属。在轿车、SUV、跑车甚至是MPV之上,都能见到四驱系统的身影,四驱系统也随着下线的新车,走进了千家万户。
步入电气化时代之后,汽车技术的发展并没有远离汽车赛事,而是联系得更加紧密。
F1、勒芒24小时耐力赛和FE等各种世界级赛事,都成了新能源技术发展的温床。

这时,有小伙伴会问了:F1和勒芒这种燃油车,凭什么能对新能源技术发展做出贡献?
这就要提到电气化革命的第一步,混合动力系统了。
第一台出现在赛场上的混动赛车,其实是1998年勒芒赛场上的Panoz Esperante GTR-1 Q9 Hybrid,只比第一台民用混动车型普锐斯晚了3年。

受限于资金和人员,Don Panoz这样的小厂是无法在圈速上和真正的车企相抗衡的,被逼无奈想出了这种“歪门邪道”:电机额外提供的150匹马力,提升加速能力;动能回收系统节省更多的燃油,缩短进站时间。
怎么看,怎么像小厂逆袭夺冠的剧本。
然而理想很美好,现实却很骨感。当时的混动技术并不算成熟,额外的电池、电机和动能回收系统增加了200kg重量。这就好比一个人背着20斤大米跑马拉松,最终只能以失败无奈告终。

虽然这次尝试失败了,但这种能够提升效率、也更加环保的混动技术引起了赛会的注意,开始对赛制进行大刀阔斧的改革。
就拿F1来说,先是在2009年限制赛车的重量,推广动能回收系统;随后又在2014年严格限制赛车的平均油耗和瞬时油耗,封印发动机的动力。
目的,正是督促参赛的车企积极研发混动技术。在总能量有限的情况下,谁家的混动系统可以帮助赛车获得更多“可支配”的能量,谁就能取得最终的胜利。

为此,各家车企都在绞尽脑汁提升三电系统和动能回收的效率,甚至不惜每年投入超过1亿美元进行研发,为的就是让可用能量再多一点,从而跑出更优秀的成绩。
而在汽车赛事中的投入,也随着技术的发展逐步渗透到了民用车领域。
也正是从这时起,有了混动技术的传统车企们开始推广自家的混动车型:像是奥迪的e-tron、本田的i-MMD、乃至奔驰的初代混动技术,都有着F1技术下放的身影。
走到电气化革命的第二步,大放异彩的则是FE,电动方程式赛车。

2014年FE诞生之初,除了天赋异禀的特斯拉,其他车企普遍没有令人眼前一亮的三电技术。
高功率高转速电机、高密度动力电池、高效电控、能维持高功率输出的散热系统……都是车企们所不具备,也未曾想过的。
正是FE,给世人和车企展示了一种新的可能:虽然纯电赛车刚刚起步,无法和混动赛车的性能相抗衡。但如果假以时日投入技术研发,是存在反超的可能性的!
在这一背景下,BBA、保时捷、捷豹、日产、玛莎拉蒂、迈凯伦......诸多车企纷纷加入到FE的争夺中。

正如宝马车队所说的,“除了研发出高功率电机之外,我们也从FE赛事中发现了能量管理系统和能源效率的秘密,还进一步发展了电子传动系统。做完这一切之后,终于可以将战略重心转移到现实的电气化交通领域了”。
而随着竞争的白热化,FE车队们不仅要重视性能,还要关注能量管理和驱动效率,对每一分能量都要精打细算,才能获得最终的胜利。
就比如FE第七赛季瓦伦西亚站的比赛中,由于大雨引发多次事故触发了安全车,每台车按规则都被扣除部分电量,最终只有9位车手成功完赛;

而在摩纳哥站的比赛中,远景车队的前车手弗林斯正是凭借车队优秀的能量管理策略,才在终点线前靠微弱的电量优势成功反超对手。
在这一阶段,车企主要积累的是能源管理、效率提升方面的经验。而大量采用计算机模拟分析的技术,也正在应用于民用车的研发环节,用来缩短研发新车的时间。
就比如奔驰EQS,就是在这一背景下诞生的:一台2.5吨的D级车,仅用111.8kWh的电池包就能给到849公里的CLTC续航,基本就是电动车能耗界的天花板。

而到了这个赛季,FE也迎来了全新的赛车和赛制上的变化。无论是对三电系统的技术水平还是能量管理的精细程度,都提出了更高的要求。
从技术规格来看,第三代的赛车最大输出功率350kW、极速320km/h,动能回收力度也增加了一倍、功率达到600kW,因此赛车消耗的40%电量都将来自于动能回收。

更轻、更小、更快的赛车,也更适合车手间的“轮对轮近战肉搏”。
此外,目前各家新能源车企都在提及的超充,也首次出现在了FE赛场上。
只不过相比民用最高480kW、普遍200-300kW的功率来讲,FE将会在即将开始的赛季对部分比赛开放600kW进站超充机制,只需30秒就能补充4kWh电量。
而且在30秒超充完成后,赛车还将解锁2次“攻击模式”,能把赛车的输出功率从300kW短暂地提升到350kW,鼓励车手对排名展开更激烈的争夺。

600kW超充、全轮动能回收、超功率模式这些在FE大放异彩的三电技术,很有可能会和quattro四驱系统一样,在不久的将来走进普通人的生活。
正如FE的CEO杰米·里格尔所说的那样,“举办FE的核心目标就是想向大家展示新能源的未来。我们希望携手车手、车队、合作伙伴和车迷,共同推动消费级新能源车的发展。”

但杰米·里格尔所说的消费级新能源车,发展速度却远比业内想象得更快。
在FE赛场之外,新能源出行的参与方们也积极地推动着这项事业的飞速发展。

我们一开始提到的那台远景车队集合多方合作伙伴发布的双座纯电赛车,就是其中最佳的证明。如果说FE是赛道科技转民用技术的摇篮,那这台车就是不可或缺的催化剂。
这台车的意义,并不仅仅是让乘坐者感受风驰电掣,而是成为包括车队、电池材料、零部件供应商等多个出行参与方展示和验证最新科技的“大舞台”——
未来几年可能从赛道下放到民用的新能源技术,都集合在了同一台车上!

就比如其出于极致减重的目的,在单体座椅用上了空客飞机发动机上同款的Tenax™碳纤维技术,而且可以在较低的温度和很短的时间里一次成型。
而这项技术,正是来自于远景车队的赞助商帝人集团(TEIJIN Group)。
将业务从内燃机拓展到新能源领域的考斯沃斯(Cosworth),也协助远景车队将这种碳纤维集成到了这台双座电动赛车的底盘中,减重的同时也增加了车辆的强度。

再比如电池,这台车采用了车队赞助商EV Metals集团提供的增强型镍酸锂(eLNO®)、一种微观上处于分层状态的结构作为正极材料,优点可谓非常之多。
镍酸锂电池200Wh/kg的能量密度几乎压制了所有三元锂电池;充放电电压也高,成组后能做到585V;循环寿命比三元锂高一倍以上;
而且由于没有钴,它完全无毒无害,造价还更便宜,看上去是正极材料的不二之选。

但镍酸锂的生产过程必须在纯氧环境下进行,还容易引发爆炸,因此对工艺操作的要求非常高;频发的锂镍混排还会降低电池容量和充放电速度,也必须通过技术手段来解决。
所以截至目前,业内惯用的方式其实是在镍酸锂中添加锰,虽然能量密度和充放电速度会有所降低,但正极材料会变得更加稳定。而真正的镍酸锂受限于工艺,还没有量产。

在不久的将来,这些技术在得到商业化突破之后,很可能搭载在最新款的新能源车上,从而推动电动车的普及。
但难能可贵的是,远景车队发布的双座纯电赛车未来还将面向所有新能源出行参与方(不仅局限于赞助商伙伴)不断迭代、试验新的新能源技术。
这支车队将自己置于全球零碳出行转型号召者的角色上,真实地在贯彻自身的环保可持续理念:Race against Climate Change! Together for Our Planet.(赢得同气候变化的比赛;同住地球,共助地球)

在2021年,远景车队就用100公斤塑料垃圾、耗时700多小时打造了一台1:1还原的塑料垃圾赛车,意图引起大家对环保和气候问题的关注。
这台特殊的“赛车”,也登上了第26届联合国气候变化大会这一全球舞台。甚至连欧盟委员会主席冯德莱·恩、威廉王子和比尔盖茨都来围观合影,这台车也成了会上的“网红景点”。

2022年,远景车队更是以全球首支碳中和车队的身份,在第27届联合国气候变化大会上联合多方,主办了名为“赢得同气候变化的比赛:加速向零排放汽车转型”的主题研讨会,探讨赛车这一体育赛事如何推动零排放汽车的应用,来应对气候危机。

远景车队这种能在国际舞台推动全球零碳出行的号召力,其实是一脉相承自其拥有者:远景科技集团。

就拿远景科技集团在鄂尔多斯先行建设的全球首座零碳产业园来说,该产业园基于“新型电力系统” “零碳数字操作系统”和“绿色新工业集群”三大创新支柱打造,能助力当地实现3000亿元绿色新工业产值,创造10万个绿色高科技岗位,实现年减排1亿吨二氧化碳的目标。

以往运煤的高排放柴油重卡,也会被零碳排的换电重卡所取代。无论是电池还是电力,其来源正是零碳产业园中的电池工厂,以及缓缓转动的风机。

而这,仅仅是远景科技集团零碳愿景的开始。

零碳产业园,正在成为创造工业零碳转型的“中国样板”,将会在未来10年的时间里从鄂尔多斯推广到欧洲大陆,再从欧洲大陆推广到全世界。

到那时,100座零碳产业园也会和跑在路上的新能源车一样,共同加速世界向清洁、绿色的可再生能源过渡。



写在最后



纵观整个汽车行业发展史,是存在一条从“技术引领者”、“行业推动者”、“被动追随者”再到普通人的技术传递路径的。而中间的每一个角色,都不可或缺。
远景车队,便是典型的行业推动者:他们以零碳交通转型的影响力带动着各出行参与方,同时为赛道技术的民用下放提供了绝佳试验场,催化着技术红利的到来。
但其实际拥有者远景科技集团,则是在更高的能源层面,引发了席卷而来的技术革命,从而帮助整个绿色新工业体系实现碳中和的目标。
我很庆幸,能在有生之年经历一次这样的大变革——
这场能源技术革命,和近百年来引导生产力发展的蒸汽技术革命、电力技术革命和信息技术革命,一模一样。

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