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电力电子技术与新能源小店
01
背景
2022年世界新能源汽车走势较强,1-12月的广义新能源汽车销量1411万台,其中混合动力达到372万台,占比26%。剔除普通混动后的世界新能源乘用车走势较强。2022年1-12月世界新能源乘用车达到1031万台,同比增长63%。其中12月销量125万台,同比增长45%。
2022年1-12月中国新能源乘用车占比世界新能源63%的表现优秀,其中Q4,中国占世界新能源乘用车市场份额的64%。
在这些数据背后,是大量资本、人才向这条赛道不断涌入,其中既有传统汽车人造车,也不乏跨界新秀。然而,从燃油切换为新能源,汽车的核心部件已经发生了变化,三电系统的地位取得传统的底盘、发动机以及变速箱。但这还不是这场变革的全部。
事实上,伴随着行业对新能源车的续航能力、生产成本、工艺制程、自动化水平等方面提出新的要求,一系列技术也随之诞生。一些技术已经进入市场化快速发展阶段,而还有一些技术展现出开阔前景,但还处于爆发前夕。
02
《2023年度中国汽车技术趋势》
2022年12月29日上午10点,中国汽车工程学会线上发布《2023年度中国汽车技术趋势》。具体来看,2023年度中国汽车十大技术趋势包括:
1、中央计算电子电气架构解决方案将实现重大突破
技术类型:实现重大突破技术
趋势解读:随着车辆智能化需求升级,当前车辆先进电子电气架构从跨域融合向中央计算发展。中央计算的电子电气架构是实现“软件定义汽车”的前提条件,中央计算的电子电气架构通过上层软件的调度,能够更加充分地发挥底层芯片的处理能力,使得车内通信、OTA升级更加便利。
2023年,将重点突破车辆功能全局动态部署、软硬件解耦、功能持续更新等技术难点,实现中央计算电子电气架构解决方案。
2、360Wh/kg混合固液动力电池将实现小规模量产
技术类型:新量产技术
趋势解读:高比能、高安全动力电池是新能源汽车提高续势里程及运行安全的必要保障。混合固液动力电池相较于现有电池体系,比能量更高,安全性能也得到了大幅提升。
2023年,360Wh/kg混合固液动力电池将率先在高端车型上配套搭载。像广汽埃安、蔚来汽车、高合等车企,都在积极自研,或者与电池生厂商合作,共同推进混合固液动力电池上车的进程。
3、车桩协同大功率超充(HPC)技术放量普及
技术类型:新量产技术
趋势解读:高比能、高安全动力电池是新能源汽车提高续势里程及运行安全的必要保障。混合固液动力电池相较于现有电池体系,比能量更高,安全性能也得到了大幅提升。
2023年,360Wh/kg混合固液动力电池将率先在高端车型上配套搭载。像广汽埃安、蔚来汽车、高合等车企,都在积极自研,或者与电池生厂商合作,共同推进混合固液动力电池上车的进程。
4、冗余转向系统技术突破将满足L3级以上自动驾驶的控制需求
技术类型:新量产技术
趋势解读:高比能、高安全动力电池是新能源汽车提高续势里程及运行安全的必要保障。混合固液动力电池相较于现有电池体系,比能量更高,安全性能也得到了大幅提升。
2023年,360Wh/kg混合固液动力电池将率先在高端车型上配套搭载。像广汽埃安、蔚来汽车、高合等车企,都在积极自研,或者与电池生厂商合作,共同推进混合固液动力电池上车的进程。
5、千兆车载以太网将在多车型中实现前装标配
技术类型:应用规模显著提升技术
趋势解读:随着智能网联的飞速发展,带来了海量的车内通信数据传输需求,车载以太网将从局部应用逐步拓展为车内数据传输的骨干网。2023年,多款自主品牌将搭载应用1000Mb/s车载以太网,应用规模将达到50万辆以上。
举例而言,2022年,小鹏G9在国内首次实现千兆以太网为主干通信架构;2023年,长安、比亚迪、广汽、吉利等自主品牌将推出千兆以太网适用车型。
6、高性能无线短距通信技术将实现上车搭载应用
技术类型:应用规模显著提升技术
趋势解读:随着智能网联的飞速发展,带来了海量的车内通信数据传输需求,车载以太网将从局部应用逐步拓展为车内数据传输的骨干网。2023年,多款自主品牌将搭载应用1000Mb/s车载以太网,应用规模将达到50万辆以上。
举例而言,2022年,小鹏G9在国内首次实现千兆以太网为主干通信架构;2023年,长安、比亚迪、广汽、吉利等自主品牌将推出千兆以太网适用车型。
7、铝合金免热处理一体化压铸技术应用有望迎来快速增长
技术类型:应用规模显著提升技术
趋势解读:大型复杂一体化压铸技术是汽车轻量化的重要技术手段。例如,车辆后底板采用一体化压铸技术之后,预计能减重25%以上,制造时间缩短60%以上。
2023年,大型复杂一体化压铸技术将在前舱总成、电池包壳体等方面实现突破,多家车企将在十多款中高端车型上率先应用一体化压铸技术。除了特斯拉,我国众多车企也在积极布局一体化压铸技术,譬如蔚来汽车目前已有车型量产上市,小鹏汽车、长安、广汽等也会在2023年陆续上车。
8、纯固态Flash激光雷达将在补盲领域迎来量产
技术类型:应用规模显著提升技术
趋势解读:大型复杂一体化压铸技术是汽车轻量化的重要技术手段。例如,车辆后底板采用一体化压铸技术之后,预计能减重25%以上,制造时间缩短60%以上。
2023年,大型复杂一体化压铸技术将在前舱总成、电池包壳体等方面实现突破,多家车企将在十多款中高端车型上率先应用一体化压铸技术。除了特斯拉,我国众多车企也在积极布局一体化压铸技术,譬如蔚来汽车目前已有车型量产上市,小鹏汽车、长安、广汽等也会在2023年陆续上车。
9、70MPa IV型储氢瓶将实现小规模搭载应用
技术类型:新量产技术
趋势解读:70MPa是提高质量储氢密度的重要手段,是车载储氢系统商业化应用的必然趋势。随着大功率、长续驶里程燃料电池系统的应用,对储氢提出了更高的要求。相较于35MPa储氢瓶,70MPa IV型的储氢密度可提升50%。
2023年,随着标准法规的进一步完善,70MPa IV型车载储氢系统有望实现装车应用。
10、混合动力专用发动机最高热效率将突破45%
技术类型:新量产技术
趋势解读:70MPa是提高质量储氢密度的重要手段,是车载储氢系统商业化应用的必然趋势。随着大功率、长续驶里程燃料电池系统的应用,对储氢提出了更高的要求。相较于35MPa储氢瓶,70MPa IV型的储氢密度可提升50%。
2023年,随着标准法规的进一步完善,70MPa IV型车载储氢系统有望实现装车应用。
03
具体应用技术发展趋势简述
800V高压平台及其功率器件
美的新能源板块的威灵汽车部件安庆新能源汽车零部件战略新基地一期正式投产。 计划完成每年100万台电动压缩机、120万台EPS转向电机、20万台驱动电机的产量目标。其中,全球首款800V碳化硅(SiC)12000rpm高转速电动压缩机被威灵视为重点产品。 此外,使用CO2环保冷媒的800V电动压缩机、800V扁线油冷驱动电机等产品也将在今年进入量产阶段。
SiC 的导热性比硅高近 3 倍,功率损耗产生的热量可以以较小的温度变化从 SiC 中传导出去,实现更好的 散热,功率电子器件的散热是系统设计的重要一环。SiC 器件的芯片面积更小,产生的栅极电荷和电容也更小,可以实现更高的开关速度,降低开关损耗。
SiC 适合高功率和高频率应用场景,如储能、风电、光伏、轨道交通、新能源汽车等行业。而新能源汽车是SiC功率器件的主要应用场景,在主驱逆变器、OBC、DC-DC 以及直流充电桩模块中,SiC MOSFET 有望对 Si IGBT 加速替代。受益于新能源汽车、光伏、轨道交通等下游景气应用驱动,全球碳化硅功率器件市场规模正在不断扩大。Yole 还预估2027年碳化硅功率元件市场规模可达63亿美元,2021-2027年,碳化硅功率元件市场的复合年成长率为34%。
机器人:"机器人+"大时代有望加速来临
近期,小鹏正式公布了生态企业的一名新成员——深圳鹏行智能研究有限公司,并发布了首款智能机器马第三代原型机。
小鹏汽车官方资料显示,该智能机器马在动力模组、运动控制、智能驾驶和智能交互等方面都是实现了对以往足式机器人的技术突破,具备可骑乘、强自主运动、情感化交互的能力。
这款智能机器马具备“多模态交互”能力,融合了视觉、听觉与触觉交互。其面部还配有曲面显示屏,拥有丰富的表情与肢体语言,与人沟通更为直观。
此外,这匹机器马融合了小鹏汽车全栈自研的智能驾驶技术,采用了视觉加激光雷达的感知系统,具备自主运动能力,可以满足小朋友的骑乘需求。
对比可以发现,小鹏机器马与Tesla Bot都将公司汽车产品上的先进传感器和算法运用到了机器人上。
汽车公司为什么要制造机器人?
结构、零部件进一步简化:一体化压铸大有可为
纵观新能源汽车的发展过程,动力电池的创新一直贯穿其中,而归宿在降本。
一方面是由于续航里程、稳定性等性能指标的提升,另一方面则是出于对降低电池制造成本的追求。电池在整车的成本占比已经超过40%。因此,相关材料的剧烈波动(如:碳酸锂、六氟磷酸锂、铜箔、镍/钴等),会让电动车产业难以承受。
70MPaIV储氢瓶小规模量产:持续突破氢能源核心部件
市场对燃料电池汽车的采购成本都是盯住燃料电池的,包括“以奖代补”的八大件,也是围绕燃料电池系统和核心零部件,车载供氢系统占燃料电池汽车的14%。以目前的成本,如果将35MPaIII型瓶过渡到70MPaIV型瓶,则车载储氢系统的成本还会成倍增加。
近期,氢燃料玩家未势能源,推出自主研发的第二代70MPa-57L Ⅳ型储氢瓶,质量储氢密度达到6.1wt%,超过美国能源部(DOE)设定的2025年质量储氢密度目标值5.5wt%,且优于当前国际市场主流品牌同类产品指标,达到世界领先水平,主要适用于氢燃料电池乘用车型车载储氢系统。
III型瓶的20MPa、35MPa气瓶,IV型瓶的20MPa、35MPa、70MPa均使用T700级别的碳纤维。在70MPaIII型瓶,通常使用级别更高的T800、T720级别碳纤维,由于东丽的封锁只能使用韩国晓星的产品。
目前进口碳纤维以韩国晓星TH2550为主,其产品性能优越,缠绕工艺性好,使用在35MPa、70MPa压力等级较高的缠绕气瓶。国外封锁恰恰是国产碳纤维替代的良好契机,也是近年国产化替代快速增长的重要原因。国内主要碳纤维企业都已经上市或正在准备上市,所以产能扩张很快,预计到2023年国产碳纤维与进口量就可以持平。
PHEV混动技术创新:越简单,越有效
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