產研：2023年電動車十大硬件技術預測

導語：2023年，圍繞汽車800V甚至更高壓平臺的普及，對于快充、電池、電驅、電容等一系列硬件都提出了更高的要求。其中有哪些硬件技術將實現(xiàn)快速落地量產？

中國汽車工業(yè)協(xié)會最新數(shù)據(jù)顯示，2022年，我國汽車產銷分別完成2702.1萬輛和2686.4萬輛，同比增長3.4%和2.1%，全年實現(xiàn)小幅增長，我國汽車產銷總量已連續(xù)14年居全球第一。預計2023年新能源汽車產銷漲幅和新車滲透率預計都將在40%左右，整體銷量規(guī)模有望觸達1000萬輛。屆時，中國將有望成為全球第一個新能源汽車進入千萬量級的國家。

隨著新能源汽車銷量和滲透率的增加，消費者對于新能源車的痛點也急需解決：續(xù)航焦慮、補能焦慮、成本焦慮。各大車企紛紛引入高壓平臺以解決上述問題，2023年，圍繞汽車800V甚至更高壓平臺的普及，對于快充、電池、電驅、電容等一系列硬件都提出了更高的要求。其中有哪些硬件技術將實現(xiàn)快速落地量產？本期與非研究院就來進行一番預測。

補盲（低成本）激光雷達

根據(jù)佐思汽研發(fā)布的《2022年汽車激光雷達產業(yè)研究報告（國內篇）》顯示，2022年上半年，國內乘用車新車激光雷達安裝量達到2.47?萬顆；2022年下半年，國內擬交付的激光雷達新車達到10?余款，包括小鵬G9、威馬?M7等，預計全年總安裝量有望突破8?萬顆。

目前幾乎所有采用多激光雷達的車型，全車都統(tǒng)一使用了一種激光雷達，而且規(guī)格都是完全一致，比如搭載華為系智能駕駛解決方案的車型，它們都是使用了規(guī)格完全一致的等效96線半固態(tài)激光雷達，而其中起到最主要作用的，就是那顆布置在車頭部位的激光雷達，其他布置在側翼子板和尾部的激光雷達，則是為了增強冗余和補盲而使用的。

補盲激光雷達，一般會布置在車輛的側面，增強側向冗余，特別是對于保證自動變道的安全性，有一定的幫助。加入了側向的補盲激光雷達之后，在泊車或者并線轉彎時，可以更好地加強對于靜態(tài)物體的識別，因為激光雷達的點云對于各種狀態(tài)的物體都很感興趣，可以最大可能地避免像特斯拉自動泊車過程中那樣撞到別人的車輛，或者刮到墻壁的情況。這種補盲激光雷達在增強側向冗余和識別能力的同時，最有可能把毫米波雷達和超聲波雷達替代掉。

目前市面上固態(tài)補盲激光雷達主要有兩款，一款是禾賽科技的FT120，另一款是速騰聚創(chuàng)的E1，當然它們背后的禾賽科技和速騰聚創(chuàng)兩家也一起占據(jù)了中國車規(guī)級激光雷達市場的半壁江山。在2023 CES中，國產廠商紛紛亮出了自己最新的補盲激光雷達產品。

高分辨率4D毫米波雷達

車載毫米波雷達幾乎成為L2及以上智能駕駛的標配。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年中國市場前裝角雷達搭載量為414.28萬個，同比增長72.53%；前向毫米波雷達上線量535.72萬顆，同比增長38.43%。

過去，毫米波雷達被認為是輔助型的傳感器，其產品定位和主要功能是實現(xiàn)碰撞預警，而今，隨著自動駕駛向更高級別演進，毫米波雷達的性能也亟待提升，例如：高程分辨能力和高分辨力、更遠的作用距離、易于和視覺融合、能夠用雷達數(shù)據(jù)集訓練AI。這四項能力的提升，意味著毫米波雷達可以和視覺一樣，具備對周邊進行精準的檢測、跟蹤、識別等成像系統(tǒng)的能力。從物理屬性來看，相對于激光雷達和攝像頭等光學傳感器，毫米波雷達不受光線的制約，在雨霧雪等惡劣天氣下均能正常工作，在車載傳感器領域贏得了“全天時、全天候”工作的美譽。

目前，行業(yè)在車載毫米波雷達成像技術上的進展主要分為兩種，一種是俗稱的4D成像（即建立在FMCW體制上的增加高度維信息的4D成像），另一種是車載SAR成像。

從成本來看，激光雷達的價格多在1000美元，而4D毫米波雷達成本約為激光雷達的1/10。正因如此，4D毫米波雷達被認為可以直接替代一些低線束的激光雷達。伴隨著賽靈思、華為以及博世等供應商的競相追捧，4D毫米波雷達被推上“風口”，成為智能駕駛“多傳感器融合”領域最有競爭力的方案之一。包括大陸集團、采埃孚、安波福、博世等傳統(tǒng)巨頭開始陸續(xù)宣布4D毫米波雷達的相關解決方案，國內的華為、復睿智行、蘇州毫米波、華域、楚航科技、威孚科技等公司也對該領域進行了布局。

4C高倍率電池

電池是電動車的核心部件，直接決定了對電動車來說最為關鍵的續(xù)航里程。隨著新能源逐漸升溫，對電池行業(yè)的投入也越來越大，未來幾年，電池技術將迎來快速的發(fā)展。

4C代表著電池系統(tǒng)充電倍率，通俗的來講就是1C充電可在60min將電池系統(tǒng)電量充滿，而4C則可以在15min將電量充滿，在充電電流增大的前提下，可以有效減少充電時間，為用戶充電問題提供有效的解決手段。目前市面上絕大多數(shù)主流的動力電池包均只支持2C的充電倍率。

目前非常有名的麒麟電池就是4C電池的一種，它是電池產業(yè)龍頭寧德時代發(fā)布的第三代CTP技術，也就是無模組電池包。這項技術最早是寧德時代在2019年全球首創(chuàng)，當時的第一代CTP技術，令寧德時代的電池體積利用率突破了50％大關。而CTP技術發(fā)展至第三代，其體積利用率達到了72％，可將三元電池系統(tǒng)能量密度提升至255Wh／kg，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度提升至160Wh／kg。

4C電池的優(yōu)點可以解決嚴寒地區(qū)電池充電效率下降的問題。首先就是快速加熱電池，達到合適充電溫度。速熱技術通過超充樁高頻脈沖板塊與車端BMS互通，高頻脈沖速熱策略結合自主開發(fā)BMS功能模塊開發(fā)，通過與樁端脈沖板塊雙向響應，在保證電芯應用安全的基礎上，使電池在低溫環(huán)境中快速從極寒溫度下升溫至20-25℃的舒適區(qū)。

其次則是通過4C電芯快充功能為電池補能。而在電芯設計方面，通過調整電芯厚度提升散熱能力，結合快離子環(huán)、各向同性石墨、超導電解液、多梯度極片設計等技術，提升化學反應過程中的電荷傳遞及離子遷移速度，實現(xiàn)4C充電倍率。-10°C的環(huán)境溫度下僅需5min即能為車輛補充130km的續(xù)航。

最后是速冷，大倍率快充在提供優(yōu)質充電體驗的同時，也需保障電池在快充過程中的溫升控制。電池溫控系統(tǒng)一體式集成技術進行電池系統(tǒng)和整車的熱管理雙優(yōu)化。電池系統(tǒng)中采用雙進雙出雙面結構設計，提高液冷流量，散熱效率提高一倍，有效提升系統(tǒng)溫度一致性。整車端通過三通閥設計實現(xiàn)內循環(huán)與外循環(huán)，外循環(huán)實現(xiàn)樁端大功率制冷，通過快插結構設計實現(xiàn)車樁的液冷回路連接，保證密封性及使用可靠性。4C超充場景下，可維持電芯溫度不超過45℃。

麒麟電池將橫縱梁、水冷板、隔熱墊集成為多功能彈性夾層，同時電芯倒置，采用多模塊底層空間共享，大幅提升了冷卻效果(+50%)、體積利用率(72%)和快充性能(4C)。麒麟預計23年實現(xiàn)量產，適配鐵鋰、中鎳、高鎳多體系電芯，預計首批搭載理想、哪吒新車型，未來隨著規(guī)模效應的釋放，降本提高性能優(yōu)勢更顯著，車企意愿度隨之進一步提高。鐵鋰+麒麟電池可與刀片電池競爭，高鎳三元+麒麟電池可與4680競爭，進一步強化寧德全球龍頭地位，同時提升了水冷板的價值量，加速4C快充技術的迭代。

800V快充技術

從成本與技術角度來看，大功率高壓快充正逐步成為新能源汽車的標配，眾多主流車企相繼推出800V高壓平臺架構，并加速向1,000V甚至更高電壓架構演進升級。大功率快充趨勢之下，整車系統(tǒng)及充電樁所配置的半導體元器件都需要重新選型，以適配高壓系統(tǒng)對器件耐壓等級、耐高溫、絕緣、低損耗等方面的更高需求。

為縮短充電時間，提高補能效率，推動新能源汽車全面普及，比亞迪、小鵬、吉利、華為等主流企業(yè)紛紛入場，推出高壓平臺解決方案，為大功率快充應用落地提速。預計到2026年，800V以上高壓平臺銷量將超過580萬輛，占電動汽車50%以上，而800V以上高壓平臺車型存量可達1,300萬左右。

國內ChaoJi充電標準2021年發(fā)布，超級充電基礎設施加速布局。ChaoJi充電源自中國大功率充電研究，并與德國、日本交流推進，可支持350kW-900KW大功率充電，充電電壓1000-1500V，充電電流500-600A，10分鐘增加續(xù)航300公里以上。新一代的ChaoJi充電技術路線發(fā)端于電動汽車大功率充電需求，但并不簡單指大功率充電接口，而是一套完整的電動汽車直流充電系統(tǒng)解決方案。立項標準預計2021年底完成，并開啟試點示范，預計2025年普遍安裝。

“光儲充”一體式電站

快充對電網(wǎng)沖擊很大，10個100～200kW的直流充電樁，需要一個額定1MW的變電站。電網(wǎng)改裝需要審批；就算審批順利，如果完全靠快充樁解決問題，對全國配電網(wǎng)擴容壓力巨大，所需總投資額將是十萬億級別的。

“光儲充”一體化電站，簡而言之，就是集光伏發(fā)電、儲能、充電于一身的一個綜合功能電站。它有三個特征：1、可實現(xiàn)光伏發(fā)電自發(fā)自用；2、余電儲存；3、可結合儲能峰谷電價差套利?！肮鈨Τ洹敝悄艹潆娬镜母拍?，在國內最早由寧德時代提出。寧德時代通過4年投入，開發(fā)出一個類似集裝箱大小、帶儲能功能的充電站，能夠為用戶提供儲能、快充、電池健康檢測等服務。在用電高峰，該充電站可給電網(wǎng)供電；逢用電低谷，則給自身或電動車充電，起到削峰填谷的作用。寧德時代實現(xiàn)了光儲充智能電站的快速落地。

“光儲充”系統(tǒng)能很好地應對超充時代的高電壓、大電流對電網(wǎng)產生的沖擊。在電動汽車集中充電或者大規(guī)模充電的時候，通過儲能系統(tǒng)來平抑電動汽車引起的電網(wǎng)波動。業(yè)界人士稱，光儲充項目可以通過儲能來解決電網(wǎng)增容、擴容的矛盾問題。

目前，國內的車企還沒有大量涉足該領域。目前國內布局“光儲充放”的企業(yè)主要是寧德時代和華為，特斯拉短期在中國推廣并不容易，但在5年的時間維度看，其競爭力非常明顯。

超級電容器

超級電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時又具有電池的儲能特性。顧名思義，超級電容的容量比通常的電容器要大的多，并且對外表現(xiàn)跟電池相同，因此也被稱為電容電池。

傳統(tǒng)電池如果頻繁充放電的話，就會影響電池的使用壽命，頻繁更換電池，又是一筆不小的開銷，這時候就能看出超級電容器的重要性了。

超級電容器在電動汽車混合燃料汽車和特殊載重車輛方面有著巨大的應用價值和市場潛力。

超級電容器作為電動汽車和混合動力汽車的動力電源，可以單獨使用或將其與蓄電池聯(lián)用。這樣，超級電容器在用作電動汽車的短時驅動電源時，可以在汽車啟動和爬坡時快速提供大電流從而獲得大功率以提供強大的動力。

在正常行駛時由蓄電池快速充電，在剎車時快速存儲發(fā)電機產生的瞬時大電流,回收能量，從而減少電動汽車對蓄電池大電流放電的限制，延長蓄電池的循環(huán)使用壽命，提高電動汽車的實用性。由于超級電容器在使用過程中沒有任何的化學反應，完全屬于物理變化，因此相對更加安全。再加上其充放電速度極快、功率密度高、大電流放電能力強，同時在質量上也更輕，因此更適合在高性能混動車型中應用。

蘭博基尼首款混合動力車型Sián FKP 37就率先應用了這項技術，新車采用全新的輕型混合動力架構，擁有一個功率密度為2400W／kg的超級電容器。官方宣稱，比同等重量鋰電池的功率密度強三倍。這個特性非常適合追求極致輕量化的超跑，在降低重量的同時，獲得更大的馬力。

不過，目前超級電容的能量密度離電動汽車的要求還尚遠，還無法作為單獨的能量儲備設備運用在普通民用車上。

高壓大功率電驅系統(tǒng)

隨著碳化硅的普及使用，在同等的體積下，電驅動系統(tǒng)通過優(yōu)化電機和逆變器，從150kW升級到300kW，已經是新車中的時尚。我們一般把這類800V、250kW以上的高性能動力總成叫做高壓大功率電驅動系統(tǒng)。這個系統(tǒng)不僅是具備高峰值功率，還可以支持200-260km/h的最高車速，同時，對起步加速、爬坡都提供更強的動力。扭矩響應迅速，在起步加速、超車過程中都有更好的推背感。

2021年12月26日，株洲中車時代電氣股份有限公司發(fā)布國內首款基于自主碳化硅（SiC）大功率電驅產品C-Power 220s，該產品系統(tǒng)效率最高可達94%，可適應當前新能源汽車高頻快充、長續(xù)航、高安全的需求。作為新能源汽車“三電”系統(tǒng)之一，電驅系統(tǒng)是新能源汽車的動力源與核心零部件，被稱為汽車之“芯”。C-Power 220s電驅系統(tǒng)采用的第三代半導體材料碳化硅，是制作高溫、高頻、大功率、高壓器件的理想材料之一，基于碳化硅的解決方案可使系統(tǒng)效率更高、重量更輕，且結構更緊湊。

新能源汽車是碳化硅最重要的下游領域，應用了碳化硅技術的C-Power 220s高壓碳化硅電驅系統(tǒng)產品具有系統(tǒng)功率密度高、系統(tǒng)損耗少、續(xù)航能力強的優(yōu)勢，其系統(tǒng)效率最高可達94%，廣泛適配于高端轎車、SUV等車型，可靈活前后置搭載，能為乘客帶來更安全、更高效、更節(jié)能的駕乘體驗。

輪邊電驅系統(tǒng)

輪邊電機是裝在車輪邊上的電機，是通往輪轂電機的一種過渡。輪邊電機采用軸向電機驅動4個車輪，可以由單獨的電機驅動，每個車輪都能有自由的轉速和旋轉方向。在比亞迪的仰望上面，能看到這種技術的的首次應用。通過左右兩側車輪正反轉就能實現(xiàn)原地掉頭，這是多少新手司機的福音。

輪邊電機的驅動布置形式會對車輛的操作性和舒適性產生影響。但是在要求較低的商用車行業(yè)，輪邊驅動電機的優(yōu)勢則變得很顯著。輪邊電機可以大大簡化車輛結構，縮短動力傳遞路徑，進一步提高能量的傳動效率，使電能得到最大限度的利用。而且輪邊電機系統(tǒng)由于其電機安置離輪轂近的特點，對于后期的維修服務非常友好。但其缺點也非常明顯，輪邊電機的安裝尤其是在后軸驅動的情況下，由于車身和車輪之間存在很大的變形運動，對傳動軸的萬向傳動具有一定的限制，對車輛的操縱性和舒適性產生影響。正是因為輪邊電機顯著的優(yōu)缺點，使其目前在商用車領域的應用前景遠好于在乘用車領域。

在商用車領域，國際上布局最為領先的是比亞迪、采埃孚和奔馳一類專門從事電機技術研發(fā)且有成熟產品的公司。其中，以國際零部件巨頭采埃孚布局最為迅猛，安裝了采埃孚輪邊電驅動車橋的車輛已經正在亞歐城市中試用（如圖2），并且得到了德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎設施部的補貼。近年來一些新型和傳統(tǒng)的零部件巨頭，如Protean、Elaphe舍弗勒、日本NSK也開始意識到輪邊電機的重要性，逐步加強在輪邊電機領域的研發(fā)投入。

從專利的目標申請國分析發(fā)現(xiàn)，中國是最受到國內外企業(yè)關注的市場，其次是美國和日本市場。現(xiàn)階段，輪邊電機的發(fā)展動力主要受到各國的政策影響，尤其是中國政府在近20年內對新能源汽車相關產業(yè)投資超過2萬億，極大地帶動了輪邊電機產業(yè)的發(fā)展。另外，從輪邊電機專利申請人排名分析可以看出，以比亞迪和宇通客車為代表的國內企業(yè)是當前該領域的申請主力。其次是以斯巴魯、本田為代表的日本車企和德國奔馳、保時捷等一眾的老牌車企。這些企業(yè)均在商用車零部件或者整車領域有成熟業(yè)務。

最后，雖然以特斯拉為代表的集中式驅動形式仍是純電動乘用車底盤技術的主流。但相信在不遠的將來，輪邊電機在突破技術層面的難點后，它能量利用效率高等優(yōu)勢將會促使其在乘用車領域的規(guī)?；瘧?。

鈉離子電池

鈉離子電池與鋰離子電池相似的工作原理，主要是通過鈉離子在正負極之間的嵌入、脫出實現(xiàn)電荷轉移。

但是相較鋰離子，鈉離子體積較大，在材料結構穩(wěn)定性和動力學性能方面要求更嚴苛，這也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。

鈉離子電池技術路線有三個天然優(yōu)勢，原材料便宜、擁有不錯的性能特征、量產工藝能用鋰電池的產線。鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰鹽而言儲量更豐富，價格更低廉。由于鈉離子比鋰離子更大，所以當對重量和能量密度要求不高時，鈉離子電池是一種劃算的替代品。事實上，也正是因為鋰電池主要原材料——碳酸鋰價格暴漲，才讓作為備選方案的鈉離子電池有了當下熱度。

2021年底，寧德時代和孚能科技就表示，鈉離子電池普遍可以滿足小型車的續(xù)航需求。由于鈉離子的化學特性跟鋰離子電池很相近，這使得鈉離子電池量產的替代鋰電池具備可能。但對于制造環(huán)節(jié)來看，鈉離子電池的成熟工藝、產品質量穩(wěn)定性、良品率等仍需時間進一步完善，對標鋰電池，鈉離子電池距離大規(guī)模量產化還有7、8年的時間，2023年的最大看點，是看寧王能不能把兩代鈉電池做出來。

目前來看，鈉離子電池的量產至少還要解決三個問題：上游的材料供應、 鈉電池的生產工藝、鈉電池的驗證測試。我們期待2023年，鈉離子電池的產品能在儲能、兩輪車上進行落地，逐步再擴展到商用車和乘用車上。

軛式方向盤

今年6月份，特斯拉量產車Model S Plaid交付，使用了全新的軛式方向盤，完全顛覆傳統(tǒng)方向盤的設計，取消了方向盤上的按鍵和撥桿，不僅轉向燈、喇叭都通過觸控來完成操作；換擋的操作也通過點擊屏幕來進行。

軛式方向盤在造型上可以說是顛覆了傳統(tǒng)方向盤的設計，相比傳統(tǒng)方向盤上的按鍵和撥片，軛式方向盤的轉向燈、喇叭都通過觸控來完成操作。此外，軛式方向盤上的滾輪還可以進行激活中控屏幕換擋器，通過點擊屏幕進行換擋，從而來進行換擋操作。相比傳統(tǒng)的換擋把和旋鈕式操作，這個設計非常超前。這也就意味著，使用軛式方向盤的車輛只需要踩油門前進，不需要進行換擋操作。

這些操作聽起來很有創(chuàng)意，但是也存在著一定的弊端。雖然在行車時的操作方便了許多，但是由于造型的問題，許多人也許并不適應軛式方向盤的造型設計，并且觸控式的設計也會存在誤觸行為的發(fā)生。不過值得注意的是特斯拉的軛式方向盤并沒有裝備“漸進式轉向”和“線控系統(tǒng)驅動”，這也讓人質疑，特斯拉的軛式方向盤是否靈活方便或者是操作準確，而且在新的設計下安全性能又如何？