中美新能源 核心技術(shù)大PK

張翔喆 劉丹丹

在中美貿(mào)易戰(zhàn)的陰云下，電動(dòng)汽車核心技術(shù)是美國(guó)遏制中國(guó)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。美國(guó)限制中國(guó)投資美新能源企業(yè)，防止專利轉(zhuǎn)移失去相關(guān)核心技術(shù)。汽車電動(dòng)化是新能源大趨勢(shì)之一，電動(dòng)汽車最重要的核心就是“三電技術(shù)”——電池、電機(jī)和電控。那么問題來了，中國(guó)的“三電技術(shù)”處于什么水平？在三電技術(shù)中，中國(guó)與美國(guó)到底誰更強(qiáng)？記者進(jìn)行深入研究得出三個(gè)結(jié)論。

電池PK：電池技術(shù)各有優(yōu)劣

從1991年松下生產(chǎn)出第一塊車載鋰電池開始日本基本壟斷了全球電池市場(chǎng)，世界市場(chǎng)日本占60%份額，韓國(guó)占30%，中國(guó)不到10%。而在最近短短幾年內(nèi)，中日韓三國(guó)在全球鋰電池產(chǎn)業(yè)占比呈現(xiàn)平均化。根據(jù)2017年的資料顯示，全球排名前十的動(dòng)力電池企業(yè)主要有寧德時(shí)代、松下電器、比亞迪、沃爾瑪、LG化學(xué)、國(guó)軒高科、三星SDI、北京國(guó)能、比克、孚能科技等。這十家企業(yè)屬于中國(guó)的有七家，日本只剩下孤軍奮戰(zhàn)的松下，韓國(guó)的則剩下LG化學(xué)和三星。

中國(guó)的汽車動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)（EVLIB）從2014年3.7Gwh的出貨量，飛躍至2015年15.7Gwh，同比增長(zhǎng)352%，2016年動(dòng)力電池出貨量28Gwh，同比增加79%。而去年也就是2017年中國(guó)汽車動(dòng)力鋰電池的出貨量已達(dá)到38.0Gwh，占全球汽車動(dòng)力鋰電池（EVLIB）出貨量的65.4%。

新能源汽車動(dòng)力電池基本有這幾類：鎳氫電池、鈷酸鋰18650電池、碟酸鐵鋰電池、三元鋰電池、石墨烯電池以及氫燃料電池。特斯拉Model S使用的就是鈷酸鋰18650電池，這種電池的生產(chǎn)技術(shù)成熟，電池能量密度高，大約是磷酸鐵鋰電池的兩倍，但是高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性比其他電池稍差。以電池穩(wěn)定性為例，特斯拉已經(jīng)發(fā)生兩起車輛電池二次著火的事故，分別是3月份加州事故以及5月份佛州事故，均造成嚴(yán)重的人員傷亡。

而中國(guó)的比亞迪在電池方面則跟特斯拉做出了完全相反的選擇，比亞迪的秦、唐等車都使用的是硫酸碟鐵電池，這種電池是目前車用鋰電池中穩(wěn)定性最高的。

安全和穩(wěn)定性對(duì)汽車來汽車是最重要的。在各種事故的極端情況下，磷酸鐵鋰電池最大限度地保證了車上乘客不會(huì)因?yàn)殡姵乇ɑ蚨沃鹗艿絺Α?/p>

三元鋰電池是如今的發(fā)展趨勢(shì)，比亞迪混動(dòng)宋、元，北汽EV200、EV260以及特斯拉Model 3都使用的這種電池。三元鋰電池的安全性以及能量密度都介于磷酸鐵鋰電池和鈷酸鋰18650電池之間，各方面相對(duì)來說比較均衡，而且低溫時(shí)電池更加穩(wěn)定，比較滿足時(shí)下新能源汽車對(duì)動(dòng)力電池的需求。

曾經(jīng)與鋰電池分庭抗禮的鎳氫電池，具有壽命長(zhǎng)，充放電次數(shù)多，無需保養(yǎng)維修，可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持相對(duì)較好的性能指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，但是體積大，能量密度小也是其致命的硬傷。如今豐田Prius的鎳氫電池已經(jīng)悄悄被裡電池替換，而福特汽車Ford Escape、雪佛蘭Chevrolet Malibu、本田的Honda Civic Hybrid還依舊使用鎳氫電池。

有研究人員發(fā)現(xiàn)在鋰電池內(nèi)部添加石墨烯可以減少鋰電池的能量損失，同時(shí)減少熱量對(duì)電池的損害，提高電池的使用壽命。而氫燃料電池是真正意義上的零污染能源，是最完美的汽車燃料，但是氫燃料的安全性以及貯存技術(shù)還不很成熟。石墨烯電池和氫燃料電池短時(shí)間內(nèi)都還無法應(yīng)用到新能源車上，但這都是未來新能源汽車動(dòng)力電池的研究方向。

電機(jī)PK：

中國(guó)電機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯

新能源汽車采用的電機(jī)主要有兩種：異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)。異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，可靠性好但是體積龐大，能耗較大，這就意味著在同等電池組容量和同等車況下采用同步電機(jī)的汽車要比采用異步電機(jī)的汽車?yán)m(xù)航里程更多。比如特斯拉Model S P85D，整車質(zhì)量超過2.1噸，就是因?yàn)楫惒诫姍C(jī)的電池利用效率低體積大，所以必須多裝電池。

而永磁同步電機(jī)，雖然造價(jià)比異步電機(jī)稍高，但是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，具有較高的功率密度。以比亞迪為代表的國(guó)內(nèi)新能源車企以及后來的特斯拉Model 3都選擇了永磁同步電機(jī)，就是為了在有限的電池容量下實(shí)現(xiàn)最佳的續(xù)航里程。對(duì)于新能源汽車來說，永磁同步電機(jī)是目前發(fā)展的一大趨勢(shì)。

電控PK：電控技術(shù)差距不大

電控系統(tǒng)是連接電機(jī)與電池的神經(jīng)中樞，主要是對(duì)整車進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，及時(shí)反饋調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。在新能源汽車上，電控系統(tǒng)可分為兩大類。

電池管理系統(tǒng)能及時(shí)檢測(cè)調(diào)整電池的工作狀態(tài)，保證電池的工作安全，以達(dá)到增加續(xù)航里程，延長(zhǎng)使用壽命的目的。特斯拉擁有非常強(qiáng)大的電池管理系統(tǒng)，Model S共使用了7104塊18650電池，這些電池每74節(jié)并聯(lián)為一個(gè)電池包，每6個(gè)電池包串聯(lián)為一塊電池組，16塊電池組再串聯(lián)排布，整體組成特斯拉的動(dòng)力電池。BMS對(duì)每級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，為每一個(gè)電池單元進(jìn)行及時(shí)的冷卻，降低彼此的溫差，以防自燃。然而特斯拉能做到對(duì)每一個(gè)電池單元的監(jiān)控，卻無法解決電池包被沖擊力極端破壞下產(chǎn)生燃燒爆炸的情況，這也就是今年美國(guó)兩起特斯拉汽車二次著火的原因。

出于安全問題的考慮，比亞迪在動(dòng)力電池上選擇了更加可靠的磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩(wěn)定性，可達(dá)390℃以上，保證了電池內(nèi)在的高安全性，不會(huì)因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，最大程度的保證了車上人員的安全。由于電池選擇的不同，兩家車企的發(fā)展方向也就不同，磷酸鐵鋰電池的可靠性決定了比亞迪不需要將電池管理系統(tǒng)做得像特斯拉Model S那樣復(fù)雜。

我國(guó)另一自主品牌北汽新能源，北汽EU5所搭載的E—Motion Driver3.0是北汽新能源擁有的完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代超級(jí)電控技術(shù)。作為北汽EU5的大腦，EMD3.0能夠檢測(cè)全車260個(gè)部件數(shù)據(jù)，對(duì)電池實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)，在電池充放電過程中進(jìn)行安全防護(hù)，

異常情況自動(dòng)預(yù)警以及低充電溫預(yù)加熱，可實(shí)現(xiàn)在零下35攝氏度環(huán)境正常啟動(dòng)和充電。EMD3.0不僅是在電池控制方面技術(shù)領(lǐng)先，車內(nèi)繁瑣的人機(jī)交互才是達(dá)爾文系統(tǒng)最強(qiáng)大的地方，這套系統(tǒng)也因此被業(yè)內(nèi)稱之為“最強(qiáng)大腦”。

電機(jī)控制系統(tǒng)作為汽車動(dòng)力的指揮官，它的核心則是IGBT元件（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管芯片）。新能源汽車的動(dòng)力電池提供的是直流電，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的則是三相交流電，這中間就需要電機(jī)控制系統(tǒng)來工作，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，而完成轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵元件就是IGBT。對(duì)于汽車級(jí)IGBT的設(shè)計(jì)和制造，比亞迪打破國(guó)際技術(shù)封鎖，已經(jīng)突破IGBT圓管設(shè)計(jì)、模塊散熱、封裝和制造等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了汽車IGBT功率模塊的產(chǎn)業(yè)化，打破了日本三菱和英飛凌的市場(chǎng)壟斷。比亞迪車用IGBT模塊榮獲全球電子技術(shù)領(lǐng)域的

“2018年度中國(guó)IC設(shè)計(jì)公司成就獎(jiǎng)之年度最佳功率器件”的稱號(hào)，這是中國(guó)IC產(chǎn)業(yè)最高的榮譽(yù)，如今搭載IGBT“中國(guó)芯”的純電動(dòng)汽車已在全球范圍內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用。

從三電核心技術(shù)上來看，電池方面美國(guó)采購自松下，中國(guó)自主研發(fā)。電機(jī)方面比亞迪自主研發(fā)的永磁同步電機(jī)更加適合大眾的需求。而在電控技術(shù)上，中國(guó)自主研發(fā)的IGBT早已領(lǐng)先于美國(guó)。

新能源汽車從開始到現(xiàn)在不過十余年，無論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的新能源汽車技術(shù)都還處于不斷摸索的地步，不管哪一家車企都無法直接下定論，自家企業(yè)使用的配置就一定是最好的。現(xiàn)在中美的二電技術(shù)各有千秋，并不存在誰強(qiáng)誰弱。我們能做的是不斷研究改良，制造出最適合新能源汽車的電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)等。各國(guó)之間也應(yīng)該開放合作，共同交流，一起帶領(lǐng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)走向更加成熟的明天。