電動(dòng)汽車(chē)若干關(guān)鍵技術(shù)展望

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；專利技術(shù)；固態(tài)電池；碳化硅；自動(dòng)駕駛

0引言

21世紀(jì)以來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)需求的增加，以及電池技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、人工智能的快速發(fā)展，汽車(chē)的電動(dòng)化成為汽車(chē)行業(yè)的主流趨勢(shì)[1]。隨著市場(chǎng)的快速擴(kuò)大，各汽車(chē)品牌在電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)也愈發(fā)激烈。本文從電池、電驅(qū)電控和自動(dòng)駕駛?cè)蠹夹g(shù)方向，基于專利數(shù)據(jù)和技術(shù)方案的分析，試圖對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展進(jìn)行一個(gè)展望，以供汽車(chē)領(lǐng)域從業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)路徑規(guī)劃、專利提前布局作參考。

1關(guān)鍵技術(shù)及專利申請(qǐng)情況

1.1電池

利用國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局的檢索系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和專利文獻(xiàn)的檢索。固態(tài)電池的專利檢索主要采用的檢索表達(dá)為：分類號(hào)H01M，關(guān)鍵詞電池、固體/固態(tài)及電解質(zhì)等。

1.1.1關(guān)鍵申請(qǐng)人

由圖1可知，固態(tài)電池的代表性企業(yè)：豐田、LG、本田、三星、寧德時(shí)代、清淘能源、北京衛(wèi)藍(lán)、億緯鋰能、輝能科技、QuantumScape、中創(chuàng)新航、贛鋒鋰業(yè)及SolidPower等。雖然中國(guó)電池企業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速，然而在專利技術(shù)上的積累程度較日韓企業(yè)仍有較大的差距。

1.1.2關(guān)鍵專利

固態(tài)電池現(xiàn)有三大路線：聚合物、硫化物和氧化物路線。

（1）申請(qǐng)?zhí)朇N202310291303，申請(qǐng)日2023年3月23日，申請(qǐng)人寧德新能源科技有限公司，2023年7月14日授權(quán)后保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容：要解決鋰枝晶刺穿隔膜短路的技術(shù)問(wèn)題，提出了一種復(fù)合電解質(zhì)膜，在第一導(dǎo)入單元基礎(chǔ)上引入第三和第四單元共聚，進(jìn)一步地，在第三和第四單元共聚的基礎(chǔ)上引入第二導(dǎo)入單元，從而可以擴(kuò)大第一導(dǎo)入結(jié)構(gòu)單元分子鏈的空間體積、提高聚合物的介電常數(shù)、改善鋰離子傳輸、提高電解質(zhì)膜的力學(xué)性能。

（2）申請(qǐng)?zhí)朖P2022025760A，申請(qǐng)日2022年2月22日，申請(qǐng)人豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社。同族申請(qǐng)：US202318168608A、EP23157587A、CA3187971A、KR20230017836A、CN202310182306、TW112100512A。

發(fā)明內(nèi)容：一種復(fù)合粒子、正極、全固體電池及復(fù)合粒子制造方法。在硫化物系全固體電池中，為防止硫化物固體電解質(zhì)與正極活性物質(zhì)粒子直接接觸，在正極活性物質(zhì)粒子的表面涂膜覆蓋，可降低初始電阻和電阻增加率。

（3）申請(qǐng)?zhí)朇N202310811564，申請(qǐng)日2023年7月04日，申請(qǐng)人北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司，2023年10月24日授權(quán)后保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容：為解決固態(tài)電解質(zhì)在水中的團(tuán)聚問(wèn)題，提出一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)分散液，該分散液的分散劑為陰離子型聚合物和/或聚磷酸鹽，基于靜電排斥以及空間位阻復(fù)合作用，防止固態(tài)電解質(zhì)顆粒的團(tuán)聚、提高了分散液的穩(wěn)定性和一致性。

1.2電驅(qū)電控

半導(dǎo)體器件作為電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)控制系統(tǒng)和充電樁的核心組成部分，按照器件襯底材料的不同，現(xiàn)有的功率半導(dǎo)體器件材料分為三代：第一代例如鍺和硅；第二代例如砷化鎵和磷化銦；第三代例如碳化硅（SiC），與前兩代材料相比，SiC的禁帶寬度更寬、擊穿電場(chǎng)更高，更合適制作高效、高頻的大功率半導(dǎo)體器件[2]。

SiCMOSFET應(yīng)用至電動(dòng)汽車(chē)，相比于現(xiàn)有的IGBT模塊來(lái)說(shuō)，具有耐壓高、開(kāi)關(guān)頻次高、體積更小的優(yōu)勢(shì)，可承受800V的電驅(qū)平臺(tái)、提高車(chē)速的同時(shí)降低能耗、48個(gè)SiCMOSFET即可取代逆變器中的80個(gè)IGBT。SiCMOSFET現(xiàn)在的缺點(diǎn)主要是成本問(wèn)題。

碳化硅的專利檢索主要采用的檢索表達(dá)為：分類號(hào)H01L，關(guān)鍵詞為碳化硅、SiC。

1.2.1關(guān)鍵申請(qǐng)人

由圖2可知，SiC的代表性企業(yè)：英飛凌、羅姆半導(dǎo)體、三安光電、意法半導(dǎo)體、博世、Wolfspeed、華潤(rùn)微電子、士蘭微電子、Norstel及中電科半導(dǎo)體等。

1.2.2關(guān)鍵專利

（1）申請(qǐng)?zhí)朥S202318208406A，申請(qǐng)日2023年6月12日，申請(qǐng)人英飛凌科技股份有限公司。同族申請(qǐng)：DE102017119568A、US202117350586A、US201816111810A、JP2023102337A、JP2018155152A、CN202311277442和CN201810980117。

發(fā)明內(nèi)容：為解決SiC材料成本遠(yuǎn)高于Si晶片的技術(shù)問(wèn)題，采用成本分?jǐn)偟乃悸罚戎圃霺iC器件，再分離SiC襯底，由此簡(jiǎn)化制造過(guò)程，并可以多次利用初始晶片、從而降低生產(chǎn)成本。

（2）申請(qǐng)?zhí)朖P2022568062A，申請(qǐng)日2021年10月01日，申請(qǐng)人羅姆股份有限公司。同族申請(qǐng)：US202318330447A、DE112021006001T和CN202180082058。

發(fā)明內(nèi)容：半導(dǎo)體基板及其制造方法。本發(fā)明在成為基體的單晶基板的Si面形成第一石墨烯層，單晶的SiC半導(dǎo)體形成的第一層外延生長(zhǎng)，形成第二石墨烯層、多晶SiC半導(dǎo)體基板；將單晶基板從第一石墨烯層剝離；除去第一石墨烯層，在第一層的C面上通過(guò)CVD生長(zhǎng)形成第二層；剝離多晶SiC半導(dǎo)體基板和第二石墨烯層。

（3）申請(qǐng)?zhí)朇N202310068076，申請(qǐng)日2023年01月16日，申請(qǐng)人湖南三安半導(dǎo)體有限責(zé)任公司。

發(fā)明內(nèi)容：SiC半導(dǎo)體器件反并聯(lián)肖特基二極管可降低SiC的開(kāi)啟壓降、減少損耗，通過(guò)在第一結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)區(qū)與第二肖特基電場(chǎng)區(qū)之間設(shè)置一個(gè)與第一導(dǎo)電類型的外延層的導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的注入?yún)^(qū)，降低SiC柵極和肖特基接觸電極邊緣的電場(chǎng)強(qiáng)度，可提高擊穿電壓、提高器件的可靠性。

1.3自動(dòng)駕駛

國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程學(xué)會(huì)根據(jù)AI參與駕駛的程度，將自動(dòng)駕駛從L0到L5一共劃分為六個(gè)等級(jí)，從L0人類駕駛員承擔(dān)所有的駕駛?cè)蝿?wù)，到L5無(wú)論車(chē)輛處于何種環(huán)境都不再需要人類駕駛員參與駕駛操作[3]。

自動(dòng)駕駛的專利檢索主要采用的檢索表達(dá)為：分類號(hào)G05D1、B60W，關(guān)鍵詞包括自動(dòng)駕駛、輔助駕駛。

1.3.1關(guān)鍵申請(qǐng)人

由圖3可知，自動(dòng)駕駛的代表性企業(yè)：華為、百度阿波羅、Waymo、Cruise、圖森未來(lái)、文遠(yuǎn)知行、英偉達(dá)、小馬智行、Mobileye、地平線及特斯拉等。

1.3.2關(guān)鍵專利

（1）申請(qǐng)?zhí)朩O2020CN105930，申請(qǐng)日2020年07月30日，申請(qǐng)人華為技術(shù)有限公司。同族申請(qǐng)：US202318161665A、EP20947111A。

圖2SiC的代表性企業(yè)專利申請(qǐng)量發(fā)明內(nèi)容：一種激光雷達(dá)與智能車(chē)輛，激光器生成激光信號(hào)，光束整形模塊對(duì)激光信號(hào)執(zhí)行準(zhǔn)直，分束模塊對(duì)激光信號(hào)執(zhí)行分束以獲得探測(cè)信號(hào)和本地頻率信號(hào)，接收模塊接收回波信息并將回波信號(hào)發(fā)送到光學(xué)混頻模塊，光混頻模塊對(duì)本地頻率信號(hào)和回波信息進(jìn)行光混頻，以獲得第一拍頻信號(hào)和第二拍頻信號(hào)，差分接收單元差分地接收第一拍頻信號(hào)和第二拍頻信號(hào)。

（2）申請(qǐng)?zhí)朥S202318353821A，申請(qǐng)日2023年07月17日，申請(qǐng)人特斯拉公司。同族申請(qǐng)：US201816013817A、US202117644748A、WO2019US23249、EP19823094A、JP2020570440A、JP2022179474A、KR20217000250A、KR20237010288A和CN201980055004。

發(fā)明內(nèi)容：一種數(shù)據(jù)管線，提取傳感器數(shù)據(jù)并且將其作為單獨(dú)的分量提供給深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)行自主駕駛。接收例如前置相機(jī)、側(cè)邊超聲傳感器捕獲的圖像和超聲數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行分解、輸入給人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不同層，深度學(xué)習(xí)分析的結(jié)果用于控制交通工具的巡航、照明等自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2專利布局建議

2.1電池

當(dāng)前動(dòng)力電池企業(yè)市場(chǎng)占據(jù)份額由高到低分別為：中國(guó)、韓國(guó)和日本，且頭部企業(yè)的馬太效應(yīng)愈發(fā)明顯。中國(guó)企業(yè)若要繼續(xù)占據(jù)甚至擴(kuò)大市場(chǎng)份額，可加快電池從半固態(tài)到固態(tài)技術(shù)的研發(fā)，不僅應(yīng)深入耕耘氧化物路線，還應(yīng)關(guān)注其他企業(yè)已搶先布局的聚合物、硫化物方向。

2.2電驅(qū)電控

當(dāng)前美日企業(yè)在碳化硅襯底材料上具有較大的優(yōu)勢(shì)，中國(guó)企業(yè)可加強(qiáng)碳化硅襯底制造的核心工藝研發(fā)，特別是現(xiàn)有碳化硅晶體生長(zhǎng)面臨的雜質(zhì)濃度控制問(wèn)題、生長(zhǎng)條件苛刻且進(jìn)度緩慢的問(wèn)題。致力于提高碳化硅晶體良率，從而降低成本。例如，在專利申請(qǐng)上進(jìn)行一些晶體生長(zhǎng)坩堝材料和保溫材料、硅粉與碳粉自主合成高純度碳化硅原料的探索。

2.3自動(dòng)駕駛

當(dāng)前德國(guó)、日本和美國(guó)具有較大優(yōu)勢(shì)，智能駕駛ADAS芯片主要是美國(guó)和日本企業(yè)，而中國(guó)企業(yè)追趕態(tài)勢(shì)明顯。自動(dòng)駕駛的技術(shù)發(fā)展路線分為純視覺(jué)路線和激光雷達(dá)路線。

（1）純視覺(jué)路線的典型代表為美國(guó)特斯拉的Autopilot[4]。視覺(jué)路線可理解為擬人系統(tǒng)，用視覺(jué)來(lái)做出判斷，以攝像頭和視覺(jué)算法為主。這種技術(shù)路線的優(yōu)點(diǎn)是成本低，缺點(diǎn)是畫(huà)面二維，難以復(fù)刻真實(shí)的復(fù)雜場(chǎng)景。

（2）而激光雷達(dá)路線則是利用激光雷達(dá)替代攝像頭，能夠獲取周邊物體精確的三維數(shù)據(jù)，制造成本較為昂貴。

在感知、決策和操控這3個(gè)步驟中，視覺(jué)偏重算法，雷達(dá)側(cè)重感知。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，雖然技術(shù)在市場(chǎng)落地上需要著重考慮成本和安全性，但在專利申請(qǐng)上可優(yōu)先綜合考慮兩種路線的優(yōu)勢(shì)。

3結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)企業(yè)具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：其一，從專利申請(qǐng)數(shù)量和質(zhì)量來(lái)看，中國(guó)企業(yè)自研意識(shí)和能力在不斷增強(qiáng)，例如，華為自研了ADS芯片；其二，我國(guó)對(duì)新能源汽車(chē)行業(yè)的重視，如2023年11月，交通運(yùn)輸部印發(fā)了“關(guān)于《自動(dòng)駕駛汽車(chē)運(yùn)輸安全指南（試行）》”[5]；其三，市場(chǎng)規(guī)模帶動(dòng)甚至刺激著產(chǎn)業(yè)技術(shù)快速迭代升級(jí)。

毫無(wú)疑問(wèn)，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，同時(shí)技術(shù)發(fā)展迅速，取得技術(shù)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)將在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得更重的砝碼，今后我們將持續(xù)關(guān)注專利申請(qǐng)，來(lái)對(duì)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行前瞻。