中美新能源汽车核心技术大PK-国际金属加工网 - ca88亚洲城app

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国际金属加工网 2018年07月20日

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在中美贸易战的阴云下,电动汽车核心技术是美国遏制中国的一个重要环节。美国限制中国投资美新能源企业,防止专利转移失去相关核心技术。汽车电动化是新能源大趋势之一,电动汽车最重要的核心就是“三电技术”——电池、电机和电控。那么问题来了,中国的“三电技术”处于什么水平?在三电技术中,中国与美国到底谁更强?吴声汽车进行深入研究得出三个结论。

电池PK:电池技术各有优劣

从1991年松下生产出第一块车载锂电池开始日本基本垄断了全球电池市场,世界市场日本占60%份额,韩国占30%,中国不到10%。而在最近短短几年内,中日韩三国在全球锂电池产业占比呈现平均化。根据2017年的资料显示,全球排名前十的动力电池企业主要有宁德时代、松下电器、比亚迪、沃尔玛、LG化学、国轩高科、三星SDI、北京国能、比克、孚能科技等。这十家企业属于中国的有七家,日本只剩下孤军奋战的松下,韩国的则剩下LG化学和三星。

中国的汽车动力锂电池产业(EV LIB)从2014年3.7Gwh的出货量,飞跃至2015年15.7Gwh,同比增长352%,2016年动力电池出货量28Gwh,同比增加79%。而去年也就是2017年中国汽车动力锂电池的出货量已达到38.0Gwh,占全球汽车动力锂电池(EV LIB)出货量的65.4%。

新能源汽车动力电池基本有这几类:镍氢电池、钴酸锂18650电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池、石墨烯电池以及氢燃料电池。

特斯拉Model S使用的就是钴酸锂18650电池,这种电池的生产技术成熟,电池能量密度高,大约是磷酸铁锂电池的两倍,但是高温状态下的稳定性比其他电池稍差。以电池稳定性为例,特斯拉已经发生两起车辆电池二次着火的事故,分别是3月份加州事故以及5月份佛州事故,均造成严重的人员伤亡。

而中国的比亚迪在电池方面则跟特斯拉做出了完全相反的选择,比亚迪的秦、唐等车都使用的是硫酸磷铁电池,这种电池是目前车用锂电池中稳定性最高的。安全和稳定性对汽车来汽车是最重要的。在各种事故的极端情况下,磷酸铁锂电池最大限度的保证了车上乘客不会因为电池爆炸或二次着火受到伤害。

三元锂电池是如今的发展趋势,比亚迪混动宋、元,北汽EV200、EV260以及特斯拉Model 3都使用的这种电池。三元锂电池的安全性以及能量密度都介于磷酸铁锂电池和钴酸锂18650电池之间,各方面相对来说比较均衡,而且低温时电池更加稳定,比较满足时下新能源汽车对动力电池的需求。

曾经与锂电池分庭抗礼的镍氢电池,具有寿命长,充放电次数多,无需保养维修,可在长时间内维持相对较好的性能指标的优点,但是体积大,能量密度小也是其致命的硬伤。如今丰田prius的镍氢电池已经悄悄被锂电池替换,而福特汽车Ford Escape,雪佛兰Chevrolet Malibu,本田的Honda Civic Hybrid还依旧使用镍氢电池。

有研究人员发现在锂电池内部添加石墨烯可以减少锂电池的能量损失,同时减少热量对电池的损害,提高电池的使用寿命。而氢燃料电池是真正意义上的零污染能源,是最完美的汽车燃料,但是氢燃料的安全性以及贮存技术还不很成熟。石墨烯电池和氢燃料电池短时间内都还无法应用到新能源车上,但这都是未来我们新能源汽车动力电池的研究方向。

电机PK:中国电机技术优势明显

新能源汽车采用的电机主要有两种:异步电机和永磁同步电机。异步电机的优点是成本低,结构简单,制作方便,可靠性好,但是体积庞大,能耗较大,这就意味着在同等电池组容量和同等车况下,采用同步电机的汽车要比采用异步电机的汽车续航里程更多。比如特斯拉Model S P85D,整车质量超过2.1吨,就是因为异步电机的电池利用效率低体积大,所以必须多装电池。

而永磁同步电机,虽然造价比异步电机稍高,但是结构紧凑,体积小,具有较高的功率密度。以比亚迪为代表的国内新能源车企以及后来的特斯拉Model 3都选择了永磁同步电机,就是为了在有限的电池容量下实现最佳的续航里程。对于新能源汽车来说,永磁同步电机是目前发展的一大趋势。

电控PK:电控技术差距不大

电控系统是连接电机与电池的神经中枢,主要是对整车进行动态监控,及时反馈调整各项技术参数。在新能源汽车上,电控系统可分为两大类。

电池管理系统(简称:BMS)

电池管理系统能及时检测调整电池的工作状态,保证电池的工作安全,以达到增加续航里程,延长使用寿命的目的。特斯拉拥有非常强大的电池管理系统,Model S共使用了7104块18650电池,这些电池每74节并联为一个电池包,每6个电池包串联为一块电池组,16块电池组再串联排布,整体组成特斯拉的动力电池。BMS对每级实时监控,为每一个电池单元进行及时的冷却,降低彼此的温差,以防自燃。然而特斯拉能做到对每一个电池单元的监控,却无法解决电池包被冲击力极端破坏下产生燃烧爆炸的情况,这也就是今年美国两起特斯拉汽车二次着火的原因。

出于安全问题的考虑,比亚迪在动力电池上选择了更加可靠的磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池在高温下的稳定性,可达390℃以上,保证了电池内在的高安全性,不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧,最大程度的保证了车上人员的安全。由于电池选择的不同,两家车企的发展方向也就不同,磷酸铁锂电池的可靠性决定了比亚迪不需要将电池管理系统做的像特斯拉Model S 那样复杂。

我们国家另一自主品牌北汽新能源,北汽EU5所搭载的E-Motion Driver3.0是北汽新能源拥有的完全知识产权的第三代超级电控技术。作为北汽EU5的大脑,EMD3.0能够检测全车260个部件数据,对电池实时监控调节,在电池充放电过程中进行安全防护,异常情况自动预警以及低充电温预加热,可实现在零下35度环境正常启动和充电。EMD3.0不仅是在电池控制方面技术领先,车内繁琐的人机交互才是达尔文系统最强大的地方,这套系统也因此被业内称之为“最强大脑”。

电机控制系统

电机控制系统作为汽车动力的指挥官,它的核心则是IGBT元件(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管芯片)。新能源汽车的动力电池提供的是直流电,而驱动电机所需要的则是三相交流电,这中间就需要电机控制系统来工作,将直流电转换为交流电,而完成转变的关键元件就是IGBT。对于汽车级IGBT的设计和制造,比亚迪打破国际技术封锁,已经突破IGBT圆管设计、模块散热、封装和制造等关键技术,实现了汽车IGBT功率模块的产业化,打破了日本三菱和英飞凌的市场垄断。比亚迪车用IGBT模块荣获全球电子技术领域的“2018年度中国IC设计公司成就奖之年度最佳功率器件”的称号,这是中国IC产业最高的荣誉,如今搭载IGBT“中国芯”的纯电动汽车已在全球范围内大规模应用。

从三电核心技术上来看,电池方面美国采购自松下,中国自主研发。电机方面比亚迪自主研发的永磁同步电机更加适合大众的需求。而在电控技术上,中国自主研发的IGBT早已领先于美国。

新能源汽车从开始到现在不过十余年,无论国内还是国外的新能源汽车技术都还处于不断摸索的地步,不管哪一家车企都无法直接下定论,自家企业使用的配置就一定是最好的。现在中美的三电技术各有千秋,并不存在谁强谁弱。我们能做的是不断研究改良,制造出最适合新能源汽车的电池,电机,电控系统等。各国之间也应该开放合作,共同交流,一起带领新能源汽车产业走向更加成熟的明天。

 



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