新能源汽車乘“風”而入,核心技術決定未來發展

2021-06-18 17:14:28 作者:houxianyong

  如果將這幾年汽車行業里涌現的熱詞歸納總結一下,那么「新勢力造車」一定能排得上榜。從小鵬、蔚來、理想,到現在的蘋果、小米,互聯網、通信行業的巨頭們紛紛破圈到這個領域。

  看到各種企業都在扎堆似地涌入汽車行業時,難免會讓人產生疑惑——傳統車企積累百年的經驗,一代又一代形成的技術壁壘,怎么在新能源圈子里就一點不起作用了?是不是新能源汽車沒有啥技術含量呢?

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答案當然是否定的。實際上,由于新能源汽車先天的結構組成以及供能方式的不同,其本身同樣需要極高的技術水準,這往往更考驗廠家的技術實力。

丨打破國外技術壟斷 IGBT到底有多重要?

從2019年開始,中美兩國博弈全方位升級,這當頭棒喝,讓各個產業開始覺醒——核心技術掌握在別人手中,無異于卡住了自己的脖子!對于一輛新能源汽車來說,IGBT芯片無疑就是卡住脖子的關鍵技術之一。

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IGBT,也叫做絕緣柵雙極型晶體管,一個體積大約只有指甲蓋大小的“玩意”,但正是這個不起眼的小玩意,卻與一輛新能源汽車的性能息息相關。

作為電控系統的核心部件,它控制著驅動系統和交流電轉換,決定了電動車扭矩和最大輸出功率等核心指標。

IGBT雖然體積不大,但它的制造難度卻不小,要在表面上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結構電路;設計難度之高,而且很多參數之間是相互矛盾的,需要根據實際應用來折中協調。此外,晶圓制造工藝難度也大,這主要體現在薄片加工處理需要尖端的技術。

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IGBT不僅在新能源汽車中承擔了中流砥柱的作用,更重要的是,每輛車對它的需求量還相當的大。

引用天風證券研究所2019年發布的一份調研報告:特斯拉Model S車型使用的三相異步電機驅動,其中每一相的驅動控制都需要使用28顆IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片,三相共需要使用84顆IGBT芯片。

“重要+需求量大”,導致了IGBT占到整車成本的7%—10%,是僅次于動力電池的存在。

但是,正是這樣一個十分重要的技術,卻長期被國外的公司壟斷。英飛凌、富士電機、三菱等外資企業一度占據80%的市場份額。

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這種現象當然不能一直持續下去,確保中國IGBT供應鏈安全,挺身而出的是比亞迪。

早在2003年,比亞迪就發現了IGBT是電動車發展 “卡脖子”的技術,并于2005年組建IGBT研發團隊,投入重金布局IGBT產業。

2009年9月, 比亞迪的IGBT芯片通過了中國電器工業協會電力電子分會組織的科技成果鑒定,成功打破外資品牌壟斷。

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目前,比亞迪已經成為自主唯一一家掌握IGBT芯片設計和制造、模組設計和制造、大功率器件測試應用平臺、電源及電控等環節,同時擁有IGBT完整產業鏈的車企。

丨動力和安全的極限平衡 如何跑得更遠更安全?

除了IGBT,對于一輛新能源汽車而言,電池絕對是重中之重。

當前行業里普遍使用的是三元鋰或磷酸鐵鋰兩種電池作為汽車的動力電池,前者的能量密度高、續航長,相應的化學性質沒有那么穩定;后者雖然能量密度不如三元鋰電池高,但化學性質更為穩定,因此目前也被業界認為更加安全。

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前些年,由于續航焦慮普遍存在,所以整個行業都在過分地追求續航,進而忽視了汽車安全問題。在看到新能源汽車出現多起自燃的情況后,大眾的關注點又逐步回歸到新能源汽車最本質的問題上,即電池的安全。

一般而言,新能源汽車自燃是由于電池的熱失控引起的。主要包括三個方面:機械濫用、電濫用以及熱濫用。更具體一點,碰撞、擠壓、過度充放電、外部溫度過高等客觀原因都可能引發電池的熱失控。由于三元鋰電池本身的化學性質更加活潑,從而導致它更容易發生自燃。

如何從電芯材料的選擇、電池結構的設計、管理系統的監視全方位地保障動力電池的安全性?這成為了所有企業都在思考的問題。

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去年3月,比亞迪就給行業提供了一種思路,在磷酸鐵鋰電池的基礎上展開結構以及技術上的創新推出了刀片電池。

刀片電池的創新亮點非常多,比如在電池單體上采用特殊的極耳設計+蜂窩結構+隔煙通道等,大幅提升了電池的安全性能;同時基于疊片工藝、CTP封裝技術的應用,刀片電池的能量密度大幅提升,所以我們看到的刀片電池不僅具備了高能量密度,但同時也保證了極高的安全性,也因此順利通過了較為極端的針刺試驗。

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丨電池及高壓驅動對電動車安全提出新要求

因為有動力電池及高壓系統的存在,新能源汽車發生碰撞后,如果它們發生漏液或變形,會對整車安全性造成進一步挑戰。為了規范新能源汽車碰撞后的安全評價,美國、歐盟及中國先后制定了更加嚴苛法規,明確了碰撞后新能源汽車電安全相關的性能標準,這對整車安全性提出了很高的要求。

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6月9日,C-IASI中國保險汽車安全指數發布了2020年第二批測試車型的成績,市場上熱銷的比亞迪漢EV在高速碰撞測試中,車內乘員安全、車外行人安全、車輛輔助安全三大項目所有測試細項獲得了7個G的優秀優秀成績。

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對于任何一輛汽車來說,碰撞發生時安全性保障主要體現在兩方面。

第一是安全約束系統,比如安全帶和安全氣囊,多一個膝部氣囊或少一個側氣簾都會影響其安全性,比亞迪漢EV就是一款全系標配安全配置很高的車型。

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二是車身設計、結構與用材,新能源汽車要考慮電池及高壓安全防護,因此新能源汽車在這些方面需要更加考究。以比亞迪漢為例,它在車身結構上采用的是360度全方位籠式框架結構,相比普通的籠式車身來講,整車剛度會更強;同時全車采用高強度鋼和熱成型鋼高達97kg,其中熱成型鋼用料達43處,因此在面對碰撞時更有底氣。

從碰撞安全目標設定、零部件性能開發、系統性能開發、整車結構布置、碰撞安全仿真、到實車驗證、量產上市,一步步滿足目標確保整車的安全,比亞迪漢EV用C-IASI的碰撞成績為所有電動車做了一個好榜樣。

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新能源汽車雖然是一個復雜技術的結合體,但從近幾年中國保險汽車安全指數測評的車型來看,自主品牌已經呈現出崛起之勢。無論是電池安全還是車身結構亦或是其他,都有優秀的表現。

縱觀人類發展史,有吃透時代紅利、搶占先發優勢的那一批企業,也有追尋風口、乘風而上的企業;更有亦步亦趨,逐步壯大規模的企業。但回頭望去,在漫漫的歷史長河中,唯有擁有核心技術的企業,才能走得更遠。

溯本歸源,在汽車電動化的競賽中,唯有重視技術、安全,并把市場需求、消費者利益放在C位的車企,才能笑到最后。

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