新能源汽车乘“风”而入,核心技术决定未来发展

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新能源汽车乘“风”而入,核心技术决定未来发展

如果将这几年汽车行业里涌现的热词归纳总结一下,那么「新势力造车」一定能排得上榜。从小鹏、蔚来、理想,到现在的苹果、小米,互联网、通信行业的巨头们纷纷破圈到这个领域。

看到各种企业都在扎堆似地涌入汽车行业时,难免会让人产生疑惑 传统车企积累百年的经验,一代又一代形成的技术壁垒,怎么在新能源圈子里就一点不起作用了?是不是新能源汽车没有啥技术含量呢?

答案当然是否定的。实际上,由于新能源汽车先天的结构组成以及供能方式的不同,其本身同样需要极高的技术水准,这往往更考验厂家的技术实力。

丨打破国外技术垄断 IGBT到底有多重要?

从2019年开始,中美两国博弈全方位升級,这当头棒喝,让各个产业开始觉醒 核心技术掌握在别人手中,无异于卡住了自己的脖子!对于一辆新能源汽车来说,IGBT芯片无疑就是卡住脖子的关键技术之一。

IGBT,也叫做绝缘栅双极型晶体管,一个体积大约只有指甲盖大小的 玩意 ,但正是这个不起眼的小玩意,却与一辆新能源汽车的性能息息相关。

作为电控系统的核心部件,它控制着驱动系统和交流电转换,决定了电动车扭矩和最大输出功率等核心指标。

IGBT虽然体积不大,但它的制造难度却不小,要在表面上蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路;设计难度之高,而且很多参数之间是相互矛盾的,需要根据实际应用来折中协调。此外,晶圆制造工艺难度也大,这主要体现在薄片加工处理需要尖端的技术。

IGBT不仅在新能源汽车中承担了中流砥柱的作用,更重要的是,每辆车对它的需求量还相当的大。

引用天风证券研究所2019年发布的一份调研报告:特斯拉Model S车型使用的三相异步电机驱动,其中每一相的驱动控制都需要使用28颗IGBT(绝缘栅双极型晶体管)芯片,三相共需要使用84颗IGBT芯片。

重要+需求量大 ,导致了IGBT占到整车成本的7% 10%,是仅次于动力电池的存在。

但是,正是这样一个十分重要的技术,却长期被国外的公司垄断。英飞凌、富士电机、三菱等外资企业一度占据80%的市场份额。

这种现象当然不能一直持续下去,确保中国IGBT供应链安全,挺身而出的是比亚迪。

早在2003年,比亚迪就发现了IGBT是电动车发展 卡脖子 的技术,并于2005年组建IGBT研发团队,投入重金布局IGBT产业。

2009年9月, 比亚迪的IGBT芯片通过了中国电器工业协会电力电子分会组织的科技成果鉴定,成功打破外资品牌垄断。

目前,比亚迪已经成为自主唯一一家掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造、大功率器件测试应用平台、电源及电控等环节,同时拥有IGBT完整产业链的车企。

丨动力和安全的极限平衡 如何跑得更远更安全?  

除了IGBT,对于一辆新能源汽车而言,电池绝对是重中之重。

当前行业里普遍使用的是三元(报价 参数 图片 论坛)锂或磷酸铁锂两种电池作为汽车的动力电池,前者的能量密度高、续航长,相应的化学性质没有那么稳定;后者虽然能量密度不如三元锂电池高,但化学性质更为稳定,因此目前也被业界认为更加安全。

前些年,由于续航焦虑普遍存在,所以整个行业都在过分地追求续航,进而忽视了汽车安全问题。在看到新能源汽车出现多起自燃的情况后,大众的关注点又逐步回归到新能源汽车最本质的问题上,即电池的安全。

一般而言,新能源汽车自燃是由于电池的热失控引起的。主要包括三个方面:机械滥用、电滥用以及热滥用。更具体一点,碰撞、挤压、过度充放电、外部温度过高等客观原因都可能引发电池的热失控。由于三元锂电池本身的化学性质更加活泼,从而导致它更容易发生自燃。

如何从电芯材料的选择、电池结构的设计、管理系统的监视全方位地保障动力电池的安全性?这成为了所有企业都在思考的问题。

去年3月,比亚迪就给行业提供了一种思路,在磷酸铁锂电池的基础上展开结构以及技术上的创新推出了刀片电池。

刀片电池的创新亮点非常多,比如在电池单体上采用特殊的极耳设计+蜂窝结构+隔烟通道等,大幅提升了电池的安全性能;同时基于叠片工艺、CTP封装技术的应用,刀片电池的能量密度大幅提升,所以我们看到的刀片电池不仅具备了高能量密度,但同时也保证了极高的安全性,也因此顺利通过了较为极端的针刺试验。

丨电池及高压驱动对电动车安全提出新要求

因为有动力电池及高压系统的存在,新能源汽车发生碰撞后,如果它们发生漏液或变形,会对整车安全性造成进一步挑战。为了规范新能源汽车碰撞后的安全评价,美国、欧盟及中国先后制定了更加严苛法规,明确了碰撞后新能源汽车电安全相关的性能标准,这对整车安全性提出了很高的要求。

6月9日,C-IASI中国保险汽车安全指数发布了2020年第二批测试车型的成绩,市场上热销的比亚迪汉EV在高速碰撞测试中,车内乘员安全、车外行人安全、车辆辅助安全三大项目所有测试细项获得了7个G的优秀优秀成绩。

对于任何一辆汽车来说,碰撞发生时安全性保障主要体现在两方面。

第一是安全约束系统,比如安全带和安全气囊,多一个膝部气囊或少一个侧气帘都会影响其安全性,比亚迪汉EV就是一款全系标配安全配置很高的车型。

二是车身设计、结构与用材,新能源汽车要考虑电池及高压安全防护,因此新能源汽车在这些方面需要更加考究。以比亚迪汉为例,它在车身结构上采用的是360度全方位笼式框架结构,相比普通的笼式车身来讲,整车刚度会更强;同时全车采用高强度钢和热成型钢高达97kg,其中热成型钢用料达43处,因此在面对碰撞时更有底气。

从碰撞安全目标设定、零部件性能开发、系统性能开发、整车结构布置、碰撞安全仿真、到实车验证、量产上市,一步步满足目标确保整车的安全,比亚迪汉EV用C-IASI的碰撞成绩为所有电动车做了一个好榜样。

新能源汽车虽然是一个复杂技术的结合体,但从近几年中国保险汽车安全指数测评的车型来看,自主品牌已经呈现出崛起之势。无论是电池安全还是车身结构亦或是其他,都有优秀的表现。

纵观人类发展史,有吃透时代红利、抢占先发优势的那一批企业,也有追寻风口、乘风而上的企业;更有亦步亦趋,逐步壮大规模的企业。但回头望去,在漫漫的历史长河中,唯有拥有核心技术的企业,才能走得更远。

溯本归源,在汽车电动化的竞赛中,唯有重视技术、安全,并把市场需求、消费者利益放在C位的车企,才能笑到最后。