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新能源汽车三电技术方面,我国处于什么水平?

回答
新能源汽车“三电”技术:中国力量的崛起与挑战

在中国汽车工业从“跟跑”、“并跑”到逐步“领跑”的征程中,“三电”技术(电池、电机、电控)无疑是这场绿色革命的核心驱动力。这三个关键技术环节,不仅关乎电动汽车的续航、性能和安全性,更决定了中国新能源汽车在全球市场的竞争力。那么,当前我国在“三电”技术领域究竟处于一个什么样的位置?我们不妨细致地剖析一下。

一、 电池技术:从“引进”到“引领”的跨越

电池,特别是动力电池,是新能源汽车的“心脏”,其能量密度、循环寿命、安全性以及成本,直接决定了电动汽车的普及程度。

我国的优势与现状:

全球领先的电池生产能力: 中国早已是全球最大的动力电池生产国,宁德时代、比亚迪等企业不仅在国内市场占据主导地位,在全球范围内也拥有举足轻重的份量。这些企业在电池材料、制造工艺、自动化生产方面积累了丰富的经验和强大的实力。
多元化的电池技术路线: 在三元锂电池、磷酸铁锂电池(LFP)等主流技术路线上,中国企业都取得了显著进展。特别是磷酸铁锂电池,凭借其成本优势、高安全性以及长寿命,在近年来重新获得市场青睐,中国企业在该领域的技术创新和成本控制能力尤为突出,例如比亚迪的刀片电池、宁德时代的CTP(Cell to Pack)技术,都极大地提升了电池包的能量密度和安全性,有效解决了磷酸铁锂电池能量密度相对较低的短板。
钠离子电池等下一代技术的积极探索: 除了锂电池,中国在钠离子电池、固态电池等下一代动力电池技术上也投入了大量的研发力量,并取得了一些早期成果。钠离子电池由于原材料成本低廉、安全性高,被视为锂电池的重要补充,有望在储能和部分乘用车领域实现规模化应用。
材料体系的完备性: 中国在正极材料(如高镍三元、磷酸锰铁锂)、负极材料(如硅碳负极)、电解液添加剂等方面,拥有完整的产业链和强大的研发实力,能够为电池的性能提升提供坚实的材料基础。

面临的挑战:

高端材料的进口依赖: 尽管中国在电池材料领域整体实力雄厚,但在一些关键的高端材料、特种添加剂,或者某些核心生产设备上,仍然存在一定程度的对外依赖。这些“卡脖子”环节是未来需要重点突破的方向。
能量密度提升的瓶颈: 尽管技术不断进步,但受限于现有材料体系的物理化学极限,锂离子电池的能量密度提升正在逐渐趋缓,固态电池的成熟化仍需时间。
安全性与热管理技术的持续优化: 尽管电动汽车的安全性已经大幅提升,但电池热失控等风险依然存在。如何进一步提升电池在极端条件下的安全性,并发展更高效、更经济的热管理技术,仍是行业关注的焦点。
回收与梯次利用的体系建设: 随着动力电池的报废高峰期临近,如何建立高效、环保的电池回收和梯次利用体系,既是环境挑战,也是商业机遇,需要技术和政策双重发力。

总体而言,中国在动力电池领域,尤其是在电池制造能力、成本控制以及对主流技术路线的优化迭代方面,已经处于全球领先地位,甚至可以说是“引领者”。

二、 电机技术:从“追赶”到“并跑”的坚实步伐

电机是新能源汽车的“引擎”,其效率、功率密度、可靠性以及 NVH(噪声、振动与平顺性)性能,直接影响着车辆的加速、续航和驾乘体验。

我国的优势与现状:

高效扁线电机技术的成熟应用: 以宁德时代(虽然以电池为主,但其电驱系统也很强)、蜂巢能源、华为等为代表的企业,在大功率扁线电机技术上取得了重要突破,并实现了大规模量产。扁线电机相比圆线电机,具有更高的槽满率,能有效提升功率密度和效率,降低铜耗。
集成化电驱系统的创新: 中国企业在“三合一”(电机、电控、减速器集成)、“多合一”(集成更多功能模块)的电驱系统集成化方面走在前列。这种集成化设计不仅能有效减小体积、降低重量,还能简化线束,降低成本,提升可靠性。
功率半导体技术国产化的推进: 电机电控系统的核心在于功率半导体器件,如IGBT、MOSFET等。尽管在高端IGBT领域,我国与国际巨头仍有差距,但本土企业如比亚迪、士兰微、斯达半导等正在加速追赶,通过持续的研发和投资,国产化率正在稳步提升,为电机电控系统的自主可控奠定了基础。
永磁同步电机技术的成熟: 我国是永磁同步电机(PMSM)的最大生产国和应用国,在这类电机的设计、制造工艺上拥有强大的实力。

面临的挑战:

高端功率半导体器件的突破: 这是制约我国电机电控技术进一步提升的关键瓶颈。特别是耐高压、高频、高可靠性的IGBT和SiC(碳化硅)功率模块,仍是日德系企业的优势所在。
高转速、高功率密度电机的极致追求: 随着新能源汽车对性能要求的不断提高,如何进一步提升电机的功率密度、效率,尤其是在高转速区间,依然是技术攻坚的重点。
NVH性能的精益化提升: 尽管国内电驱系统的NVH表现已大幅改善,但与一些国际顶级品牌相比,仍有提升空间,需要在电机设计、制造精度、电磁优化等方面进行更精细化的打磨。
碳化硅(SiC)等新材料的应用推广: SiC器件能够显著提升电驱动系统的效率和功率密度,但成本仍较高,其在大规模量产应用中的推广和成本控制是需要解决的问题。

总体而言,我国在电机技术方面,尤其是在扁线电机、集成化电驱系统等方面,已经具备了与国际先进水平“并跑”甚至在某些方面“局部领先”的能力。

三、 电控技术:软件定义汽车与智能化的核心

电控系统是新能源汽车的“大脑”,负责协调电池、电机、整车等各个系统的运行,实现对车辆的精确控制、能量优化和智能化功能。

我国的优势与现状:

软件算法的快速迭代与应用: 随着“软件定义汽车”趋势的深入,中国企业在车载软件开发、算法优化方面展现出强大的学习和创新能力。在整车能量管理、热管理、电池管理(BMS)、驱动系统控制等方面,涌现出许多优秀的算法和解决方案。
车规级芯片的国产化努力: 汽车电子控制系统离不开车规级芯片。尽管我国在高端 MCU(微控制器)、功率驱动芯片等领域仍有短板,但在国家政策的大力支持下,本土芯片企业正在加速研发和量产,努力打破国际垄断。
新能源汽车整体控制策略的优化: 中国企业在如何让电池、电机、电控三者高效协同工作,最大化整车性能和能效方面,积累了丰富的实车调校经验。例如,针对中国消费者对续航、加速、智能化体验的需求,电控系统进行了大量的本土化优化。
智能化与自动驾驶的深度融合: 电控系统是实现高级别自动驾驶、智能座舱等功能的基础。中国在这些领域的快速发展,也反哺了电控技术的进步,推动其向更高级、更集成的方向发展。

面临的挑战:

核心车规级芯片的自主可控: 这是电控技术最突出的“卡脖子”问题。高性能MCU、功率半导体驱动芯片、传感器芯片等,在核心技术和生产工艺上,仍被少数国际大厂垄断。
功能安全和网络安全标准的严苛要求: 汽车电子系统的安全性至关重要。如何达到甚至超越国际最严苛的功能安全(ISO 26262)和网络安全标准,并实现完全自主可控,是电控系统研发的长期挑战。
系统冗余设计与失效诊断: 在追求高集成度的同时,如何确保电控系统的冗余性和可靠性,以及在发生故障时能进行准确的诊断和报警,是保障车辆安全运行的关键。
复杂工况下的控制精度和鲁棒性: 在各种复杂路况、天气以及驾驶行为下,电控系统需要保持高精度的控制和稳定的性能,这需要深厚的理论基础和大量的实车验证。

总体而言,中国在电控技术方面,尤其是在软件算法、系统集成、应用层面,正朝着“引领”的方向迈进,但核心的硬件(车规级芯片)仍然是亟待突破的重点。

总结:中国“三电”技术:优势突出,挑战并存,未来可期

纵观中国新能源汽车“三电”技术的发展,可以说是一部令人振奋的“中国智造”故事。

电池技术: 已然成为全球的“领跑者”,特别是在磷酸铁锂电池的革新和成本控制上,展现出强大的生命力。
电机技术: 正在快速“并跑”,甚至在某些细分技术上(如扁线电机)已具领先优势。
电控技术: 软件与算法层面“引领”趋势明显,但核心硬件“卡脖子”问题仍需攻克。

中国新能源汽车产业的蓬勃发展,得益于国家战略的引导、市场需求的强劲以及企业自身的持续创新。未来,随着对核心技术的不断攻关,以及对产业链协同的进一步加强,中国在“三电”技术领域的整体实力必将迈上新台阶,为全球新能源汽车产业的进步贡献更多中国智慧和中国力量。这场绿色革命,中国已经扮演起越来越重要的角色,并且正朝着更加自主、更加领先的方向阔步前行。

网友意见

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三电技术指电池、电驱、电控。是骡子是马,看新车最合适。值得开心的是,本次广州车展造车新势力势头很猛,价格也非常nice,与国外企业相比竞争力很强。

竞争力如何,用数据说话

与国外企业竞争,首要瞄准国外豪华品牌,比如老牌车企BBA、造车新贵特斯拉。广州车展是本年度最后一个A级车展,BBA明显比以往更着力于新能源车型,所以现在评测很合适。

针对今年广州车展发布的新车型,以及特斯拉热门车,我做了以下统计分析:

车型 电池包大小
(kWh)
续航里程
(km)
电机总功率
(kW)
售价区间(万元,价格预计)
EQA 70.5 537(CLTC) 220(双电机) 36.58
EQB 73.5 512(CLTC) 220(双电机) 43.78
iX(40/50) 71/100 400/600(WLTP) 240/370(均为双电机版) 84.69(BMW iX xDrive 50)
i4(eDrive40) 80.7 590(WLTP) 250(单电机) 预售45万起
Q4 e-tron(35/40/50) 55/82/82 388km(EPA,50款) 125(单电机)/150(单电机)/220(双电机) 在美售价28~34(国内待定)
Q5 e-tron
(三个版本)
63.2/83.4 420/520/560(CLTC-P) 132(单电机)/230(双电机)/150(单电机) 预售40-52
特斯拉 Moedl 3
(选择顶配高性能全轮驱动版作对比)
78.4 675(CLTC) 357(双电机) 33.99
特斯拉 Model Y
(选择顶配的高性能全轮驱动版作为对比)
78.4 566(NEDC) 357(双电机) 38.79
零跑C11性能版 90 550(NEDC) 400(双电机) 19.98
小鹏G9 100 650左右(NEDC) 未公布 预计30万起售
比亚迪元PLUS 50.1/ 60.5 430/510(NEDC) 150kW(单电机) 13-16

图注:续航里程的测定方法不同,不能直接对比,普遍认为可靠程度是NEDC、CLTC<WLTP<EPA(当然,还是要看具体所在国家的交通道路特点,不代表100%准确)。另,以上统计来源于百度。

总的来看,国内企业车型价格更低,表现却都不俗。像零跑C11性能版,400kW的电机总功率名列前茅,价格却不到二十万;小鹏G9也不容小觑,作为小鹏的首款中大型SUV,电池包容量达到100 kWh,没有续航里程焦虑。


再看电控,狭义上指整车控制器,但新能源车电控技术复杂,还包括电机控制器、电池管理系统等,没有直接数据对比。而充电速度是电池管理系统很重要的技术展示(更安全、更快速),大家也非常关心,所以就拿它来说说。

以下信息中,可以看出电池系统和电控技术(电池管理系统)等的综合效果。

EQA 在快速充电模式下,45分钟内充电10%至80%,其他不详
EQB 在快速充电模式下,45分钟内充电10%至80%。其他不详
iX(50) 在快速充电模式下,40分钟内充电10%至80%;充电功率峰值区间,10 分钟内增加150km续航里程
i4(eDrive40) 在快速充电模式下,31分钟内充电10%至80%;充电功率峰值区间,10 分钟内增加150km续航里程
Q4 e-tron 在快速充电模式下,34分钟内充电10%至80%;充电功率峰值区间,10 分钟内增加130km续航里程(具体指哪个版本,不详)
Q5 e-tron 在快速充电模式下,40分钟内充电5%至80%(具体指哪个版本,不详)
特斯拉 Moedl 3 在快速充电模式下,37分钟内充电30%至80%。在自营超充模式下,约1h充满
特斯拉 Moedl Y 在快速充电模式下,40分钟内充电30%至80%。在自营超充模式下,约1h充满
零跑C11性能版 快充模式下充电10分钟续航增加100km,30%到80%电量直流快充耗时36分钟
小鹏G9 480kW功率超充(充电5分钟可续航200km)
比亚迪元PLUS 未公布

注:电池密度、材料和温度决定了快充的速度快慢。BMS是控制快充的核心部件,能估测动力电池组的剩余电量、自动调节充电电流的大小,防止由于过充电或过放电对电池造成损伤。另,以上数据来源于百度。


对比下来,超充模式依然是最棒的充电体验,小鹏G9的480kW功率超充,其功率是市面上常见60KW快充桩的8倍,很让人期待。零跑C11性能版也没让人失望,对比国外车企,也没有落下。

在大家关心的电池包大小、续航里程、电机功率、充电速度等数据层面看,国内造车企业实力不怵国外品牌。


数据之外,国内品牌也可硬顶国外品牌

有些感受是数据无法直接体现的,特别是定位运动的性能车,需要进一步探索。以上几款车型中,性能车款有宝马i4、特斯拉 Moedl 3(高性能全轮驱动版)、零跑C11性能版,我们不妨拿这几款车测评看看(以下均不带具体版本,均采用简称)。

从大方向说,性能车研发很看重“大局观”。何谓“大局观”,可以简单理解为能够掌控研发的每一个环节,只有这样,不仅数据好看,每一个部件的合作也将亲密无间。所以一家企业能把性能车做好,通常有极强的整车闭环研发能力(全权外包的那种不算)。

在这一点上,以上三家都有这样的能力,别看零跑起步比特斯拉晚,目前已经做到了核心技术的自研自造,具有整车闭环研发能力,比如零跑C11的电驱和电控技术就是他们自己打造的。

从细节层面说,电驱是关系到纯电动性能表现的直接因素。根据行业发展动态,电驱技术需要重点关注的是以下四个方面。

  1. 轻量化、小型化、集成化

“宁减一斤,不增十匹”,性能车更是如此。如何实现轻量化、小型化、集成化呢?现在领先的思路是“三合一”,比如宝马i4(第五代eDrive动力总成)、特斯拉Moedl 3(油冷电驱)、零跑C11(油冷电驱)都是将电机控制器、电机、减速器进行集成化设计。

针对性能相近的Model 3和零跑C11而言,零跑C11电驱总成重量小于85kg,这一表现比特斯拉Model 3的电驱总成(200磅/90.7kg)还要稍好。

2.高功率高转矩输出

零跑C11油冷电驱电驱最大输出功率200kW,最大扭矩360N·m,因此零百加速成绩也随之达到了4秒级,与宝马i4成绩相当,稍逊色于特斯拉 Moedl 3(高性能全轮驱动版,3.4秒破百)。

为何零跑C11能以不到20万的价格与对手扳手腕,我认为与其在关键技术上的不含糊直接相关。零跑C11和特斯拉一样都是采用的油冷方案,这是因为集成化后散热要求更高,相比于风冷和水冷,油冷可以做到很大的转速,功率和扭矩,很适合性能车需求。

3. 先进控制算法+FOTA

我们知道特斯拉一开始是使用异步电机,到Model 3上采用了永磁同步电机。虽然永磁同步电机有诸多好处,但相比与异步电机,在算法层面要花更大心力。零跑C11电驱总成匹配自主创新的先进控制算法,具有自适应学习标定和优化性能控制能力。

此外,零跑C11可支持FOTA,可以真正改善汽车的性能表现。能不能实现FOTA,在<美国消费者报告>上秀过一把的特斯拉Model 3不用多说,但如果是诞生于燃油车平台的车型,往往很难实现。

4. 可靠性

在可靠性方面,印象中老牌车企要更靠谱一些,但放在电动汽车上不见得。比如某些车企做事一贯激进,缩短验证周期不稀奇。而零跑C11的电驱总成坚持完成了7万次连续峰值功率启动、峰值功率100%能量回收制动循环寿命试验,这一点很值得称赞。

总之,从以上四点可以看出,零跑C11在电驱技术上实力不俗,与价格高出很多的车型竞争,也不落下风。


总结

虽说汽车有品牌溢价,不能完全遵循“一分钱一分货”的道理,但好东西贵是亘古不变的准则。所以我认为能在买得起(二三十万以内)的范围内,如果这款新能源汽车还能够得着领先技术,那会非常棒。甚至某种程度说,它比国内新能源技术做到世界第一,更让普通消费者开心。

国外车企中,把单车利润看得很重。相比而言,国内企业是真的很亲和,产品技术也香。所以就技术层面来说,虽然形式依然处于“竞争、拉锯”阶段,但对于消费者来说,这是最好的时代。

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