中美新能源 核心技術大PK

張翔喆 劉丹丹

在中美貿(mào)易戰(zhàn)的陰云下，電動汽車核心技術是美國遏制中國的一個重要環(huán)節(jié)。美國限制中國投資美新能源企業(yè)，防止專利轉移失去相關核心技術。汽車電動化是新能源大趨勢之一，電動汽車最重要的核心就是“三電技術”——電池、電機和電控。那么問題來了，中國的“三電技術”處于什么水平？在三電技術中，中國與美國到底誰更強？記者進行深入研究得出三個結論。

電池PK：電池技術各有優(yōu)劣

從1991年松下生產(chǎn)出第一塊車載鋰電池開始日本基本壟斷了全球電池市場，世界市場日本占60%份額，韓國占30%，中國不到10%。而在最近短短幾年內(nèi)，中日韓三國在全球鋰電池產(chǎn)業(yè)占比呈現(xiàn)平均化。根據(jù)2017年的資料顯示，全球排名前十的動力電池企業(yè)主要有寧德時代、松下電器、比亞迪、沃爾瑪、LG化學、國軒高科、三星SDI、北京國能、比克、孚能科技等。這十家企業(yè)屬于中國的有七家，日本只剩下孤軍奮戰(zhàn)的松下，韓國的則剩下LG化學和三星。

中國的汽車動力鋰電池產(chǎn)業(yè)（EVLIB）從2014年3.7Gwh的出貨量，飛躍至2015年15.7Gwh，同比增長352%，2016年動力電池出貨量28Gwh，同比增加79%。而去年也就是2017年中國汽車動力鋰電池的出貨量已達到38.0Gwh，占全球汽車動力鋰電池（EVLIB）出貨量的65.4%。

新能源汽車動力電池基本有這幾類：鎳氫電池、鈷酸鋰18650電池、碟酸鐵鋰電池、三元鋰電池、石墨烯電池以及氫燃料電池。特斯拉Model S使用的就是鈷酸鋰18650電池，這種電池的生產(chǎn)技術成熟，電池能量密度高，大約是磷酸鐵鋰電池的兩倍，但是高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性比其他電池稍差。以電池穩(wěn)定性為例，特斯拉已經(jīng)發(fā)生兩起車輛電池二次著火的事故，分別是3月份加州事故以及5月份佛州事故，均造成嚴重的人員傷亡。

而中國的比亞迪在電池方面則跟特斯拉做出了完全相反的選擇，比亞迪的秦、唐等車都使用的是硫酸碟鐵電池，這種電池是目前車用鋰電池中穩(wěn)定性最高的。

安全和穩(wěn)定性對汽車來汽車是最重要的。在各種事故的極端情況下，磷酸鐵鋰電池最大限度地保證了車上乘客不會因為電池爆炸或二次著火受到傷害。

三元鋰電池是如今的發(fā)展趨勢，比亞迪混動宋、元，北汽EV200、EV260以及特斯拉Model 3都使用的這種電池。三元鋰電池的安全性以及能量密度都介于磷酸鐵鋰電池和鈷酸鋰18650電池之間，各方面相對來說比較均衡，而且低溫時電池更加穩(wěn)定，比較滿足時下新能源汽車對動力電池的需求。

曾經(jīng)與鋰電池分庭抗禮的鎳氫電池，具有壽命長，充放電次數(shù)多，無需保養(yǎng)維修，可在長時間內(nèi)維持相對較好的性能指標的優(yōu)點，但是體積大，能量密度小也是其致命的硬傷。如今豐田Prius的鎳氫電池已經(jīng)悄悄被裡電池替換，而福特汽車Ford Escape、雪佛蘭Chevrolet Malibu、本田的Honda Civic Hybrid還依舊使用鎳氫電池。

有研究人員發(fā)現(xiàn)在鋰電池內(nèi)部添加石墨烯可以減少鋰電池的能量損失，同時減少熱量對電池的損害，提高電池的使用壽命。而氫燃料電池是真正意義上的零污染能源，是最完美的汽車燃料，但是氫燃料的安全性以及貯存技術還不很成熟。石墨烯電池和氫燃料電池短時間內(nèi)都還無法應用到新能源車上，但這都是未來新能源汽車動力電池的研究方向。

電機PK：

中國電機技術優(yōu)勢明顯

新能源汽車采用的電機主要有兩種：異步電機和永磁同步電機。異步電機的優(yōu)點是成本低，結構簡單，制作方便，可靠性好但是體積龐大，能耗較大，這就意味著在同等電池組容量和同等車況下采用同步電機的汽車要比采用異步電機的汽車續(xù)航里程更多。比如特斯拉Model S P85D，整車質(zhì)量超過2.1噸，就是因為異步電機的電池利用效率低體積大，所以必須多裝電池。

而永磁同步電機，雖然造價比異步電機稍高，但是結構緊湊，體積小，具有較高的功率密度。以比亞迪為代表的國內(nèi)新能源車企以及后來的特斯拉Model 3都選擇了永磁同步電機，就是為了在有限的電池容量下實現(xiàn)最佳的續(xù)航里程。對于新能源汽車來說，永磁同步電機是目前發(fā)展的一大趨勢。

電控PK：電控技術差距不大

電控系統(tǒng)是連接電機與電池的神經(jīng)中樞，主要是對整車進行動態(tài)監(jiān)控，及時反饋調(diào)整各項技術參數(shù)。在新能源汽車上，電控系統(tǒng)可分為兩大類。

電池管理系統(tǒng)能及時檢測調(diào)整電池的工作狀態(tài)，保證電池的工作安全，以達到增加續(xù)航里程，延長使用壽命的目的。特斯拉擁有非常強大的電池管理系統(tǒng)，Model S共使用了7104塊18650電池，這些電池每74節(jié)并聯(lián)為一個電池包，每6個電池包串聯(lián)為一塊電池組，16塊電池組再串聯(lián)排布，整體組成特斯拉的動力電池。BMS對每級實時監(jiān)控，為每一個電池單元進行及時的冷卻，降低彼此的溫差，以防自燃。然而特斯拉能做到對每一個電池單元的監(jiān)控，卻無法解決電池包被沖擊力極端破壞下產(chǎn)生燃燒爆炸的情況，這也就是今年美國兩起特斯拉汽車二次著火的原因。

出于安全問題的考慮，比亞迪在動力電池上選擇了更加可靠的磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池在高溫下的穩(wěn)定性，可達390℃以上，保證了電池內(nèi)在的高安全性，不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，最大程度的保證了車上人員的安全。由于電池選擇的不同，兩家車企的發(fā)展方向也就不同，磷酸鐵鋰電池的可靠性決定了比亞迪不需要將電池管理系統(tǒng)做得像特斯拉Model S那樣復雜。

我國另一自主品牌北汽新能源，北汽EU5所搭載的E—Motion Driver3.0是北汽新能源擁有的完全知識產(chǎn)權的第三代超級電控技術。作為北汽EU5的大腦，EMD3.0能夠檢測全車260個部件數(shù)據(jù)，對電池實時監(jiān)控調(diào)節(jié)，在電池充放電過程中進行安全防護，

異常情況自動預警以及低充電溫預加熱，可實現(xiàn)在零下35攝氏度環(huán)境正常啟動和充電。EMD3.0不僅是在電池控制方面技術領先，車內(nèi)繁瑣的人機交互才是達爾文系統(tǒng)最強大的地方，這套系統(tǒng)也因此被業(yè)內(nèi)稱之為“最強大腦”。

電機控制系統(tǒng)作為汽車動力的指揮官，它的核心則是IGBT元件（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管芯片）。新能源汽車的動力電池提供的是直流電，而驅(qū)動電機所需要的則是三相交流電，這中間就需要電機控制系統(tǒng)來工作，將直流電轉換為交流電，而完成轉變的關鍵元件就是IGBT。對于汽車級IGBT的設計和制造，比亞迪打破國際技術封鎖，已經(jīng)突破IGBT圓管設計、模塊散熱、封裝和制造等關鍵技術，實現(xiàn)了汽車IGBT功率模塊的產(chǎn)業(yè)化，打破了日本三菱和英飛凌的市場壟斷。比亞迪車用IGBT模塊榮獲全球電子技術領域的

“2018年度中國IC設計公司成就獎之年度最佳功率器件”的稱號，這是中國IC產(chǎn)業(yè)最高的榮譽，如今搭載IGBT“中國芯”的純電動汽車已在全球范圍內(nèi)大規(guī)模應用。

從三電核心技術上來看，電池方面美國采購自松下，中國自主研發(fā)。電機方面比亞迪自主研發(fā)的永磁同步電機更加適合大眾的需求。而在電控技術上，中國自主研發(fā)的IGBT早已領先于美國。

新能源汽車從開始到現(xiàn)在不過十余年，無論國內(nèi)還是國外的新能源汽車技術都還處于不斷摸索的地步，不管哪一家車企都無法直接下定論，自家企業(yè)使用的配置就一定是最好的。現(xiàn)在中美的二電技術各有千秋，并不存在誰強誰弱。我們能做的是不斷研究改良，制造出最適合新能源汽車的電池、電機、電控系統(tǒng)等。各國之間也應該開放合作，共同交流，一起帶領新能源汽車產(chǎn)業(yè)走向更加成熟的明天。