蓋世汽車羅夏迪:碳中和背景下三電技術發展趨勢
2021年6月22日-23日,由蓋世汽車主辦的“2021中國下一代汽車高質量發展論壇?新能源汽車三電先進技術?”在南京召開。本次會議持續兩天,將圍繞新能源三電中長期技術發展趨勢、政策、標準、上下游供應鏈、成本、材料體系、電池結構技術、熱管理、安全技術、電機電控關鍵技術、智能制造等行業焦點話題展開。會議期間,蓋世汽車研究院行業分析師羅夏迪發表了“碳中和背景下三電技術發展趨勢”的主題演講。
以下為演講實錄:
各位來賓,大家中午好!今天由我為大家演講“碳中和背景下三電技術發展趨勢”,上一位嘉賓動力電池產業創新聯盟王秘書長已經從產業角度做了高屋建瓴的講解,包括提出了一些非常重要的問題,我從車企或從產品角度看一下大家如何看待未來發展趨勢、技術趨勢的。
在大背景下,中國、美國、歐洲、日本都提出了自己的規劃,因為汽車作為傳統燃料使用重地,碳排放比較嚴重。王秘書長說得非常好的一點,汽車在生產過程中,包括電動車在生產過程中,其實也會產生比較多的碳排放,這可能要從發電端,如使用可再生能源、使用光伏或風電等清潔能源角度去解決這一問題。從使用角度,相對來說電動車在減碳方面是比較重要的手段。
從車企和零部件角度來看,戴姆勒提出了“2039愿景”,除了生產電動車,還提出使用綠色鋼材、無碳材料,包括有56號工廠;大眾提出了Way to Zero戰略,都是從生產角度、供應鏈角度或產品角度實現碳中和。我們今天聚焦在電動汽車領域。
在一系列國家層面、產業政策層面催化下,節能與技術路線圖2.0,對于汽車能耗提出了要求,從雙積分政策來看,由于2020年行業表現不佳,現在大部分企業燃料積分面臨比較大的壓力,現在積分價格也有比較明顯的增長。對于車企來說,包括在華企業,對于電動化布局也在加速,尤其是重點在純電動領域和插電領域是兩大比較主流的路線。
從政策引導和產業發展情況來看,過去五年來,整體汽車大盤市場進入存量增長時期,銷量往下,但新能源汽車呈現蓬勃發展的狀態。截止到2021年4月份,電動車滲透率已經到了10%。在整個結構中,純電產品占了比較大的主流。
從純電產品來看,近年來比較明顯變化和趨勢,呈現非常明顯的兩極分化的特征。A00小車占比達到近40%,比較有競爭力的車型,像B級或C級車偏中高端配置比較受歡迎。
我們從A00級到C級車五個細分市場前五名做了篩選(篩選時用到了同款車型中比較高的配置),銷量靠前產品能量密度跟續航里程處在什么區間。其中五菱宏光MINIEV產品經濟性方面做到極致,所以產品價格也做到極致,可以切入低速電動車市場,所以取得比較大的成功。而B/C級車中,蔚來、小鵬電池表現明顯處在比較靠前的位置。現在市場上比較有競爭力的兩類產品,一類是經濟型小車,一類是比較高端化的,配置稍微高一點的B/C級中高端車型,也是很多自主品牌往高端化方向轉型,尤其在電動化品牌層面。
插混產品,自主品牌的比亞迪、上汽榮威,合資品牌寶馬,產品技術迭代,比亞迪通過四代演變,比亞迪秦Plus DMi上市之后驗證是非常成功的,基本上能夠做到跟燃油車類似的價格,從產品演變角度來看,PHEV在往更長的續航、更低成本方向發展,以實現自己的競爭力。
從現在政策方向來看,節能與路線圖包括對動力電池、電驅動都提出了要求。從電動車產品本身使用角度來看,出行者或消費者最本質需求就是出行需求,以及安全能否得到保障。對于電池來說需要面對四大挑戰:
1.安全性問題,現在新能源車發生很多起自燃事件,特斯拉以及蔚來等很多產品之前面臨召回,也是問題。
2.性能,電池使用生命是關鍵。
3.成本,未來電動車能否跟燃油車實現較好的競爭力。
4.如果實現整個產業鏈閉環,電池回收以及梯次利用能否解決,能否實現可循環再生。
·安全性
為了解決動力電池安全問題,各個企業,從車企、動力電池企業,大家都提出了自己的解決方案來探討這個問題。
從材料角度來看,比亞迪推出刀片電池,用磷酸鐵鋰代替三元,耐熱性性能會更好,并且通過實驗,電池性能會更穩定。從電芯結構來看,廣汽埃安提出彈匣電池,采用安全艙設計,出現熱信號事故之后5分鐘之內就可以解決。蜂巢提出熱失控系統,除了從材料、電芯等結構層面做創新,還加入了監控系統,去實現對于電池安全性能的監控。
·性能
電池創新方向有兩大塊:材料層面和結構層面。從材料層面來說,企業布局方向或下一代技術會嘗試一些創新,比如LG新能源做四元電池,松下、蜂巢做無鈷電池等。工藝創新,是近年來車企和電池企業研發重點。因為材料創新相對來說比較緩慢,結構性創新現在仍有空間,寧德時代的CTP以及CTC方案,比亞迪的刀片電池、特斯拉要做更大容量46800電芯,都是從結構層面入手。
·成本
如何實現電池成本下降呢?有三大方面,從材料角度,從上游,正極、負極、隔膜角度做創新,做規模化生產,把成本降下來,做結構性創新,把整個產業鏈價格降下來,這是中短期解決方案。更長期方向探討,可能使用更高能量密度,像鋰空氣電池、固態電池達到成本下降。因為現在鋰離子電池降本是存在上限的。從行業角度來看,預計到2025年,三元電池價格能做到0.5元左右。
對于頭部企業來說,未來要怎么走?
材料體系演變,大家現在是以5系三元電池為主,現在往811或8系層面做創新。現在也提出一些新的方向,如比亞迪用刀片,國軒用JTM電池,蜂巢的無鈷、四元,都是多樣化創新。下一代,從更前沿角度布局,大家還會布局一些固態電池或鋰空氣電池、鋰金屬電池等更前沿的角度和技術。LG新能源前兩天提出固態電池要在2026年實現量產。
固態電池現在產業化比較難,現在做嘗試比較多還是在半固態層面。固態電池路線分三個,國內現在更多以氧化物路線為主。從路線比較來看,豐田布局很早,在硫化物電池方面有比較強的性能表現。
從電池使用、電池生產方面來看,現在大家努力在做多樣化創新或努力降成本,電池一般壽命5~8年,退役之后下來要如何解決電池未來污染問題?是否把它作為儲能或其他梯次利用去解決這個產業未來面臨的問題,怎么批次處理退役電池問題,其實面臨挑戰。尤其像金屬污染或電解液問題、安全性問題,都面臨考驗。現在一方面技術不成熟,另一方面要做電池處理,成本仍然很高,而且目前沒有非常成熟的盈利模式,可能從材料端有材料企業方案,從電池企業來說有電池企業的方案,從車企角度來說也會考慮怎么樣構建電池回收體系。
電驅動也是影響電動車動力性能比較重要的系統。從市場結構來看,三合一電驅動成為市場上比較主流趨勢。據預測,未來三合一包括多合一占比也在提高。從現在主流產品分布結構來看,A00在功率和扭矩方面類似于五菱宏光用的電機可能不需要做到性能特別強,但如果做比較高端的車型可能用到雙電機,扭矩和功率分布范圍會比較廣。
從驅動系統未來方向來看,驅動系統肯定往更高效率、更高功率密度層角度發展。現在多合一或三合一確實是大家研發的方向,其實三合一可以做到集成化、小型化、輕量化,面臨問題是如何做維修保養,現在是大家探討的話題。從整車角度、零部件角度,大家布局都是在往三合一層面走的,除了傳統零部件廠商,比較新的進入者,如華為、美的也宣布進入汽車領域,華為也推出了七合一系統。現在還沒有量產。
電控、逆變器是對于電驅動影響非常重要的零部件,除了IGBT,下一代技術是碳化硅的功率模塊,現在已經有一部分企業在搭載在車型上,比如特斯拉Model3,比亞迪漢,已經通過搭載碳化硅提升車輛的性能表現。碳化硅面臨的挑戰是價格居高不下,技術或商業化層面存在一些問題。
從企業角度來看,應用進展如何?
博格華納現在推出三合一電驅動系統,2021年底預計實現量產。
比亞迪既有自己的三合一,也有高壓三合一,碳化硅MOSFET也在布局。電控綜合效率可以達到97%,按照比亞迪計劃,2023年之后,旗下電動車將全部實現碳化硅搭載。
技術發展趨勢是服務于產品或服務于應用場景的,如果企業想生產比較經濟型車型,可以選擇磷酸鐵鋰的路線,比如低配版特斯拉、五菱MINIEV都是往下沉,去觸達更大體量的市場。如果要做性價比比較高的路線,就可以選擇現在比較主流的5系的三元電池或者無鈷電池去做創新,未來如果想做到更高配或追求技術極限,選擇高鎳路線,甚至95%以上鎳的占比,或者做固態電池,鋰金屬電池等。
電驅動技術,比如扁線電機、油冷技術、碳化硅技術等,這些技術都可以幫助電驅動系統實現更高效率或更好性能,但是這些新的技術目前面臨商業化挑戰。
總的來看,未來技術方向是在往更好的產品方向去服務的,對于車企也好或對于零部件企業也好,如何利用已有的技術和資源優勢,找到合適的方向在電氣化時代前行是重要的課題。
我們蓋世汽車研究院打造的《乘用車電氣化市場與技術分析月刊》就是分析現在整車和三電市場表現,以及車企、電池、電驅動企業動態,為大家提供比較全面的市場動態與技術分析和市場服務。
以上就是我想要分享的內容,謝謝大家!
(注:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱,僅作為參考資料,轉載請注明來源!)
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