IGBT將被碳化硅取代！電池能量密度已突破300Wh/kg
作者：admin 發布日期：2018/12/22 關注次數：
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大同碳化硅獲悉12月16日，中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高在北京介紹了我國新能源汽車技術發展的新趨勢。
在動力電池方面，我國的目標是到2020年能量密度達到300Wh/kg，實現與燃油車的競爭。寧德時代開發的高鎳三元正極和硅炭負極電池的比能量已經達到304Wh/kg，產業化明年實現，產品投放市場。
在高功率動力電池方面，盟固利開發的高比功率長壽命電池單體技術指標全面優于現有的國內外產品，滿足插電式客車的需求。
從目前的情況看，我國電池在比能量略占優勢，循環性能與國外相當。現在中國電池已經大規模走向國際，除了寧德時代、比亞迪，孚能也拿到奔馳汽車的訂單，充分說明我國產業方面是有優勢的。
2、碳化硅即將取代IGBT
在驅動電機方面，首先是電機控制器，大家知道電機控制器價格貴，核心器件IGBT大多依靠進口，譬如英飛凌公司的產品。但是今年這一狀態得到極大改善，2018年大約40%的IGBT來自中國企業，譬如比亞迪，所以IGBT這一關鍵核心器件已經被攻克。
另外，IGBT之后很快要取代它的是碳化硅。碳化硅是一個更先進的做控制器的電力電子芯片，頻率可以做到很高、效率可以做到很高、體積可以非常小。體積功率密度可以做到每升100千瓦，比現在要減少大概70%-80%。國內也開發出了自主的控制器，國內已經有四五個團隊在做產業化。特斯拉Model3使用的控制器就是利用碳化硅材料，比亞迪也宣布在2023年將全方位由碳化硅替代，估計在2025年會全方位的由碳化硅取代IGBT，這樣做的優勢一個是驅動效率會提高幾個百分點，第二個體積會降低大約70%-80%。
采用碳化硅控制器將可以通過大幅度提高電機的轉速實現電機比功率的升高。電機轉速做不到太高，因為太高之后控制器開關頻率上升，損耗比較大、電機效率下降。碳化硅具有在高頻率時損耗低的優勢，從而電機比功率可以大幅度提高。現在國內電機轉速達到了15000轉每分鐘，正在努力實現20000轉每分鐘。
參照美國能源部2025年目標，電機的功率密度是50千瓦/升，碳化硅控制器是100千瓦/升，100千瓦的電機與控制器合起來3升的體積即可。當然有一個問題，就是匹配高速電機的大速比減速器，這是目前我國需要努力的一個方向。
3、降低電耗是永恒主題
在純電動汽車進展方面，傳統12米大客車大整備質量約11噸，電動化后由于電池重量增加，整車將近13噸。最近有一個重大突破，整備質量減少到9噸，比原先的13噸減少了4噸重，比柴油客車還輕2噸，這是很重大的技術進步。
還有一個就是冬天車內取暖問題。尤其是在東北，零下30度的溫度限制了純電動車的銷售。現在通過采用熱泵空調技術，比如上汽，已經在最新的產品中使用熱泵空調，可以將30%的電加熱損失降低到只有10%，保障車外零下20度，車內則可以達到20度。
從國內外純電動汽車發展來看，國內純電動續航里程300公里以上的車的比例已經達到81%，電池系統的能量密度140Wh/kg已成為主流產品。現在我們的問題就是百公里的電耗還偏高，與國外先進的百公里大概10度多的水平相比還有差距，我們還要進一步的降低電耗，降低電耗是一個永恒的主題。
4、燃料電池汽車尚需降低鉑載量
關于燃料電池汽車，今年燃料電池行業很熱，一方面是大家認識到了燃料電池的戰略性技術地位。燃料電池的戰略性不僅體現汽車上，燃料電池作為氫能燃料電池的整體，是能源革命的前沿技術，不僅是用在汽車上，更多的可能要商用車、火車、輪船、軍艦、發電等方面。
另外，集中式可再生能源要把能量儲存起來，最好的方式是把它變成氫氣，再通過天然氣管道運走，這是它的戰略意義。
從車載的角度來看，燃料電池一個核心的問題、永恒的主題就是降低鉑載量。大家知道燃油車也用催化劑，比如國4排放、國5排放、國6排放，要用大概0.1克/千瓦催化劑。這就是燃油車的最高標準用的鉑的載體，所以我們燃料電池的目標就是這個目標。已經在做產品，如豐田燃料電池系統是0.2克/千瓦，國內現在做的燃料電池大概也在這個水平。
當然，中國燃料電池的核心是產業鏈不夠健全，一方面是要自主研發，另一方面就是要把全球的產業鏈吸引到中國來。大家知道現在凡是跟電動汽車相關的這些零部件都到中國來了。
所以現在我們關鍵是要把產業鏈建起來，產業鏈建起來需要大企業的進入，這次我們欣喜的看到一汽、東風現在都在燃料電池方面開始發力。
此外，催化劑上面還有膜、碳紙，催化劑的膜和碳紙合起來是膜電極。跟國外還是有一些差距，國產占有率大概40%。另外在發動機層次上，我們高轉速的空壓機，還需要進一步降低成本，儲氫瓶也要大幅度降低成本，儲氫瓶目前成本依然偏高。
5、插混汽車技術仍具備優勢
在混合動力方面，我國做混合動力有優勢的是插電式混合動力，而且插電混合動力車型都是純電里程在50公里以上，將來要達到70公里，最后要到90公里。因為中國的車一般都是在城里開，有了50—70公里的純電續航，油基本上就不用的少了，可以節約80%油耗。
另外就是成本，省了80%是可以掙回一點錢，但是如果整車動力系統的成本比它高很多也是不行的。現在我們有一個新技術，就是不用雙電機，只用一個電機。我們用一個電機一個控制器。另外，我們現在插電混合動力單離合即可滿足要求，與國外的雙電機雙離合器系統相比節省八九千元成本，用這節約的這些成本可以增加10度容量的電池，從而達到與國外先進混合動力相當的成本。
6、智能化技術理性回歸
在智能化方面，智能化是新能源汽車的一個關鍵技術，也是一個非常熱的技術。但是智能化技術正經歷一個理性回歸的過程。這也符合新技術出現的規律，即剛開始時泡沫很大，參與者集中入局，沖上去后一般就會過了，過了之后會再往回調一下，經過兩三次回調才會到達正常的發展狀態。
目前，國產輔助駕駛系統已經開始量產，主要是恒潤科技，總銷量已經到5萬臺以上。另外一個核心技術是激光雷達，激光雷達是最核心，也是成本最高的一個技術。
在激光雷達方面，以前是機械式的，現在是做成固態的，在這個方面，國內的禾賽科技應該說取得了比較大的進展，處于目前世界上的先進水平。
未來，我們還需要進一步提高的方面在于，純電動車的電耗要進一步下降，混合動力的發動機能效要進一步提高，燃料電池的深層次核心器件，包括膜電極、空壓機、氫瓶還需要進一步突破，當然還有動力電池的安全性要常抓不懈，繼續突破。隨著比能量的提高，我們需要更加先進的安全技術加以保障。
最近，國內在固態電池方面也有一些進展，雖然是一些初步的結果，但是也顯示出來我們正在往前推進。另外，一體化電驅動系統的減速器，高減速比的減速器也是我們需要關注的。智能化所需要的核心芯片，尤其是計算芯片，我們還需要再進一步的突破。
在動力電池方面，我國的目標是到2020年能量密度達到300Wh/kg，實現與燃油車的競爭。寧德時代開發的高鎳三元正極和硅炭負極電池的比能量已經達到304Wh/kg，產業化明年實現，產品投放市場。
在高功率動力電池方面，盟固利開發的高比功率長壽命電池單體技術指標全面優于現有的國內外產品，滿足插電式客車的需求。
從目前的情況看，我國電池在比能量略占優勢，循環性能與國外相當。現在中國電池已經大規模走向國際，除了寧德時代、比亞迪，孚能也拿到奔馳汽車的訂單，充分說明我國產業方面是有優勢的。
2、碳化硅即將取代IGBT
在驅動電機方面，首先是電機控制器，大家知道電機控制器價格貴，核心器件IGBT大多依靠進口，譬如英飛凌公司的產品。但是今年這一狀態得到極大改善，2018年大約40%的IGBT來自中國企業，譬如比亞迪，所以IGBT這一關鍵核心器件已經被攻克。
另外，IGBT之后很快要取代它的是碳化硅。碳化硅是一個更先進的做控制器的電力電子芯片，頻率可以做到很高、效率可以做到很高、體積可以非常小。體積功率密度可以做到每升100千瓦，比現在要減少大概70%-80%。國內也開發出了自主的控制器，國內已經有四五個團隊在做產業化。特斯拉Model3使用的控制器就是利用碳化硅材料，比亞迪也宣布在2023年將全方位由碳化硅替代，估計在2025年會全方位的由碳化硅取代IGBT，這樣做的優勢一個是驅動效率會提高幾個百分點，第二個體積會降低大約70%-80%。
采用碳化硅控制器將可以通過大幅度提高電機的轉速實現電機比功率的升高。電機轉速做不到太高，因為太高之后控制器開關頻率上升，損耗比較大、電機效率下降。碳化硅具有在高頻率時損耗低的優勢，從而電機比功率可以大幅度提高。現在國內電機轉速達到了15000轉每分鐘，正在努力實現20000轉每分鐘。
參照美國能源部2025年目標，電機的功率密度是50千瓦/升，碳化硅控制器是100千瓦/升，100千瓦的電機與控制器合起來3升的體積即可。當然有一個問題，就是匹配高速電機的大速比減速器，這是目前我國需要努力的一個方向。
3、降低電耗是永恒主題
在純電動汽車進展方面，傳統12米大客車大整備質量約11噸，電動化后由于電池重量增加，整車將近13噸。最近有一個重大突破，整備質量減少到9噸，比原先的13噸減少了4噸重，比柴油客車還輕2噸，這是很重大的技術進步。
還有一個就是冬天車內取暖問題。尤其是在東北，零下30度的溫度限制了純電動車的銷售。現在通過采用熱泵空調技術，比如上汽，已經在最新的產品中使用熱泵空調，可以將30%的電加熱損失降低到只有10%，保障車外零下20度，車內則可以達到20度。
從國內外純電動汽車發展來看，國內純電動續航里程300公里以上的車的比例已經達到81%，電池系統的能量密度140Wh/kg已成為主流產品。現在我們的問題就是百公里的電耗還偏高，與國外先進的百公里大概10度多的水平相比還有差距，我們還要進一步的降低電耗，降低電耗是一個永恒的主題。
4、燃料電池汽車尚需降低鉑載量
關于燃料電池汽車，今年燃料電池行業很熱，一方面是大家認識到了燃料電池的戰略性技術地位。燃料電池的戰略性不僅體現汽車上，燃料電池作為氫能燃料電池的整體，是能源革命的前沿技術，不僅是用在汽車上，更多的可能要商用車、火車、輪船、軍艦、發電等方面。
另外，集中式可再生能源要把能量儲存起來，最好的方式是把它變成氫氣，再通過天然氣管道運走，這是它的戰略意義。
從車載的角度來看，燃料電池一個核心的問題、永恒的主題就是降低鉑載量。大家知道燃油車也用催化劑，比如國4排放、國5排放、國6排放，要用大概0.1克/千瓦催化劑。這就是燃油車的最高標準用的鉑的載體，所以我們燃料電池的目標就是這個目標。已經在做產品，如豐田燃料電池系統是0.2克/千瓦，國內現在做的燃料電池大概也在這個水平。
當然，中國燃料電池的核心是產業鏈不夠健全，一方面是要自主研發，另一方面就是要把全球的產業鏈吸引到中國來。大家知道現在凡是跟電動汽車相關的這些零部件都到中國來了。
所以現在我們關鍵是要把產業鏈建起來，產業鏈建起來需要大企業的進入，這次我們欣喜的看到一汽、東風現在都在燃料電池方面開始發力。
此外，催化劑上面還有膜、碳紙，催化劑的膜和碳紙合起來是膜電極。跟國外還是有一些差距，國產占有率大概40%。另外在發動機層次上，我們高轉速的空壓機，還需要進一步降低成本，儲氫瓶也要大幅度降低成本，儲氫瓶目前成本依然偏高。
5、插混汽車技術仍具備優勢
在混合動力方面，我國做混合動力有優勢的是插電式混合動力，而且插電混合動力車型都是純電里程在50公里以上，將來要達到70公里，最后要到90公里。因為中國的車一般都是在城里開，有了50—70公里的純電續航，油基本上就不用的少了，可以節約80%油耗。
另外就是成本，省了80%是可以掙回一點錢，但是如果整車動力系統的成本比它高很多也是不行的。現在我們有一個新技術，就是不用雙電機，只用一個電機。我們用一個電機一個控制器。另外，我們現在插電混合動力單離合即可滿足要求，與國外的雙電機雙離合器系統相比節省八九千元成本，用這節約的這些成本可以增加10度容量的電池，從而達到與國外先進混合動力相當的成本。
6、智能化技術理性回歸
在智能化方面，智能化是新能源汽車的一個關鍵技術，也是一個非常熱的技術。但是智能化技術正經歷一個理性回歸的過程。這也符合新技術出現的規律，即剛開始時泡沫很大，參與者集中入局，沖上去后一般就會過了，過了之后會再往回調一下，經過兩三次回調才會到達正常的發展狀態。
目前，國產輔助駕駛系統已經開始量產，主要是恒潤科技，總銷量已經到5萬臺以上。另外一個核心技術是激光雷達，激光雷達是最核心，也是成本最高的一個技術。
在激光雷達方面，以前是機械式的，現在是做成固態的，在這個方面，國內的禾賽科技應該說取得了比較大的進展，處于目前世界上的先進水平。
未來，我們還需要進一步提高的方面在于，純電動車的電耗要進一步下降，混合動力的發動機能效要進一步提高，燃料電池的深層次核心器件，包括膜電極、空壓機、氫瓶還需要進一步突破，當然還有動力電池的安全性要常抓不懈，繼續突破。隨著比能量的提高，我們需要更加先進的安全技術加以保障。
最近，國內在固態電池方面也有一些進展，雖然是一些初步的結果，但是也顯示出來我們正在往前推進。另外，一體化電驅動系統的減速器，高減速比的減速器也是我們需要關注的。智能化所需要的核心芯片，尤其是計算芯片，我們還需要再進一步的突破。
大同碳化硅報道 （2018年12月22日）
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