IGBT將被碳化硅取代！電池能量密度已突破300Wh/kg
作者：admin 發(fā)布日期：2018/12/22 關(guān)注次數(shù)：
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大同碳化硅獲悉12月16日，中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高在北京介紹了我國(guó)新能源汽車技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)。
在動(dòng)力電池方面，我國(guó)的目標(biāo)是到2020年能量密度達(dá)到300Wh/kg，實(shí)現(xiàn)與燃油車的競(jìng)爭(zhēng)。寧德時(shí)代開發(fā)的高鎳三元正極和硅炭負(fù)極電池的比能量已經(jīng)達(dá)到304Wh/kg，產(chǎn)業(yè)化明年實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品投放市場(chǎng)。
在高功率動(dòng)力電池方面，盟固利開發(fā)的高比功率長(zhǎng)壽命電池單體技術(shù)指標(biāo)全面優(yōu)于現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品，滿足插電式客車的需求。
從目前的情況看，我國(guó)電池在比能量略占優(yōu)勢(shì)，循環(huán)性能與國(guó)外相當(dāng)?，F(xiàn)在中國(guó)電池已經(jīng)大規(guī)模走向國(guó)際，除了寧德時(shí)代、比亞迪，孚能也拿到奔馳汽車的訂單，充分說明我國(guó)產(chǎn)業(yè)方面是有優(yōu)勢(shì)的。
2、碳化硅即將取代IGBT
在驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面，首先是電機(jī)控制器，大家知道電機(jī)控制器價(jià)格貴，核心器件IGBT大多依靠進(jìn)口，譬如英飛凌公司的產(chǎn)品。但是今年這一狀態(tài)得到極大改善，2018年大約40%的IGBT來(lái)自中國(guó)企業(yè)，譬如比亞迪，所以IGBT這一關(guān)鍵核心器件已經(jīng)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(gè)更先進(jìn)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(xiàn)在要減少大概70%-80%。國(guó)內(nèi)也開發(fā)出了自主的控制器，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有四五個(gè)團(tuán)隊(duì)在做產(chǎn)業(yè)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(jì)在2025年會(huì)全方位的由碳化硅取代IGBT，這樣做的優(yōu)勢(shì)一個(gè)是驅(qū)動(dòng)效率會(huì)提高幾個(gè)百分點(diǎn)，第二個(gè)體積會(huì)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(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)比功率的升高。電機(jī)轉(zhuǎn)速做不到太高，因?yàn)樘咧罂刂破鏖_關(guān)頻率上升，損耗比較大、電機(jī)效率下降。碳化硅具有在高頻率時(shí)損耗低的優(yōu)勢(shì)，從而電機(jī)比功率可以大幅度提高?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了15000轉(zhuǎn)每分鐘，正在努力實(shí)現(xiàn)20000轉(zhuǎn)每分鐘。
參照美國(guó)能源部2025年目標(biāo)，電機(jī)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(jī)與控制器合起來(lái)3升的體積即可。當(dāng)然有一個(gè)問題，就是匹配高速電機(jī)的大速比減速器，這是目前我國(guó)需要努力的一個(gè)方向。
3、降低電耗是永恒主題
在純電動(dòng)汽車進(jìn)展方面，傳統(tǒng)12米大客車大整備質(zhì)量約11噸，電動(dòng)化后由于電池重量增加，整車將近13噸。最近有一個(gè)重大突破，整備質(zhì)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(shù)進(jìn)步。
還有一個(gè)就是冬天車內(nèi)取暖問題。尤其是在東北，零下30度的溫度限制了純電動(dòng)車的銷售?，F(xiàn)在通過采用熱泵空調(diào)技術(shù)，比如上汽，已經(jīng)在最新的產(chǎn)品中使用熱泵空調(diào)，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(nèi)則可以達(dá)到20度。
從國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車發(fā)展來(lái)看，國(guó)內(nèi)純電動(dòng)續(xù)航里程300公里以上的車的比例已經(jīng)達(dá)到81%，電池系統(tǒng)的能量密度140Wh/kg已成為主流產(chǎn)品?，F(xiàn)在我們的問題就是百公里的電耗還偏高，與國(guó)外先進(jìn)的百公里大概10度多的水平相比還有差距，我們還要進(jìn)一步的降低電耗，降低電耗是一個(gè)永恒的主題。
4、燃料電池汽車尚需降低鉑載量
關(guān)于燃料電池汽車，今年燃料電池行業(yè)很熱，一方面是大家認(rèn)識(shí)到了燃料電池的戰(zhàn)略性技術(shù)地位。燃料電池的戰(zhàn)略性不僅體現(xiàn)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(shù)，不僅是用在汽車上，更多的可能要商用車、火車、輪船、軍艦、發(fā)電等方面。
另外，集中式可再生能源要把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，最好的方式是把它變成氫氣，再通過天然氣管道運(yùn)走，這是它的戰(zhàn)略意義。
從車載的角度來(lái)看，燃料電池一個(gè)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(guó)4排放、國(guó)5排放、國(guó)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(biāo)準(zhǔn)用的鉑的載體，所以我們?nèi)剂想姵氐哪繕?biāo)就是這個(gè)目標(biāo)。已經(jīng)在做產(chǎn)品，如豐田燃料電池系統(tǒng)是0.2克/千瓦，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在做的燃料電池大概也在這個(gè)水平。
當(dāng)然，中國(guó)燃料電池的核心是產(chǎn)業(yè)鏈不夠健全，一方面是要自主研發(fā)，另一方面就是要把全球的產(chǎn)業(yè)鏈吸引到中國(guó)來(lái)。大家知道現(xiàn)在凡是跟電動(dòng)汽車相關(guān)的這些零部件都到中國(guó)來(lái)了。
所以現(xiàn)在我們關(guān)鍵是要把產(chǎn)業(yè)鏈建起來(lái)，產(chǎn)業(yè)鏈建起來(lái)需要大企業(yè)的進(jìn)入，這次我們欣喜的看到一汽、東風(fēng)現(xiàn)在都在燃料電池方面開始發(fā)力。
此外，催化劑上面還有膜、碳紙，催化劑的膜和碳紙合起來(lái)是膜電極。跟國(guó)外還是有一些差距，國(guó)產(chǎn)占有率大概40%。另外在發(fā)動(dòng)機(jī)層次上，我們高轉(zhuǎn)速的空壓機(jī)，還需要進(jìn)一步降低成本，儲(chǔ)氫瓶也要大幅度降低成本，儲(chǔ)氫瓶目前成本依然偏高。
5、插混汽車技術(shù)仍具備優(yōu)勢(shì)
在混合動(dòng)力方面，我國(guó)做混合動(dòng)力有優(yōu)勢(shì)的是插電式混合動(dòng)力，而且插電混合動(dòng)力車型都是純電里程在50公里以上，將來(lái)要達(dá)到70公里，最后要到90公里。因?yàn)橹袊?guó)的車一般都是在城里開，有了50—70公里的純電續(xù)航，油基本上就不用的少了，可以節(jié)約80%油耗。
另外就是成本，省了80%是可以掙回一點(diǎn)錢，但是如果整車動(dòng)力系統(tǒng)的成本比它高很多也是不行的。現(xiàn)在我們有一個(gè)新技術(shù)，就是不用雙電機(jī)，只用一個(gè)電機(jī)。我們用一個(gè)電機(jī)一個(gè)控制器。另外，我們現(xiàn)在插電混合動(dòng)力單離合即可滿足要求，與國(guó)外的雙電機(jī)雙離合器系統(tǒng)相比節(jié)省八九千元成本，用這節(jié)約的這些成本可以增加10度容量的電池，從而達(dá)到與國(guó)外先進(jìn)混合動(dòng)力相當(dāng)?shù)某杀尽?br />
6、智能化技術(shù)理性回歸
在智能化方面，智能化是新能源汽車的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，也是一個(gè)非常熱的技術(shù)。但是智能化技術(shù)正經(jīng)歷一個(gè)理性回歸的過程。這也符合新技術(shù)出現(xiàn)的規(guī)律，即剛開始時(shí)泡沫很大，參與者集中入局，沖上去后一般就會(huì)過了，過了之后會(huì)再往回調(diào)一下，經(jīng)過兩三次回調(diào)才會(huì)到達(dá)正常的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
目前，國(guó)產(chǎn)輔助駕駛系統(tǒng)已經(jīng)開始量產(chǎn)，主要是恒潤(rùn)科技，總銷量已經(jīng)到5萬(wàn)臺(tái)以上。另外一個(gè)核心技術(shù)是激光雷達(dá)，激光雷達(dá)是最核心，也是成本最高的一個(gè)技術(shù)。
在激光雷達(dá)方面，以前是機(jī)械式的，現(xiàn)在是做成固態(tài)的，在這個(gè)方面，國(guó)內(nèi)的禾賽科技應(yīng)該說取得了比較大的進(jìn)展，處于目前世界上的先進(jìn)水平。
未來(lái)，我們還需要進(jìn)一步提高的方面在于，純電動(dòng)車的電耗要進(jìn)一步下降，混合動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)能效要進(jìn)一步提高，燃料電池的深層次核心器件，包括膜電極、空壓機(jī)、氫瓶還需要進(jìn)一步突破，當(dāng)然還有動(dòng)力電池的安全性要常抓不懈，繼續(xù)突破。隨著比能量的提高，我們需要更加先進(jìn)的安全技術(shù)加以保障。
最近，國(guó)內(nèi)在固態(tài)電池方面也有一些進(jìn)展，雖然是一些初步的結(jié)果，但是也顯示出來(lái)我們正在往前推進(jìn)。另外，一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的減速器，高減速比的減速器也是我們需要關(guān)注的。智能化所需要的核心芯片，尤其是計(jì)算芯片，我們還需要再進(jìn)一步的突破。
在動(dòng)力電池方面，我國(guó)的目標(biāo)是到2020年能量密度達(dá)到300Wh/kg，實(shí)現(xiàn)與燃油車的競(jìng)爭(zhēng)。寧德時(shí)代開發(fā)的高鎳三元正極和硅炭負(fù)極電池的比能量已經(jīng)達(dá)到304Wh/kg，產(chǎn)業(yè)化明年實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品投放市場(chǎng)。
在高功率動(dòng)力電池方面，盟固利開發(fā)的高比功率長(zhǎng)壽命電池單體技術(shù)指標(biāo)全面優(yōu)于現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品，滿足插電式客車的需求。
從目前的情況看，我國(guó)電池在比能量略占優(yōu)勢(shì)，循環(huán)性能與國(guó)外相當(dāng)?，F(xiàn)在中國(guó)電池已經(jīng)大規(guī)模走向國(guó)際，除了寧德時(shí)代、比亞迪，孚能也拿到奔馳汽車的訂單，充分說明我國(guó)產(chǎn)業(yè)方面是有優(yōu)勢(shì)的。
2、碳化硅即將取代IGBT
在驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面，首先是電機(jī)控制器，大家知道電機(jī)控制器價(jià)格貴，核心器件IGBT大多依靠進(jìn)口，譬如英飛凌公司的產(chǎn)品。但是今年這一狀態(tài)得到極大改善，2018年大約40%的IGBT來(lái)自中國(guó)企業(yè)，譬如比亞迪，所以IGBT這一關(guān)鍵核心器件已經(jīng)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(gè)更先進(jìn)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(xiàn)在要減少大概70%-80%。國(guó)內(nèi)也開發(fā)出了自主的控制器，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有四五個(gè)團(tuán)隊(duì)在做產(chǎn)業(yè)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(jì)在2025年會(huì)全方位的由碳化硅取代IGBT，這樣做的優(yōu)勢(shì)一個(gè)是驅(qū)動(dòng)效率會(huì)提高幾個(gè)百分點(diǎn)，第二個(gè)體積會(huì)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(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電機(jī)比功率的升高。電機(jī)轉(zhuǎn)速做不到太高，因?yàn)樘咧罂刂破鏖_關(guān)頻率上升，損耗比較大、電機(jī)效率下降。碳化硅具有在高頻率時(shí)損耗低的優(yōu)勢(shì)，從而電機(jī)比功率可以大幅度提高?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了15000轉(zhuǎn)每分鐘，正在努力實(shí)現(xiàn)20000轉(zhuǎn)每分鐘。
參照美國(guó)能源部2025年目標(biāo)，電機(jī)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(jī)與控制器合起來(lái)3升的體積即可。當(dāng)然有一個(gè)問題，就是匹配高速電機(jī)的大速比減速器，這是目前我國(guó)需要努力的一個(gè)方向。
3、降低電耗是永恒主題
在純電動(dòng)汽車進(jìn)展方面，傳統(tǒng)12米大客車大整備質(zhì)量約11噸，電動(dòng)化后由于電池重量增加，整車將近13噸。最近有一個(gè)重大突破，整備質(zhì)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(shù)進(jìn)步。
還有一個(gè)就是冬天車內(nèi)取暖問題。尤其是在東北，零下30度的溫度限制了純電動(dòng)車的銷售?，F(xiàn)在通過采用熱泵空調(diào)技術(shù)，比如上汽，已經(jīng)在最新的產(chǎn)品中使用熱泵空調(diào)，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(nèi)則可以達(dá)到20度。
從國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車發(fā)展來(lái)看，國(guó)內(nèi)純電動(dòng)續(xù)航里程300公里以上的車的比例已經(jīng)達(dá)到81%，電池系統(tǒng)的能量密度140Wh/kg已成為主流產(chǎn)品?，F(xiàn)在我們的問題就是百公里的電耗還偏高，與國(guó)外先進(jìn)的百公里大概10度多的水平相比還有差距，我們還要進(jìn)一步的降低電耗，降低電耗是一個(gè)永恒的主題。
4、燃料電池汽車尚需降低鉑載量
關(guān)于燃料電池汽車，今年燃料電池行業(yè)很熱，一方面是大家認(rèn)識(shí)到了燃料電池的戰(zhàn)略性技術(shù)地位。燃料電池的戰(zhàn)略性不僅體現(xiàn)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(shù)，不僅是用在汽車上，更多的可能要商用車、火車、輪船、軍艦、發(fā)電等方面。
另外，集中式可再生能源要把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，最好的方式是把它變成氫氣，再通過天然氣管道運(yùn)走，這是它的戰(zhàn)略意義。
從車載的角度來(lái)看，燃料電池一個(gè)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(guó)4排放、國(guó)5排放、國(guó)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(biāo)準(zhǔn)用的鉑的載體，所以我們?nèi)剂想姵氐哪繕?biāo)就是這個(gè)目標(biāo)。已經(jīng)在做產(chǎn)品，如豐田燃料電池系統(tǒng)是0.2克/千瓦，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在做的燃料電池大概也在這個(gè)水平。
當(dāng)然，中國(guó)燃料電池的核心是產(chǎn)業(yè)鏈不夠健全，一方面是要自主研發(fā)，另一方面就是要把全球的產(chǎn)業(yè)鏈吸引到中國(guó)來(lái)。大家知道現(xiàn)在凡是跟電動(dòng)汽車相關(guān)的這些零部件都到中國(guó)來(lái)了。
所以現(xiàn)在我們關(guān)鍵是要把產(chǎn)業(yè)鏈建起來(lái)，產(chǎn)業(yè)鏈建起來(lái)需要大企業(yè)的進(jìn)入，這次我們欣喜的看到一汽、東風(fēng)現(xiàn)在都在燃料電池方面開始發(fā)力。
此外，催化劑上面還有膜、碳紙，催化劑的膜和碳紙合起來(lái)是膜電極。跟國(guó)外還是有一些差距，國(guó)產(chǎn)占有率大概40%。另外在發(fā)動(dòng)機(jī)層次上，我們高轉(zhuǎn)速的空壓機(jī)，還需要進(jìn)一步降低成本，儲(chǔ)氫瓶也要大幅度降低成本，儲(chǔ)氫瓶目前成本依然偏高。
5、插混汽車技術(shù)仍具備優(yōu)勢(shì)
在混合動(dòng)力方面，我國(guó)做混合動(dòng)力有優(yōu)勢(shì)的是插電式混合動(dòng)力，而且插電混合動(dòng)力車型都是純電里程在50公里以上，將來(lái)要達(dá)到70公里，最后要到90公里。因?yàn)橹袊?guó)的車一般都是在城里開，有了50—70公里的純電續(xù)航，油基本上就不用的少了，可以節(jié)約80%油耗。
另外就是成本，省了80%是可以掙回一點(diǎn)錢，但是如果整車動(dòng)力系統(tǒng)的成本比它高很多也是不行的。現(xiàn)在我們有一個(gè)新技術(shù)，就是不用雙電機(jī)，只用一個(gè)電機(jī)。我們用一個(gè)電機(jī)一個(gè)控制器。另外，我們現(xiàn)在插電混合動(dòng)力單離合即可滿足要求，與國(guó)外的雙電機(jī)雙離合器系統(tǒng)相比節(jié)省八九千元成本，用這節(jié)約的這些成本可以增加10度容量的電池，從而達(dá)到與國(guó)外先進(jìn)混合動(dòng)力相當(dāng)?shù)某杀尽?br />
6、智能化技術(shù)理性回歸
在智能化方面，智能化是新能源汽車的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，也是一個(gè)非常熱的技術(shù)。但是智能化技術(shù)正經(jīng)歷一個(gè)理性回歸的過程。這也符合新技術(shù)出現(xiàn)的規(guī)律，即剛開始時(shí)泡沫很大，參與者集中入局，沖上去后一般就會(huì)過了，過了之后會(huì)再往回調(diào)一下，經(jīng)過兩三次回調(diào)才會(huì)到達(dá)正常的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
目前，國(guó)產(chǎn)輔助駕駛系統(tǒng)已經(jīng)開始量產(chǎn)，主要是恒潤(rùn)科技，總銷量已經(jīng)到5萬(wàn)臺(tái)以上。另外一個(gè)核心技術(shù)是激光雷達(dá)，激光雷達(dá)是最核心，也是成本最高的一個(gè)技術(shù)。
在激光雷達(dá)方面，以前是機(jī)械式的，現(xiàn)在是做成固態(tài)的，在這個(gè)方面，國(guó)內(nèi)的禾賽科技應(yīng)該說取得了比較大的進(jìn)展，處于目前世界上的先進(jìn)水平。
未來(lái)，我們還需要進(jìn)一步提高的方面在于，純電動(dòng)車的電耗要進(jìn)一步下降，混合動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)能效要進(jìn)一步提高，燃料電池的深層次核心器件，包括膜電極、空壓機(jī)、氫瓶還需要進(jìn)一步突破，當(dāng)然還有動(dòng)力電池的安全性要常抓不懈，繼續(xù)突破。隨著比能量的提高，我們需要更加先進(jìn)的安全技術(shù)加以保障。
最近，國(guó)內(nèi)在固態(tài)電池方面也有一些進(jìn)展，雖然是一些初步的結(jié)果，但是也顯示出來(lái)我們正在往前推進(jìn)。另外，一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的減速器，高減速比的減速器也是我們需要關(guān)注的。智能化所需要的核心芯片，尤其是計(jì)算芯片，我們還需要再進(jìn)一步的突破。
大同碳化硅報(bào)道 （2018年12月22日）
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