IGBT将被碳化硅取代！电池能量密度已突破300Wh/kg
大同碳化硅获悉12月16日，中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在北京介绍了我国新能源汽车技术发展的新趋势。
在动力电池方面，我国的目标是到2020年能量密度达到300Wh/kg，实现与燃油车的竞争。宁德时代开发的高镍三元正极和硅炭负极电池的比能量已经达到304Wh/kg，产业化明年实现，产品投放市场。
在高功率动力电池方面，盟固利开发的高比功率长寿命电池单体技术指标全面优于现有的国内外产品，满足插电式客车的需求。
从目前的情况看，我国电池在比能量略占优势，循环性能与国外相当。现在中国电池已经大规模走向国际，除了宁德时代、比亚迪，孚能也拿到奔驰汽车的订单，充分说明我国产业方面是有优势的。
2、碳化硅即将取代IGBT
在驱动电机方面，首先是电机控制器，大家知道电机控制器价格贵，核心器件IGBT大多依靠进口，譬如英飞凌公司的产品。但是今年这一状态得到极大改善，2018年大约40%的IGBT来自中国企业，譬如比亚迪，所以IGBT这一关键核心器件已经被攻克。
另外，IGBT之后很快要取代它的是碳化硅。碳化硅是一个更先进的做控制器的电力电子芯片，频率可以做到很高、效率可以做到很高、体积可以非常小。体积功率密度可以做到每升100千瓦，比现在要减少大概70%-80%。国内也开发出了自主的控制器，国内已经有四五个团队在做产业化。特斯拉Model3使用的控制器就是利用碳化硅材料，比亚迪也宣布在2023年将全方位由碳化硅替代，估计在2025年会全方位的由碳化硅取代IGBT，这样做的优势一个是驱动效率会提高几个百分点，第二个体积会降低大约70%-80%。
采用碳化硅控制器将可以通过大幅度提高电机的转速实现电机比功率的升高。电机转速做不到太高，因为太高之后控制器开关频率上升，损耗比较大、电机效率下降。碳化硅具有在高频率时损耗低的优势，从而电机比功率可以大幅度提高。现在国内电机转速达到了15000转每分钟，正在努力实现20000转每分钟。
参照美国能源部2025年目标，电机的功率密度是50千瓦/升，碳化硅控制器是100千瓦/升，100千瓦的电机与控制器合起来3升的体积即可。当然有一个问题，就是匹配高速电机的大速比减速器，这是目前我国需要努力的一个方向。
3、降低电耗是永恒主题
在纯电动汽车进展方面，传统12米大客车大整备质量约11吨，电动化后由于电池重量增加，整车将近13吨。最近有一个重大突破，整备质量减少到9吨，比原先的13吨减少了4吨重，比柴油客车还轻2吨，这是很重大的技术进步。
还有一个就是冬天车内取暖问题。尤其是在东北，零下30度的温度限制了纯电动车的销售。现在通过采用热泵空调技术，比如上汽，已经在最新的产品中使用热泵空调，可以将30%的电加热损失降低到只有10%，保障车外零下20度，车内则可以达到20度。
从国内外纯电动汽车发展来看，国内纯电动续航里程300公里以上的车的比例已经达到81%，电池系统的能量密度140Wh/kg已成为主流产品。现在我们的问题就是百公里的电耗还偏高，与国外先进的百公里大概10度多的水平相比还有差距，我们还要进一步的降低电耗，降低电耗是一个永恒的主题。
4、燃料电池汽车尚需降低铂载量
关于燃料电池汽车，今年燃料电池行业很热，一方面是大家认识到了燃料电池的战略性技术地位。燃料电池的战略性不仅体现汽车上，燃料电池作为氢能燃料电池的整体，是能源革命的前沿技术，不仅是用在汽车上，更多的可能要商用车、火车、轮船、军舰、发电等方面。
另外，集中式可再生能源要把能量储存起来，最好的方式是把它变成氢气，再通过天然气管道运走，这是它的战略意义。
从车载的角度来看，燃料电池一个核心的问题、永恒的主题就是降低铂载量。大家知道燃油车也用催化剂，比如国4排放、国5排放、国6排放，要用大概0.1克/千瓦催化剂。这就是燃油车的最高标准用的铂的载体，所以我们燃料电池的目标就是这个目标。已经在做产品，如丰田燃料电池系统是0.2克/千瓦，国内现在做的燃料电池大概也在这个水平。
当然，中国燃料电池的核心是产业链不够健全，一方面是要自主研发，另一方面就是要把全球的产业链吸引到中国来。大家知道现在凡是跟电动汽车相关的这些零部件都到中国来了。
所以现在我们关键是要把产业链建起来，产业链建起来需要大企业的进入，这次我们欣喜的看到一汽、东风现在都在燃料电池方面开始发力。
此外，催化剂上面还有膜、碳纸，催化剂的膜和碳纸合起来是膜电极。跟国外还是有一些差距，国产占有率大概40%。另外在发动机层次上，我们高转速的空压机，还需要进一步降低成本，储氢瓶也要大幅度降低成本，储氢瓶目前成本依然偏高。
5、插混汽车技术仍具备优势
在混合动力方面，我国做混合动力有优势的是插电式混合动力，而且插电混合动力车型都是纯电里程在50公里以上，将来要达到70公里，最后要到90公里。因为中国的车一般都是在城里开，有了50—70公里的纯电续航，油基本上就不用的少了，可以节约80%油耗。
另外就是成本，省了80%是可以挣回一点钱，但是如果整车动力系统的成本比它高很多也是不行的。现在我们有一个新技术，就是不用双电机，只用一个电机。我们用一个电机一个控制器。另外，我们现在插电混合动力单离合即可满足要求，与国外的双电机双离合器系统相比节省八九千元成本，用这节约的这些成本可以增加10度容量的电池，从而达到与国外先进混合动力相当的成本。
6、智能化技术理性回归
在智能化方面，智能化是新能源汽车的一个关键技术，也是一个非常热的技术。但是智能化技术正经历一个理性回归的过程。这也符合新技术出现的规律，即刚开始时泡沫很大，参与者集中入局，冲上去后一般就会过了，过了之后会再往回调一下，经过两三次回调才会到达正常的发展状态。
目前，国产辅助驾驶系统已经开始量产，主要是恒润科技，总销量已经到5万台以上。另外一个核心技术是激光雷达，激光雷达是最核心，也是成本最高的一个技术。
在激光雷达方面，以前是机械式的，现在是做成固态的，在这个方面，国内的禾赛科技应该说取得了比较大的进展，处于目前世界上的先进水平。
未来，我们还需要进一步提高的方面在于，纯电动车的电耗要进一步下降，混合动力的发动机能效要进一步提高，燃料电池的深层次核心器件，包括膜电极、空压机、氢瓶还需要进一步突破，当然还有动力电池的安全性要常抓不懈，继续突破。随着比能量的提高，我们需要更加先进的安全技术加以保障。
最近，国内在固态电池方面也有一些进展，虽然是一些初步的结果，但是也显示出来我们正在往前推进。另外，一体化电驱动系统的减速器，高减速比的减速器也是我们需要关注的。智能化所需要的核心芯片，尤其是计算芯片，我们还需要再进一步的突破。
在动力电池方面，我国的目标是到2020年能量密度达到300Wh/kg，实现与燃油车的竞争。宁德时代开发的高镍三元正极和硅炭负极电池的比能量已经达到304Wh/kg，产业化明年实现，产品投放市场。
在高功率动力电池方面，盟固利开发的高比功率长寿命电池单体技术指标全面优于现有的国内外产品，满足插电式客车的需求。
从目前的情况看，我国电池在比能量略占优势，循环性能与国外相当。现在中国电池已经大规模走向国际，除了宁德时代、比亚迪，孚能也拿到奔驰汽车的订单，充分说明我国产业方面是有优势的。
2、碳化硅即将取代IGBT
在驱动电机方面，首先是电机控制器，大家知道电机控制器价格贵，核心器件IGBT大多依靠进口，譬如英飞凌公司的产品。但是今年这一状态得到极大改善，2018年大约40%的IGBT来自中国企业，譬如比亚迪，所以IGBT这一关键核心器件已经被攻克。
另外，IGBT之后很快要取代它的是碳化硅。碳化硅是一个更先进的做控制器的电力电子芯片，频率可以做到很高、效率可以做到很高、体积可以非常小。体积功率密度可以做到每升100千瓦，比现在要减少大概70%-80%。国内也开发出了自主的控制器，国内已经有四五个团队在做产业化。特斯拉Model3使用的控制器就是利用碳化硅材料，比亚迪也宣布在2023年将全方位由碳化硅替代，估计在2025年会全方位的由碳化硅取代IGBT，这样做的优势一个是驱动效率会提高几个百分点，第二个体积会降低大约70%-80%。
采用碳化硅控制器将可以通过大幅度提高电机的转速实现电机比功率的升高。电机转速做不到太高，因为太高之后控制器开关频率上升，损耗比较大、电机效率下降。碳化硅具有在高频率时损耗低的优势，从而电机比功率可以大幅度提高。现在国内电机转速达到了15000转每分钟，正在努力实现20000转每分钟。
参照美国能源部2025年目标，电机的功率密度是50千瓦/升，碳化硅控制器是100千瓦/升，100千瓦的电机与控制器合起来3升的体积即可。当然有一个问题，就是匹配高速电机的大速比减速器，这是目前我国需要努力的一个方向。
3、降低电耗是永恒主题
在纯电动汽车进展方面，传统12米大客车大整备质量约11吨，电动化后由于电池重量增加，整车将近13吨。最近有一个重大突破，整备质量减少到9吨，比原先的13吨减少了4吨重，比柴油客车还轻2吨，这是很重大的技术进步。
还有一个就是冬天车内取暖问题。尤其是在东北，零下30度的温度限制了纯电动车的销售。现在通过采用热泵空调技术，比如上汽，已经在最新的产品中使用热泵空调，可以将30%的电加热损失降低到只有10%，保障车外零下20度，车内则可以达到20度。
从国内外纯电动汽车发展来看，国内纯电动续航里程300公里以上的车的比例已经达到81%，电池系统的能量密度140Wh/kg已成为主流产品。现在我们的问题就是百公里的电耗还偏高，与国外先进的百公里大概10度多的水平相比还有差距，我们还要进一步的降低电耗，降低电耗是一个永恒的主题。
4、燃料电池汽车尚需降低铂载量
关于燃料电池汽车，今年燃料电池行业很热，一方面是大家认识到了燃料电池的战略性技术地位。燃料电池的战略性不仅体现汽车上，燃料电池作为氢能燃料电池的整体，是能源革命的前沿技术，不仅是用在汽车上，更多的可能要商用车、火车、轮船、军舰、发电等方面。
另外，集中式可再生能源要把能量储存起来，最好的方式是把它变成氢气，再通过天然气管道运走，这是它的战略意义。
从车载的角度来看，燃料电池一个核心的问题、永恒的主题就是降低铂载量。大家知道燃油车也用催化剂，比如国4排放、国5排放、国6排放，要用大概0.1克/千瓦催化剂。这就是燃油车的最高标准用的铂的载体，所以我们燃料电池的目标就是这个目标。已经在做产品，如丰田燃料电池系统是0.2克/千瓦，国内现在做的燃料电池大概也在这个水平。
当然，中国燃料电池的核心是产业链不够健全，一方面是要自主研发，另一方面就是要把全球的产业链吸引到中国来。大家知道现在凡是跟电动汽车相关的这些零部件都到中国来了。
所以现在我们关键是要把产业链建起来，产业链建起来需要大企业的进入，这次我们欣喜的看到一汽、东风现在都在燃料电池方面开始发力。
此外，催化剂上面还有膜、碳纸，催化剂的膜和碳纸合起来是膜电极。跟国外还是有一些差距，国产占有率大概40%。另外在发动机层次上，我们高转速的空压机，还需要进一步降低成本，储氢瓶也要大幅度降低成本，储氢瓶目前成本依然偏高。
5、插混汽车技术仍具备优势
在混合动力方面，我国做混合动力有优势的是插电式混合动力，而且插电混合动力车型都是纯电里程在50公里以上，将来要达到70公里，最后要到90公里。因为中国的车一般都是在城里开，有了50—70公里的纯电续航，油基本上就不用的少了，可以节约80%油耗。
另外就是成本，省了80%是可以挣回一点钱，但是如果整车动力系统的成本比它高很多也是不行的。现在我们有一个新技术，就是不用双电机，只用一个电机。我们用一个电机一个控制器。另外，我们现在插电混合动力单离合即可满足要求，与国外的双电机双离合器系统相比节省八九千元成本，用这节约的这些成本可以增加10度容量的电池，从而达到与国外先进混合动力相当的成本。
6、智能化技术理性回归
在智能化方面，智能化是新能源汽车的一个关键技术，也是一个非常热的技术。但是智能化技术正经历一个理性回归的过程。这也符合新技术出现的规律，即刚开始时泡沫很大，参与者集中入局，冲上去后一般就会过了，过了之后会再往回调一下，经过两三次回调才会到达正常的发展状态。
目前，国产辅助驾驶系统已经开始量产，主要是恒润科技，总销量已经到5万台以上。另外一个核心技术是激光雷达，激光雷达是最核心，也是成本最高的一个技术。
在激光雷达方面，以前是机械式的，现在是做成固态的，在这个方面，国内的禾赛科技应该说取得了比较大的进展，处于目前世界上的先进水平。
未来，我们还需要进一步提高的方面在于，纯电动车的电耗要进一步下降，混合动力的发动机能效要进一步提高，燃料电池的深层次核心器件，包括膜电极、空压机、氢瓶还需要进一步突破，当然还有动力电池的安全性要常抓不懈，继续突破。随着比能量的提高，我们需要更加先进的安全技术加以保障。
最近，国内在固态电池方面也有一些进展，虽然是一些初步的结果，但是也显示出来我们正在往前推进。另外，一体化电驱动系统的减速器，高减速比的减速器也是我们需要关注的。智能化所需要的核心芯片，尤其是计算芯片，我们还需要再进一步的突破。
大同碳化硅报道 （2018年12月22日）
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