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2023年汽車技術趨勢:輕量化、固態電池、800V高壓平臺、雙電機串并聯以及機器人 | 界面預言家?

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2023年汽車技術趨勢:輕量化、固態電池、800V高壓平臺、雙電機串并聯以及機器人 | 界面預言家?

一些技術已在行業內陸續布局,一些技術還處于爆發前夕。

圖片來源:視覺中國

2022年,汽車產業的轉型依舊在加速當中。據乘聯會最新數據,11月新能源汽車的市場占有率達到33.8%,1至11月這項數據為25%。

在這些數據背后,大量資本、人才向這條賽道不斷涌入,其中既有傳統汽車人造車,也不乏跨界新秀。正是在這波熱潮下,汽車行業的這場百年巨變逐漸顯現出輪廓。

從燃油切換為新能源,汽車的核心部件已經發生了變化,三電系統的地位取得傳統的底盤、發動機以及變速箱,但這并不是這場變革的全部。

伴隨著行業對新能源車的續航能力、生產成本、制造流程、智能水平等方面提出新的要求,一系列技術也隨之誕生。這中間,一些技術已經在行業內被廣泛認可并陸續布局,一些技術展現出開闊前景,但還處于爆發前夕。

1.800V高壓平臺

2019年保時捷發布全球首款800V高壓平臺車型Taycan,23分鐘內可將電池電量從5%充至80%。不過,這項技術真正迎來爆發還在3年后。

目前,這一技術已有多家主機廠跟進,包括埃安、小鵬、長城、比亞迪、嵐圖、阿維塔等都已布局相關快充技術。其中,部分車型已經在今年開始交付,如小鵬G9、極狐阿爾法S HI版。

不少行業人士認為,2022年是800V車型量產元年。

電動車的里程焦慮是推動這項技術發展的核心動力。以目前400V平臺的充電功率來看,功率最高的特斯拉第三代超級充電樁也只能達到250kW,而在800V平臺下一些車型的快充峰值功率可達400kW以上。

伴隨著電壓平臺升高,電動車也將掀起一輪電池材料和零部件升級,除了核心的三電系統,包括空調壓縮機、DCDC、OBC等部件也都需要重新選型。

界面新聞曾報道,一些家電巨頭包括美的、格力、海信等,已經押注了汽車的熱管理系統,該系統可直接影響電動車的零部件壽命、續航里程等。汽車電子龍頭公司均勝電子也是800V高壓平臺的“信徒”之一,其在日前啟動了新一輪800V高壓平臺電動汽車能量管理系統研發及產業化。

功率器件也是此次零部件升級的一大重點領域。在800V平臺下,對功率器件的抗熱、耐壓、損耗等多方面都提出了更高要求,而碳化硅(SiC)材料在穩定性、耐壓性等熟悉上都優于硅基材料。包括博世、東芝、羅姆半導體等都已展開對SiC功率半導體的擴產。

有機構預測,800V快充將在未來成為高端車的標配。

2.結構和零件進一步簡化

近年來,電動車呈現輕量化的發展趨勢,通過減輕車重,電動車一方面能提高續航,另一方面也能節能降本。一體壓鑄技術便是在這樣的背景下出現以至被越來越多的汽車制造商采用。

中信證券云基礎設施行業首席分析師丁奇此前向界面新聞表示,一體壓鑄技術將是未來智能汽車發展的共同趨勢之一。

所謂一體壓鑄,是將傳統工藝中繁瑣、單獨的小件集成起來,通過大噸位壓鑄機使其成為一個大的壓鑄件。該技術始于特斯拉Model Y等車型。

通過采用一體壓鑄,特斯拉Model Y部件數量減少79個,重量降低30%。同時,這一技術簡化了制造工藝,相比傳統工藝1至2小時的制造時間,一體壓鑄后對應部位只需3至5分鐘。此外,一體壓鑄所需廠房面積減少35%,并削減40%的制造成本。

從車身結構來看,一體壓鑄技術將有希望率先在汽車后地板、前地板以及中地板(CTC電池上蓋)等部位應用。

隨著技術發展,據中信證券,2030年全球主機廠將跟進一體壓鑄的技術趨勢,在全球乘用車的滲透率達到30%。同時在樂觀情況下,預計A/B/C柱側圍、車頂及座椅骨架也將采用一體壓鑄技術,合計單車價值量約2.5萬元,對應市場空間4477億元。

目前,除了特斯拉,國內的不少造車新勢力如蔚來、小鵬、極氪等也都已經引入了一體壓鑄技術。

3.成本與性能的平衡

縱觀新能源汽車的發展過程,動力電池的創新一直貫穿其中。

一方面是由于續航里程、穩定性等性能指標的提升,另一方面則是出于對降低電池制造成本的追求。由于鋰電材料漲價,電池在整車的成本占比已經超過四成,讓電動車產業越來越難以承受。

關于動力電池的研發制造,已經成為一項平衡成本和性能的藝術。

最近兩年,頭部廠商頻繁通過改變電池的內部結構打破能量密度上限,比亞迪的刀片電池、寧德時代的麒麟電池都是動力電池結構創新的代表。以麒麟電池為例,據寧德時代介紹,其體積利用率達72%,能將磷酸鐵鋰電池的能量密度提升至160 Wh/kg,三元電池提升至255 Wh/kg,實現1000公里續航。在結構創新下,電池的能量密度不斷接近理論極限。

今年以來,針對電池材料的創新屢屢出現,鈉電池、磷酸錳鐵鋰電池、半固態或者固態電池被越來越多電池和汽車公司提及,甚至提上量產日程。

相較于鋰電池,鈉電池在材料成本上具有優勢,并且在寬溫性能、安全性能上表現更優,但由于目前能量密度較低,這種電池短期內更適合應用于兩輪車、低速電動車領域。除了寧德時代、比亞迪,多家鋰電行業上市公司也都在今年布局了鈉電池項目。寧德時代稱,計劃明年量產鈉離子電池。

業內人士稱,隨著鈉電池在兩輪車、低速電動車領域大規模應用,將加速其技術迭代,對其在四輪車市場的應用持樂觀態度。

磷酸錳鐵鋰(LMFP)電池在性能上較磷酸鐵鋰(LFP)電池具備優勢,實際能量密度提升15% 至20%,而在制備工藝和成本上卻相差不大。這種電池的問題主要表現在充放電倍率特性、循環次數等,通過改性技術以及摻雜三元鋰材料,這些缺點被逐步改善。

浙商證券預測,在中性假設下, 2025年LMFP電池在LFP電池系列中的滲透率約為22%。去年,LMFP電池已進入兩輪車市場。包括寧德時代、國軒高科等頭部廠商都已布局這類電池。

在動力電池的多種技術路線中,固態電池曾被認為是一種終極解決方案,其在安全性以及能量密度上都展現出更好的性能。然而在目前的技術條件下,其還無法實現量產上車。多位業內人士都對固態電池短期內量產持悲觀態度。

中國科學院院士歐陽明高表示,2025年是液態電池向固態電池過渡的關鍵期。

半固態電池被視為一種折衷方案,其在技術上更容易實現,同時又強化了電池的安全屬性。2021年初,蔚來汽車就宣布將在ET7上搭載150度半固態電池。日前,嵐圖汽車發布新車型“追光”,搭載82kWh電池包的半固態電池,CLTC工況續航里程580公里——相比主流的三元以及磷酸鐵鋰電池并無優勢。

另外,由于較為復雜的制造工藝和較高的材料成本,半固態電池和液態電池相比,目前在成本上并無優勢,這也為其大規模上車帶來障礙。

一位長期研發電池的行業人士并不看好現階段的半固態電池,“多少有點用,但用處不大。”在他看來,只要存在電解液,電池就依然有不安全的風險,但他同時表示,作為全固態電池的中間產品,半固態電池是電池產業發展的必經之路。

4.混動技術將有何創新

過去幾年,混動技術一直備受爭議,它被認為是一種向純電過渡的技術,很快就將退出舞臺。這種觀點里甚至不乏一些企業高管的聲音。但在今年,市場需求說明了一切。

今年1至11月我國新能源汽車產銷分別為625.3萬輛和606.7萬輛,其中插電式混合動力汽車產銷分別為139.4萬輛和133萬輛,同比分別增長169.3%和154.6%。混動技術已經成為新能源汽車的重要分支,而在未來不短的一段時間內,這種趨勢可能還將持續。

汽車評價研究院院長李慶文曾表示,混合動力是2030年前主要產品方向,2030年之后進入碳中和階段時,混合動力也將是重要基礎和產品。

混動汽車的市場前景正在得到更多汽車公司的認同。零跑汽車也計劃在未來持續推出增程式車型。最近幾年,多家自主品牌相繼都推出了自己的混動技術,比亞迪的DM-i超級混動、長城汽車的檸檬混動DHT、吉利汽車的雷神智擎Hi·X等,這也足以看出混動市場的火爆。

對于混動未來的發展趨勢,北京航空航天大學交通科學與工程學院教授徐向陽曾進行總結。他表示雙電機串并聯構型超越功率分流型將成為自主混動主流技術路線,“串并聯可以采用定軸齒輪方案,可制造性更好,動能性更強,能夠實現高動力性駕駛的要求。”

同時他還表示,雙電機串并聯的多擋化,以電驅動為主的DHT和P2將是PHEV未來發展方向,以及智能化網聯化能量管理和控制技術成為技術競爭的新高地等。

中信證券汽車行業首席分析師尹欣馳指出當前混動技術的另一個短板,電池技術。他表示,當前很多制造商在做插電混動時,在電池層面都存在瓶頸。“很多的車企做8度電池包都有一些難度,電池包(體積)還要做的稍微大一點,在中快放層面也沒法做到極致。”

在奧維咨詢董事合伙人張君毅程看來,系統的小型化和輕量化也是混動技術的趨勢之一。“要提升燃油效率,提升電效能,能源使用效率,這是任何一套能源系統都要去追求的。”尤其是在插電混合動力,兩套并行系統的情況,他表示。

5.機器人

汽車公司制造機器人已經成為一種熱潮。除了特斯拉,小鵬、小米也都發布了旗下的機器人產品。在今年的AI Day上,特斯拉發布人形機器人擎天柱Optimus原型機,并演示了其澆花、搬箱子等場景的視頻。人類的機器人夢,似乎正在逐步實現。

馬斯克曾表示,Optimus的重要性將在未來幾年變得顯而易見,并最終比汽車業務、比FSD更有價值。

汽車公司為什么要制造機器人?

這中間的邏輯和制造飛行汽車不無相似之處,兩項業務在技術上存在高度的互通性。例如,飛行汽車對動力電池的要求比新能源汽車更高,需要高能量密度、高功率以及高快充速率。一旦將來技術取得突破,應用在新能源汽車上也可以帶來續航能力和充電效率的極大提升。甚至在設計層面,飛行汽車的設計團隊很多都是設計汽車出身。

機器人同樣如此。特斯拉的機器人集成了其自動化駕駛計算系統、dojo超級計算機的訓練機制,甚至是和特斯拉汽車相同的視覺識別技術;小鵬的機器馬也和其汽車業務的自動駕駛、人工交互等能力有直接聯系。這些技術、能力的復用一方面降低了成本,一方面也可以不斷積累數據和經驗反哺汽車業務。

另外,機器人本身也有自己的潛在使用場景,如小鵬的機器馬就被視為一款兒童的交互產品。馬斯克也提到過特斯拉機器人的使用場景,其表示最初將運用手工廠生產,解決智能性和規模量產的問題后將用于家庭服務,并在此后替代人類勞動。

隨著技術成熟以及成本下降,中信證券預測,特斯拉或延申機器人行業布局,拓展出人形機器人、四足機器人、飛行機器人等組成的豐富的特斯拉機器人產品矩陣,在各細分領域由價格彈性較低的To B端向價格彈性更高的To C端延申,最終覆蓋從工用、商用到民用的廣泛的細分市場。

更大的市場也意味著更大的投入,目前,這依然是一項重資本而高風險的業務。

未經正式授權嚴禁轉載本文,侵權必究。

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2023年汽車技術趨勢:輕量化、固態電池、800V高壓平臺、雙電機串并聯以及機器人 | 界面預言家?

一些技術已在行業內陸續布局,一些技術還處于爆發前夕。

圖片來源:視覺中國

2022年,汽車產業的轉型依舊在加速當中。據乘聯會最新數據,11月新能源汽車的市場占有率達到33.8%,1至11月這項數據為25%。

在這些數據背后,大量資本、人才向這條賽道不斷涌入,其中既有傳統汽車人造車,也不乏跨界新秀。正是在這波熱潮下,汽車行業的這場百年巨變逐漸顯現出輪廓。

從燃油切換為新能源,汽車的核心部件已經發生了變化,三電系統的地位取得傳統的底盤、發動機以及變速箱,但這并不是這場變革的全部。

伴隨著行業對新能源車的續航能力、生產成本、制造流程、智能水平等方面提出新的要求,一系列技術也隨之誕生。這中間,一些技術已經在行業內被廣泛認可并陸續布局,一些技術展現出開闊前景,但還處于爆發前夕。

1.800V高壓平臺

2019年保時捷發布全球首款800V高壓平臺車型Taycan,23分鐘內可將電池電量從5%充至80%。不過,這項技術真正迎來爆發還在3年后。

目前,這一技術已有多家主機廠跟進,包括埃安、小鵬、長城、比亞迪、嵐圖、阿維塔等都已布局相關快充技術。其中,部分車型已經在今年開始交付,如小鵬G9、極狐阿爾法S HI版。

不少行業人士認為,2022年是800V車型量產元年。

電動車的里程焦慮是推動這項技術發展的核心動力。以目前400V平臺的充電功率來看,功率最高的特斯拉第三代超級充電樁也只能達到250kW,而在800V平臺下一些車型的快充峰值功率可達400kW以上。

伴隨著電壓平臺升高,電動車也將掀起一輪電池材料和零部件升級,除了核心的三電系統,包括空調壓縮機、DCDC、OBC等部件也都需要重新選型。

界面新聞曾報道,一些家電巨頭包括美的、格力、海信等,已經押注了汽車的熱管理系統,該系統可直接影響電動車的零部件壽命、續航里程等。汽車電子龍頭公司均勝電子也是800V高壓平臺的“信徒”之一,其在日前啟動了新一輪800V高壓平臺電動汽車能量管理系統研發及產業化。

功率器件也是此次零部件升級的一大重點領域。在800V平臺下,對功率器件的抗熱、耐壓、損耗等多方面都提出了更高要求,而碳化硅(SiC)材料在穩定性、耐壓性等熟悉上都優于硅基材料。包括博世、東芝、羅姆半導體等都已展開對SiC功率半導體的擴產。

有機構預測,800V快充將在未來成為高端車的標配。

2.結構和零件進一步簡化

近年來,電動車呈現輕量化的發展趨勢,通過減輕車重,電動車一方面能提高續航,另一方面也能節能降本。一體壓鑄技術便是在這樣的背景下出現以至被越來越多的汽車制造商采用。

中信證券云基礎設施行業首席分析師丁奇此前向界面新聞表示,一體壓鑄技術將是未來智能汽車發展的共同趨勢之一。

所謂一體壓鑄,是將傳統工藝中繁瑣、單獨的小件集成起來,通過大噸位壓鑄機使其成為一個大的壓鑄件。該技術始于特斯拉Model Y等車型。

通過采用一體壓鑄,特斯拉Model Y部件數量減少79個,重量降低30%。同時,這一技術簡化了制造工藝,相比傳統工藝1至2小時的制造時間,一體壓鑄后對應部位只需3至5分鐘。此外,一體壓鑄所需廠房面積減少35%,并削減40%的制造成本。

從車身結構來看,一體壓鑄技術將有希望率先在汽車后地板、前地板以及中地板(CTC電池上蓋)等部位應用。

隨著技術發展,據中信證券,2030年全球主機廠將跟進一體壓鑄的技術趨勢,在全球乘用車的滲透率達到30%。同時在樂觀情況下,預計A/B/C柱側圍、車頂及座椅骨架也將采用一體壓鑄技術,合計單車價值量約2.5萬元,對應市場空間4477億元。

目前,除了特斯拉,國內的不少造車新勢力如蔚來、小鵬、極氪等也都已經引入了一體壓鑄技術。

3.成本與性能的平衡

縱觀新能源汽車的發展過程,動力電池的創新一直貫穿其中。

一方面是由于續航里程、穩定性等性能指標的提升,另一方面則是出于對降低電池制造成本的追求。由于鋰電材料漲價,電池在整車的成本占比已經超過四成,讓電動車產業越來越難以承受。

關于動力電池的研發制造,已經成為一項平衡成本和性能的藝術。

最近兩年,頭部廠商頻繁通過改變電池的內部結構打破能量密度上限,比亞迪的刀片電池、寧德時代的麒麟電池都是動力電池結構創新的代表。以麒麟電池為例,據寧德時代介紹,其體積利用率達72%,能將磷酸鐵鋰電池的能量密度提升至160 Wh/kg,三元電池提升至255 Wh/kg,實現1000公里續航。在結構創新下,電池的能量密度不斷接近理論極限。

今年以來,針對電池材料的創新屢屢出現,鈉電池、磷酸錳鐵鋰電池、半固態或者固態電池被越來越多電池和汽車公司提及,甚至提上量產日程。

相較于鋰電池,鈉電池在材料成本上具有優勢,并且在寬溫性能、安全性能上表現更優,但由于目前能量密度較低,這種電池短期內更適合應用于兩輪車、低速電動車領域。除了寧德時代、比亞迪,多家鋰電行業上市公司也都在今年布局了鈉電池項目。寧德時代稱,計劃明年量產鈉離子電池。

業內人士稱,隨著鈉電池在兩輪車、低速電動車領域大規模應用,將加速其技術迭代,對其在四輪車市場的應用持樂觀態度。

磷酸錳鐵鋰(LMFP)電池在性能上較磷酸鐵鋰(LFP)電池具備優勢,實際能量密度提升15% 至20%,而在制備工藝和成本上卻相差不大。這種電池的問題主要表現在充放電倍率特性、循環次數等,通過改性技術以及摻雜三元鋰材料,這些缺點被逐步改善。

浙商證券預測,在中性假設下, 2025年LMFP電池在LFP電池系列中的滲透率約為22%。去年,LMFP電池已進入兩輪車市場。包括寧德時代、國軒高科等頭部廠商都已布局這類電池。

在動力電池的多種技術路線中,固態電池曾被認為是一種終極解決方案,其在安全性以及能量密度上都展現出更好的性能。然而在目前的技術條件下,其還無法實現量產上車。多位業內人士都對固態電池短期內量產持悲觀態度。

中國科學院院士歐陽明高表示,2025年是液態電池向固態電池過渡的關鍵期。

半固態電池被視為一種折衷方案,其在技術上更容易實現,同時又強化了電池的安全屬性。2021年初,蔚來汽車就宣布將在ET7上搭載150度半固態電池。日前,嵐圖汽車發布新車型“追光”,搭載82kWh電池包的半固態電池,CLTC工況續航里程580公里——相比主流的三元以及磷酸鐵鋰電池并無優勢。

另外,由于較為復雜的制造工藝和較高的材料成本,半固態電池和液態電池相比,目前在成本上并無優勢,這也為其大規模上車帶來障礙。

一位長期研發電池的行業人士并不看好現階段的半固態電池,“多少有點用,但用處不大。”在他看來,只要存在電解液,電池就依然有不安全的風險,但他同時表示,作為全固態電池的中間產品,半固態電池是電池產業發展的必經之路。

4.混動技術將有何創新

過去幾年,混動技術一直備受爭議,它被認為是一種向純電過渡的技術,很快就將退出舞臺。這種觀點里甚至不乏一些企業高管的聲音。但在今年,市場需求說明了一切。

今年1至11月我國新能源汽車產銷分別為625.3萬輛和606.7萬輛,其中插電式混合動力汽車產銷分別為139.4萬輛和133萬輛,同比分別增長169.3%和154.6%。混動技術已經成為新能源汽車的重要分支,而在未來不短的一段時間內,這種趨勢可能還將持續。

汽車評價研究院院長李慶文曾表示,混合動力是2030年前主要產品方向,2030年之后進入碳中和階段時,混合動力也將是重要基礎和產品。

混動汽車的市場前景正在得到更多汽車公司的認同。零跑汽車也計劃在未來持續推出增程式車型。最近幾年,多家自主品牌相繼都推出了自己的混動技術,比亞迪的DM-i超級混動、長城汽車的檸檬混動DHT、吉利汽車的雷神智擎Hi·X等,這也足以看出混動市場的火爆。

對于混動未來的發展趨勢,北京航空航天大學交通科學與工程學院教授徐向陽曾進行總結。他表示雙電機串并聯構型超越功率分流型將成為自主混動主流技術路線,“串并聯可以采用定軸齒輪方案,可制造性更好,動能性更強,能夠實現高動力性駕駛的要求。”

同時他還表示,雙電機串并聯的多擋化,以電驅動為主的DHT和P2將是PHEV未來發展方向,以及智能化網聯化能量管理和控制技術成為技術競爭的新高地等。

中信證券汽車行業首席分析師尹欣馳指出當前混動技術的另一個短板,電池技術。他表示,當前很多制造商在做插電混動時,在電池層面都存在瓶頸。“很多的車企做8度電池包都有一些難度,電池包(體積)還要做的稍微大一點,在中快放層面也沒法做到極致。”

在奧維咨詢董事合伙人張君毅程看來,系統的小型化和輕量化也是混動技術的趨勢之一。“要提升燃油效率,提升電效能,能源使用效率,這是任何一套能源系統都要去追求的。”尤其是在插電混合動力,兩套并行系統的情況,他表示。

5.機器人

汽車公司制造機器人已經成為一種熱潮。除了特斯拉,小鵬、小米也都發布了旗下的機器人產品。在今年的AI Day上,特斯拉發布人形機器人擎天柱Optimus原型機,并演示了其澆花、搬箱子等場景的視頻。人類的機器人夢,似乎正在逐步實現。

馬斯克曾表示,Optimus的重要性將在未來幾年變得顯而易見,并最終比汽車業務、比FSD更有價值。

汽車公司為什么要制造機器人?

這中間的邏輯和制造飛行汽車不無相似之處,兩項業務在技術上存在高度的互通性。例如,飛行汽車對動力電池的要求比新能源汽車更高,需要高能量密度、高功率以及高快充速率。一旦將來技術取得突破,應用在新能源汽車上也可以帶來續航能力和充電效率的極大提升。甚至在設計層面,飛行汽車的設計團隊很多都是設計汽車出身。

機器人同樣如此。特斯拉的機器人集成了其自動化駕駛計算系統、dojo超級計算機的訓練機制,甚至是和特斯拉汽車相同的視覺識別技術;小鵬的機器馬也和其汽車業務的自動駕駛、人工交互等能力有直接聯系。這些技術、能力的復用一方面降低了成本,一方面也可以不斷積累數據和經驗反哺汽車業務。

另外,機器人本身也有自己的潛在使用場景,如小鵬的機器馬就被視為一款兒童的交互產品。馬斯克也提到過特斯拉機器人的使用場景,其表示最初將運用手工廠生產,解決智能性和規模量產的問題后將用于家庭服務,并在此后替代人類勞動。

隨著技術成熟以及成本下降,中信證券預測,特斯拉或延申機器人行業布局,拓展出人形機器人、四足機器人、飛行機器人等組成的豐富的特斯拉機器人產品矩陣,在各細分領域由價格彈性較低的To B端向價格彈性更高的To C端延申,最終覆蓋從工用、商用到民用的廣泛的細分市場。

更大的市場也意味著更大的投入,目前,這依然是一項重資本而高風險的業務。

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