【儀表網(wǎng) 儀表下游】導(dǎo)讀：無(wú)論是因?yàn)榛痣姷娜剂?mdash;—煤炭能源的短缺，還是因?yàn)?ldquo;雙碳”與能耗雙控的強(qiáng)制約束，在現(xiàn)實(shí)層面都無(wú)不反映出能源危機(jī)情況愈發(fā)嚴(yán)峻，清潔能源、綠色能源、可持續(xù)發(fā)展是全球所有國(guó)家未來(lái)能源發(fā)展的宗旨。
 

　　汽車的新能源之變，不僅在一塊電池
 

　　在交通出行領(lǐng)域，電動(dòng)車的全生命周期計(jì)算中，電動(dòng)車也比燃油車更低碳，發(fā)展電動(dòng)汽車是實(shí)現(xiàn)碳減排的重要措施，由此全球汽車市場(chǎng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的調(diào)整期。
 

　　“全面新能源倒計(jì)時(shí)”已經(jīng)啟動(dòng)，近日奧迪宣布2026年停售燃油車，此后所有車型都會(huì)改為電動(dòng)車；大眾隨后也表示計(jì)劃在2035年之前停止在歐洲銷售燃油車。除了汽車廠商紛紛宣言，也有許多國(guó)家開(kāi)始考慮禁售傳統(tǒng)燃油車，并且公布了明確的時(shí)間表，荷蘭、德國(guó)、印度等計(jì)劃在2030年，英國(guó)、法國(guó)計(jì)劃在2040年停售燃油車；而中國(guó)臺(tái)灣和海南分別表示在2040年和2030 年停售燃油車。汽車的電動(dòng)化趨勢(shì)進(jìn)程加速，電動(dòng)車對(duì)于傳統(tǒng)燃油車來(lái)說(shuō)，不只是停留在過(guò)去的競(jìng)爭(zhēng)，而是逐漸進(jìn)入到被淘汰的局面。
 

　　曾幾何時(shí)，續(xù)航與電池安全的限制是人們避開(kāi)選擇電動(dòng)汽車的主要理由，現(xiàn)在是大型真香現(xiàn)場(chǎng)，燃油車未來(lái)的倒戈，蔚來(lái)汽車、智己汽車、廣汽埃安相繼宣布將推出1000公里續(xù)航電動(dòng)車，而在2017年的時(shí)候電動(dòng)車的續(xù)航里程還在300公里左右晃蕩。性能與續(xù)航給電動(dòng)車帶來(lái)質(zhì)與銷量的飛躍，但我們的目光一直都只聚焦在電池性能的分析與加持上，忽略了電動(dòng)車其他系統(tǒng)帶來(lái)質(zhì)的變化。而這些變化和動(dòng)力電池的整合才帶來(lái)了電動(dòng)車的繁榮，這些被忽略的就是今天主要想談?wù)摰摹?br /> 

　　雙管齊下：驅(qū)動(dòng)與控制方式的變革
 

　　駿馬在草原的飛速奔馳源于強(qiáng)健有力的四蹄，腳踩油門發(fā)動(dòng)機(jī)的轟鳴是化石燃料帶來(lái)的飛馳力量，電動(dòng)汽車則是將電池包中的電能充分發(fā)揮變?yōu)槁L(zhǎng)路的續(xù)航里程。
 

　　從能源的角度來(lái)看，動(dòng)力裝置的作用是其他形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，例如發(fā)動(dòng)機(jī)就是把儲(chǔ)存在油箱里的汽油送到汽缸中燃燒，并把燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。而電動(dòng)汽車是把儲(chǔ)存在電池包里的電能送到電動(dòng)機(jī)，并把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
 

　　與傳統(tǒng)燃油車相比，電動(dòng)汽車最大的變化就是其驅(qū)動(dòng)方式和控制系統(tǒng)的改變，由于電動(dòng)汽車并不使用發(fā)動(dòng)機(jī)，而是使用電機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而電控系統(tǒng)作為變速箱功能的替代，所以發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部減少了很多的部件，其中包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、進(jìn)排氣、傳動(dòng)鏈等配置，內(nèi)部空間變得更大，而這樣的結(jié)構(gòu)改變帶來(lái)了巨大的變化：
 

　　1.能源效率的質(zhì)變，傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式能耗燃燒效率為30%，浪費(fèi)的能量大部分轉(zhuǎn)化為熱能耗散了，而電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化效率在90%左右，兩者幾乎三倍的差距，同時(shí)控制系統(tǒng)也可對(duì)能量進(jìn)行重新回收與分配。
 

　　2.性能的提升，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性完全不同，電動(dòng)機(jī)可以從零瞬時(shí)加速到最大轉(zhuǎn)矩，而燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)還需要依靠變速箱一節(jié)節(jié)升檔提速，同時(shí)電控系統(tǒng)可應(yīng)對(duì)多種復(fù)雜工況，可滿足頻繁起停、加減速，低速/爬坡時(shí)要求高低轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換，據(jù)悉，蔚來(lái)的電動(dòng)超跑車百公里加速時(shí)間僅為2.7s。
 

　　3.車損維護(hù)的便利，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)多元且復(fù)雜，牽一發(fā)而動(dòng)全身，每個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障需要整車去維修，電動(dòng)汽車舍棄的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)讓結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，維修也變得容易，減少了很多的維修項(xiàng)目。
 

　　4.體驗(yàn)的升級(jí)，少了內(nèi)燃機(jī)的轟鳴聲，驅(qū)動(dòng)方式的變革使得電動(dòng)車的整車簡(jiǎn)潔并且噪音低安靜。
 

　　電動(dòng)汽車在電驅(qū)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)的加持下，給汽車整車帶來(lái)較大性能與體驗(yàn)的變革，但國(guó)內(nèi)在電機(jī)、電控領(lǐng)域的自主化程度仍遠(yuǎn)落后于電池進(jìn)化的進(jìn)度，部分電機(jī)電控核心組件如IGBT 芯片等仍不具備完全自主生產(chǎn)能力，具備系統(tǒng)完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的整車企業(yè)和零部件企業(yè)也是少數(shù)。電機(jī)、電控的技術(shù)和制造水平直接影響整車的成本與性能，而可靠性、安全性、和高集成是電機(jī)系統(tǒng)與電控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的一致目標(biāo)，集成度高結(jié)構(gòu)緊湊，重量減輕，無(wú)論是工藝的改變還是技術(shù)的革新，都對(duì)車輛的高可控精度與動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率提出了高要求。
 

　　當(dāng)然對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，可靠與安全是永恒的話題，電動(dòng)汽車在安全系統(tǒng)方面也有新的變化。
 

　　保障安全的升級(jí)
 

　　我們知道，電動(dòng)汽車的安全威脅不僅僅是存在于智能化后的算法與功能設(shè)計(jì)的缺陷可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，人們害怕電動(dòng)汽車的事故最重要的原因之一是電池爆燃帶來(lái)的威脅和傷害太嚴(yán)重。比如車輛在靜態(tài)情形下，由于電池系統(tǒng)管理不完善、通訊不兼容、與充電設(shè)備通訊障礙導(dǎo)致的電池過(guò)充、短路、漏液等問(wèn)題不能提前監(jiān)控、報(bào)警，從而引起熱失控、自燃、起火，這類情形需要通過(guò)電池管理系統(tǒng)(BMS)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池安全的管理。電池管理系統(tǒng)是通過(guò)CAN通訊協(xié)議，實(shí)時(shí)雙ECU多層級(jí)監(jiān)控，使得充電設(shè)備與電池管理系統(tǒng)之間的通訊順暢和協(xié)調(diào)，確保電池的安全。
 

　　充電過(guò)程中，電芯、BMS、傳感器，三個(gè)環(huán)節(jié)配合不好，自燃就有可能發(fā)生。而對(duì)于動(dòng)態(tài)的電池充放電的溫度變化，首先電池本身的pack設(shè)計(jì)很重要，需要保證電池散熱和可靠性，其次電動(dòng)汽車的電池包恒溫?zé)峁芾砑夹g(shù)，將電芯溫度更加穩(wěn)定地控制在高效、安全的溫度區(qū)間。
 

　　恒溫?zé)峁芾砑夹g(shù)在每個(gè)電芯模組內(nèi)布置兩個(gè)溫度傳感器，精確監(jiān)測(cè)每個(gè)模組內(nèi)部電芯溫度，并通過(guò)BMS和BTMS精確管理所有電芯，將電芯溫差控制在±2℃，確保電芯溫度均勻性。其應(yīng)急防爆泄壓設(shè)計(jì)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題將強(qiáng)制啟動(dòng)液冷裝置，對(duì)問(wèn)題電池進(jìn)行熱失控管理，將電池置于安全的金鐘罩中。
 

　　電池管理系統(tǒng)(BMS)在這個(gè)電池安全系統(tǒng)中充當(dāng)了大腦的角色，實(shí)時(shí)估測(cè)電池的荷電狀態(tài)，檢測(cè)使用狀態(tài)，對(duì)電池進(jìn)行直接管控。對(duì)于大腦來(lái)說(shuō)反饋的信息越多，決策也就越準(zhǔn)確，這就對(duì)傳感器提出了要求：不僅數(shù)量合適，精度也要高，這樣反饋的數(shù)據(jù)越全面，BMS對(duì)電池的判斷則會(huì)越準(zhǔn)確。
 

　　當(dāng)然有子系統(tǒng)對(duì)電池的直接安全管理，也會(huì)有整車控制器從整車的角度檢測(cè)，并對(duì)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)處理以保證安全，比如增加了對(duì)強(qiáng)電環(huán)節(jié)的高壓電安全保護(hù)措施。安全總是需要有冗余考慮的，熱失控下的應(yīng)對(duì)方法多種多樣，汽車廠商為了做到熱失控管理也計(jì)劃從犧牲電池的能量密度和成本考慮，未來(lái)將內(nèi)置滅火裝置、防爆閥、氣凝膠等新型方式都用上。
 

　　電動(dòng)車的安全系統(tǒng)有BMS與整車控制器的金鐘罩保護(hù)，補(bǔ)能方式也是區(qū)別燃油車且又最需要關(guān)注的地方，沒(méi)有能源的補(bǔ)給，電動(dòng)車趴窩跟個(gè)巨型的玩具車沒(méi)什么兩樣。
 

　　兩種補(bǔ)能模式：充電樁與換電站的協(xié)同
 

　　充電樁與換電站是電動(dòng)車的生命能源，是整個(gè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)保障與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其也在去年被納入到新基建的內(nèi)容中。近幾年我們?cè)谝蛔剂霞佑驼九赃叄吹皆絹?lái)越多的充電樁與換電站冒頭。
 

　　在2011年的早期起步階段，主要的補(bǔ)能模式是以掌握核心資源的大型國(guó)有企業(yè)決定，國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)等提出推行“換電池”為主的發(fā)展模式。國(guó)電電網(wǎng)確定了“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的運(yùn)營(yíng)模式。但早期的換電模式并不成功：
 

　　1.換電站的建設(shè)費(fèi)用高昂，十年前電動(dòng)汽車的數(shù)量相對(duì)來(lái)說(shuō)數(shù)量太少，而為這些數(shù)量較少的汽車建立充電樁換電站成本太高，成本無(wú)法攤薄。
 

　　2.換電站兼容性較差，早期的市場(chǎng)行業(yè)內(nèi)沒(méi)有通用的標(biāo)準(zhǔn)可以統(tǒng)一，同品牌不同型號(hào)的車輛電池型號(hào)不同，跨車型共享難。
 

　　3.運(yùn)營(yíng)困難，國(guó)企以及車企等也沒(méi)有整合資源，發(fā)展得并不理想。
 

　　充電模式在這個(gè)背景下開(kāi)始崛起。據(jù)悉截至今年4月，全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為182.7萬(wàn)臺(tái)，同比增加42.0%。公共充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量86.8萬(wàn)臺(tái)，同比上漲58.8%。隨車配建充電設(shè)施新增95.9萬(wàn)臺(tái)，同比上升29.6%。
 

　　目前國(guó)內(nèi)車樁比已經(jīng)達(dá)到了3：1，而根據(jù)工信部發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》征求意見(jiàn)稿，預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)新能源汽車保有量將達(dá)6420萬(wàn)輛。按照車樁比1:1的建設(shè)目標(biāo)來(lái)計(jì)算，未來(lái)十年我國(guó)充電樁建設(shè)將存在缺口，顯然，充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也將成為重中之重。
 

　　市場(chǎng)快充樁紛紛冒頭崛起，換電方面，車電在數(shù)10秒就可完成分離換電，速度進(jìn)化得非常快，無(wú)論是充電、換電模式還是兩者的協(xié)同運(yùn)行方式，都給行業(yè)創(chuàng)造了多種新興的補(bǔ)能方式，傳統(tǒng)的化石燃料補(bǔ)給的局面也被打破。雖然現(xiàn)在只是撕開(kāi)了小口子，但是在“雙碳”達(dá)標(biāo)，禁售燃油車的未來(lái)背景下，化石燃料這種補(bǔ)能方式也終將成為時(shí)代車輪下的砂礫，隨風(fēng)消散。
 

　　遠(yuǎn)瞻充換電技術(shù)的未來(lái)，也向著高壓大功率快充、無(wú)線充、V2G技術(shù)儲(chǔ)電等方向發(fā)展：
 

　　1.高壓大功率快充技術(shù)是未來(lái)充電技術(shù)的發(fā)展方向，現(xiàn)在技術(shù)的限制下，大功率快充帶來(lái)的安全隱患和損傷電池方面還有待技術(shù)攻克。
 

　　2.無(wú)線充電技術(shù)，因?yàn)槌杀靖咭约案邚?qiáng)度的電磁輻射，暫時(shí)商業(yè)化挑戰(zhàn)較大，未來(lái)成本的變化和規(guī)模的使用有望改變局面。
 

　　3.V2G技術(shù)，即電動(dòng)汽車的電輸送給電網(wǎng)的技術(shù)，電動(dòng)車充當(dāng)可再生資源和電網(wǎng)之間的緩沖儲(chǔ)能器，可減緩電網(wǎng)壓力，節(jié)省充電成本，構(gòu)建智能化充電網(wǎng)絡(luò)，形成車網(wǎng)協(xié)同生態(tài)。
 

　　4.超級(jí)充電標(biāo)準(zhǔn)、換電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，超級(jí)充電標(biāo)準(zhǔn)是面向下一代全球統(tǒng)一的充電接口技術(shù)，這也是大功率快充技術(shù)的基礎(chǔ)；換電站將采用模塊化設(shè)計(jì)，將技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，兼容多車型，統(tǒng)一電池包實(shí)現(xiàn)換電站共享化。
 

　　電動(dòng)車的飛速發(fā)展帶來(lái)這些新的技術(shù)革新也好，可持續(xù)的模式更迭也罷，都給整個(gè)交通出行領(lǐng)域帶來(lái)了一些創(chuàng)新和市場(chǎng)機(jī)遇，帶動(dòng)了整個(gè)行業(yè)向著清潔化、綠色型、共享化的方向發(fā)展。
 

　　時(shí)代的能源需求、進(jìn)階與國(guó)家的政策支持都讓這個(gè)行業(yè)如滿電般的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)汽車的背后有無(wú)數(shù)個(gè)心愿一致的訴求——綠色可持續(xù)的發(fā)展。達(dá)爾文曾在《物種起源》中詳細(xì)介紹了人類的進(jìn)化，他的“進(jìn)化論”是生物依據(jù)大環(huán)境背景的改變從而做出升級(jí)來(lái)適應(yīng)環(huán)境，這是一個(gè)漫長(zhǎng)且艱辛的過(guò)程。
 

　　當(dāng)預(yù)測(cè)到發(fā)展模式讓環(huán)境變得越來(lái)越不可控，能源危機(jī)等帶來(lái)的侵害愈加廣泛時(shí)，適應(yīng)環(huán)境變化已經(jīng)行不通，必須要主動(dòng)地去改善環(huán)境，人類不可持續(xù)的能源行為、活動(dòng)都需要改頭換面，出行領(lǐng)域從制造到運(yùn)行再到回收整個(gè)生命流程都在整改的范圍內(nèi)，無(wú)可避免的艱辛過(guò)程才能孕育出綠色可持續(xù)發(fā)展的果實(shí)，正是改變的因與執(zhí)行的果之間螺旋纏繞向深飛躍，才能給后至的生靈帶來(lái)生生不息。
 

　　資料來(lái)源：腦極體