电车核心技术突破仍需“攻关”

比亚迪e平台技术及刀片电池。

宁德时代在第二十二届中国国际投资贸易洽谈会上展示的巧克力换电块。

2022年8月24日，国创中心展示其自主研发，国内首款基于自主控制芯片和自主操作系统的新能源汽车动力域控制器。

对于志在“换道超车”的中国新能源汽车产业来说，要做的功课还有不少。

记者｜刘朝晖

中国已经是全球最大的新能源汽车市场，而中国新能源汽车产业经过这些年的长足发展，已经走在了世界前列，最值得自豪的就是动力电池技术已经是当之无愧的“第一梯队”。

不过在新能源车最核心的电池、电控、电机“三电”系统中，部分核心技术的自主可控，仍是中国新能源汽车的短板，在关键零部件上还存在“卡脖子”问题。对于志在“换道超车”的中国新能源汽车产业来说，要做的功课还有不少。

国产电池已是先进水平

电动汽车的竞争，从动力电池争锋开始。

2022年，全球动力电池装机量排名前十的电池企业中，中国公司牢牢占据了6席，包括了宁德时代、比亚迪、中创新航、国轩高科、欣旺达、孚能科技，其中宁德时代依旧牢牢占据榜首，占据了37%的市场份额，排名第三的比亚迪，占据了13.6%的市场份额。

这是国产电池已经进入世界先进行列的最直观例证。但中国的动力电池企业发展得如此出色，也并非一朝一夕的事。

2010年中国政府开始扶持新能源汽车发展时，当时称霸新能源车电池市场的，是松下、LG化学、三星SDI等日韩电池厂商，比如LG化学曾一口气拿下了长安、一汽、上汽的订单，电池销量占了当年国内市场的60%。当时中国动力电池做得最好的公司，成品率也不过是60%，但日韩却已达90%以上。

电池是电动汽车技术密度最高、成本最高的零部件，有着电动汽车心脏的称号。中国想要在电动汽车领域“换道超车”，电池这个领域必须拿下。

在政策鼓励下，经过近十年的不断研发创新，中国的本土电池企业迅速发展起来，新技术也层出不穷，比如刀片电池、弹匣电池、魔方电池、麒麟电池……目前，除了宁德时代这样的电池企业外，整车企业如特斯拉、比亚迪、广汽、上汽、长城等都拥有自己的动力电池研发技术。

在电池新材料尚未突破之际，这些带着不同名称的电池技术，主要是在电池结构上进行创新，这也是新能源车企的重要抓手之一。通过电池结构的优化创新，来提高电动汽车续航能力、快充速度和性能表现，以及电池的安全性。

目前国内乃至全球的动力电池“龙头老大”宁德时代，2019年在全球首创无模组电池包，也就是第一代CTP技术。传统的电池采用电芯—模组—电池包的装配模式，所谓CTP，就是直接将大量电芯串并联在一起集成为电池包，省略了模组。

由于取消了包裹在电芯外的模组，电池包有了更多空间排列电芯，提升了电池包体积利用率，系统能量密度得以增加，从而提升车辆的续航里程。当时，该技术让电池包体积利用率突破了50%。目前，CTP已经成为国内电池企业布局的重点。

如今宁德时代的CTP技术发展到第三代，也就是去年发布的麒麟电池，体积利用率达到72%，最直接的效果就是将三元锂电池的能量密度提升至255Wh/kg，磷酸铁锂电池系统能量密度提升至160Wh/kg。其续航、快充、安全、寿命、效率以及低温性能得到全面提升，并在某些性能上超过了特斯拉的4680圆柱电池。

作为对比，在相同的化学体系、同等电池包尺寸下，麒麟电池包的电量，相比特斯拉4680电池，可以提升13%。据了解，在续航方面，搭载三元锂麒麟电池可实现整车1000公里续航。在快充方面，麒麟电池首创电芯大面冷却技术，支持5分钟快速热启动，而且10分钟可以快充至80%。

比亚迪推出的刀片电池，主打的是安全性。用比亚迪董事长王传福的话来讲，“刀片电池是比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的决心，要让全球动力电池技术路线重回正轨，让‘自燃’的标签从新能源车的字典里彻底抹掉”。在2020年3月正式发布刀片电池之后，比亚迪逐渐在全系车型中应用刀片电池，实现了刀片电池的大规模应用落地。

比亚迪刀片电池的针刺试验的结果显示，三元锂电池在针刺瞬间表面温度超过500摄氏度，传统块状的磷酸铁锂电池被穿刺后表面温度达到200—400摄氏度，而比亚迪的刀片电池表面温度只有30—60摄氏度。对此，中国科学院院士欧阳明高分析指出，刀片电池的设计，让它在短路时产热少、散热快，表现“非常优异”。

在续航上，刀片电池将传统的磷酸铁锂电池的能量密度提升了50%。同时，刀片电池因为不使用镍和钴，其成本比较低，比传统三元锂电池便宜很多。

2021年广汽埃安推出的弹匣电池，同样主打安全性。这种电池结构是将多个电芯组成电池模组，再把多个模组组成一整个动力电池包。该电池技术采用了耐高温材料，并在各个电芯之间采用了隔热材料，即便是其中一个电芯发生热失控，也不会波及其他电芯。该电池使用最新的电池管理系统，可以对电池系统温度进行调节，既保障电池安全性能，又确保电池续航性能。当时厂家对搭载了弹匣电池系统安全技术的三元锂电池整包进行了针刺热扩散试验。前不久，埃安还对弹匣电池2.0进行了枪击试验，全球首次实现电池整包枪击不起火。

眼下，除了在电池结构上进行创新外，各大企业都将目光投向了更先进的固态电池产业，宁德时代、蔚来、上汽、广汽等均表示在固态电池的研发中已取得了阶段性进展。

关键零部件仍有“卡脖子”

然而在电池之外，电控和电机技术，以及芯片等关键零部件技术上，中国新能源汽车还存在“卡脖子”问题。

以新能源汽车的电控技术为例，电池管理系统（BMS）、电机控制器（MCU）、整车控制器（VCU）的控制模块的硬件方面，基本还是被掌握在外国公司手中。

比如BMS集成电路板上最为核心的电压采集芯片等部件，基本都是被美国美信（Maxim）、美国德州仪器（TI）、荷兰恩智浦（NXP）、美国亚德诺（ADI）等国外公司垄断。

又比如MCU里面的核心功率半导体IGBT，全球市场份额基本被德国英飞凌(Infineon)、美国安森美(On Semiconductor)、日本三菱(Mitsubishi)、日本富士(Fuji)、美国力特(Littelfuse)和意法半导体(STMicroelectronics)等几家国际巨头占有。

再比如VCU，国内除少数几家规模较大的主机厂自行设计研发外，其他基本被德国博世（BOSCH）、德国大陆（Continental AG）、美国德尔福（DELPHI）、日本电产（NIDEC）等把持。

我国早先在汽车电子产业上属于严重落后，新能源汽车初期的电控技术基本都来源于传统汽车电控ECU，所以电控软件水平也处于努力追赶的阶段，尚不够成熟。

而在新能源汽车的驱动电机技术上，国内电机技术因起步晚，技术与专利积累欠缺，导致国内电机轻量化、集成化程度较差，转矩密度、功率密度等技术指标与国外先进水平尚存一定差距。同时，因我国电机及电控用耐电晕电磁线、绝缘材料、高速轴承等基本依赖进口，且永磁体和硅钢片等利用率比国外低10%左右，导致我国电机生产成本高于国外。

这些差距，直接体现在电动车的驱动效率的差别上。工信部2019年曾对国内上市的3款国产品牌纯电动轿车与特斯拉Model 3进行了百公里电耗对比，结果显示，国内的纯电动轿车在车重有较大优势的情况下，百公里电耗仍然高于特斯拉Model 3。这两年，国产品牌的整车电耗水平虽然在不断优化提升，但仍不够理想。

中国汽车工业协会秘书长助理兼技术部部长王耀曾表示，与国外龙头企业相比，我国新能源汽车产业的关键核心技术有待突破。在电机系统方面，他指出，“我国的高效高密度驱动电机系统等关键技术，相较国际先进水平仍有差距”。

一家大型乘用车企业相关负责人也表示，“新能源汽车的高品质电机要求高效节能，目前电机效率达到97%的高品质电机，主要还是由欧美日的供应商提供，国内大多数主机厂无法生产”。

“卡脖子”问题，高端芯片是典型代表。已经困扰我国汽车产业很久的“缺芯”问题，在未来仍是很难迈过去的一道坎儿。据预测，2030年，我国新能源汽车市场渗透率将达到60%至70%，未来几年我国汽车芯片的需求将出现爆发式增长，或将达到1000亿颗/年—1200亿颗/年。若车规级芯片国产化率低，新能源汽车市场越大，被他人“卡脖子”的问题就越严重。

近两年，我国增建了一些晶圆厂，以增加车规级芯片产能，新增产能仍无法满足市场需求。更重要的是，目前国内汽车芯片的自给率不到10%（一些高端智能芯片的自给率甚至不足1%），90%以上的芯片依赖进口或由本土的外资企业提供，这种局面对于整个行业而言，存在巨大风险。

此外，在高速轴承、高端材料、智能汽车所需的毫米波雷达、软件、传感器等关键零部件上，我国目前与世界先进水平相比仍有差距。

即便我们已经有宁德时代这样的电池“巨无霸”，但是韩国的LG化学、三星 SDI和日本的松下也在发力，竞争很激烈。我国在高比能量电池、高安全电池、长寿命电池方面仍需加大研发力度。

由此看来，要想真正在未来的新能源汽车产业竞争中掌握主动权和话语权，中国车企需要集中力量突破新能源汽车核心技术短板。可以相信，汽车智能化的下半场，我国汽车产业完全可以通过努力摘掉“卡脖子”的枷锁，实现华丽转身。