从TMC2023看行业发展:未来电驱动技术方向在哪里?

谈到未来中国汽车市场技术路线的变化趋势，清华大学汽车产业与技术战略研究院院长、FISITA终身名誉主席赵福全赵福全认为多元化是大势所趋。很大的程度是政策驱动的，政策驱动是正确不充分，最终消费者要买单。

国家推动的是电动化，但是插电就很好，从节油的角度混合动力当然很好，为什么混合动力卖不过插电呢？为什么插电在高端又卖不过纯电呢？这是消费者需求的问题。有四个拐点非常重要：

第一，2025年所谓的WLTC 4.6L，这决定了很多发动机满足不了油耗，尤其是小发动机，所以电动化就会急需的进步。

第二，碳中和、碳达峰到底在汽车行业啥时候落地？我的预判到2027年前后，国家会对汽车行业出现很清晰的碳达峰、碳排放的标准，那个时候双积分、油耗，包括新能源所有的东西都N合一，用一个碳来决定很多的东西。

第三，2030年所谓的WLTC 3.2L，那个时候什么都玩不转，包括混合动力都没戏，这是由热力学动力决定的。可能一大部分电池实现的零碳，包括更多主要实现的电动化就变得主要。

还有一个是固态电池什么时候有大的起色？这真的很重要。大家都说电动化的下半场是智能化，我认为是产业发展的趋势，但是电动化本身也有下半场是固态电池化。

电动车出现了很多全生命周期成本更低，所以叫一般混合动力省油，而插电式混合动力是省钱。插电式混合动力最大的了不得地方是完全电动化的感觉，它把电动化大家现在诟病的东西都规避了。如果碳排放上来了，或者将来碳酸锂的价格上来了，是不是混合动力就没有未来了呢？不是这样的。现在中国很多地区，环境不允许使用纯电，而且有的到大西北了，虽然天气、温度可以，但是它的续航里程要求也非常难，所以这个时候有了插电混合动力非常重要。

为什么不是增程呢？增程跟插电本质上没太大区别，但是最大的问题是在于增程在高速的时候，尽管这种工况用的不多，但它的体验不爽，油耗也差，油耗也是电耗，电耗也是钱。所以，从这个角度来讲，如果从城市工况插电和增程没有区别，都是电动化支撑下来的一个传统发动机带来解决电动化的事。我个人认为，只要产业政策没有大的调整，实际上插电式混合动力的生命周期会非常长。纯电基础设施不断丰富的时候，这个时候插电也没有戏了。大家一定要知道，到了一定程度之后还是跟产业政策有关。

对于动力电池方面的创新，赵福全表示，电池是未来绝对的重中之重。电池第一是原材料创新，绝对是根本的原因。第二个创新是所谓的制造创新，它的工艺和装备是制程运输；还有一个是结构创新，所谓的C2M、C2P、C2C、C2B、C2C，就是电池单体和模组，电池包、车身、底盘之间的关系，不懂电池的人很难把结构创新做到位，但是如果不懂车的人，你不懂电池做不了，但是不懂车的人，你的电池也没有办法成功。这一点至关重要，但是我个人认为材料创新是最根本性的，尤其是未来GPT模型上来之后，我对材料的创新更充满信心。

从电池发展的角度，如果回过头来五年、十年看，我对产业的认知，我认为液态电池的发展远超预期想象的速度，而且市场占有率高。但是，大家对所谓的半固态电池寄予了厚望，但事实上当把这些东西都放在一起来的时候没有做到。

同时，固态电池很值得关注，最近网上流行比较多的是丰田对固态电池的宣传，个人认为真的更要相信其有，不要相信其无。否则，中国电动汽车电池的下半场我们就失去领先的优势了。

他认为，磷酸铁锂会有相当一段的生命周期，现在装车率已经达到了70%，基本达到了顶峰。磷酸铁锂的优势是成本和安全，但是它的劣势也是众所周知的，寿命1.5万次没有用，所以必须做V2G，做储能的时候才行。

而三元电池由于安全性方方面面的原因，现在被一点点边缘化，但是很快就会回来，因为未来的超充、快充上来的时候，磷酸铁锂玩不转了。这个时候反过来，磷酸铁锂就要一点一点在高端市场上让位三元电池，而固态电池真的对于中国来说，所有人都别感觉良好，我们要有敬畏，远远没有到刀枪入库的时候。

对于电驱动系统，赵福全认为现在进入到2.0阶段，1.0阶段就是简单的三合一，组合成功了，现在2.0阶段是八合一、七合一，就是把控制器也放进去，这个作为硬件解决了所有的空间、尺寸、成本、轻量化的阶段。到了3.0越来越强调智能化，因为控制器要和整车的控制器结合，电机的控制、挡位的控制、扭矩的控制这都不是简单的八合一要做的，所以硬件要回归五合一。反过来要把控制摘起来，和车身、底盘，甚至是整车的控制，所谓的域，最后要到中心的组合。

而对整车企业是否要自己造电池，赵福全表示，顶级企业要造，但不能全造。电池这个产业一定最终是整车企业和电池企业要合作，很多关键的技术必须掌握在电池企业里，尤其是工艺装备。我看了比亚迪刀片电池，它之所以成功是因为电池的材料、工艺、装备、整车，所有的四合一深度理解，这是王传福最了不起的地方。

大家都讲生态，电池有什么生态？电池上有原材料，然后做单体，做正极材料、负极材料，存储，做电池包，最后装到车里面，还要和车身、底盘连在一起，而电池要回收，所以在设计过程中如何考虑到下家的回收利用，这里面有一个怎么样能够最简单回收，最高效利用，现在的电池为什么贵？因为没卖的时候就假设电池是零残值，那收回来就用？那谁来用？怎么用？电池是有记忆的，是有数据的，设计的时候就要考虑到将来谁来用，而且也要考虑到这个是作为破烂要拆，拆完以后发现成本比制造的成本高，所以这就是中国旧电池回收不如干新电池便宜的原因，这就出问题了。

所以电池有一个上游、下游、换电和充电又不一样，现在我们讲的V2G，要变成储能装置，我们算过，1亿辆保有量电动车会解决30个三峡的发电量的问题，那什么概念？30个三峡基本上中国一半的发电量，所以在这种情况下，如何能够把这个东西打通，就有硬件之间怎么做，软件之间怎么做，而且供电系统人如何解决问题，电池不是一起充电消耗多少电量的问题，是功率的问题，在这种情况下，它是一个生态，所以对产业发展，如果没有生态的概念，如何玩？但是在这个生态里面，电池企业、材料企业、回收企业、充电企业、电能的共享企业，彼此之间都有合作，他们都有共享的要素，就是电流，更有数字化的控制，这就构成了一个电动汽车的大的生态系统。

法国 Yole Intellligence公司杨宇发表了演讲。

重卡处于电动化早期阶段，目前还以“补贴驱动”为主，向“补贴/法规驱动”转换。与乘用车相比，全球范围内，以电动化渗透率来衡量，中型和重型商用车整体有6-10年的差距。此外，商用车分支较多，各不同细分具有不同的技术要求和发展态势：

商用车电动化的动力系统组成与乘用车类似，以BEV为例，都由主驱逆变器，OBC，DC/DC等组成，在FCEV中，还涉及DC升压系统。涉及到的功率半导体主要有Si IGBT模块，SiC MOSFET模块，SiC MOSFET分立器件，Si IGBT分立器件，Si MOSFET分立器件，GaN HEMT分立器件。

一方面商用车应用具有自己独特的要求，特别在系统的持续输出功率，持续扭矩上要求比乘用车高很多，此外商用车的载荷谱也不同于乘用车，需要更高的可靠性和寿命。此外长途重卡应用需要大电池，而充电时间过长则会压缩商用车的实际运行时间，因此在高功率充电方面，要求更为迫切。

因此商用车系统具有以下有别于乘用车的技术特征：

从供应链角度来看，商用车整体市场较小，在Tier 1级别有较为专门的供应商，但从三电供应链角度来看，功率电子以及电芯级别将不会有专门针对商用车的供应链，而商用车反过来可以充分利用乘用车在电动化的先发地位，最大程度“撬动”已有的供应链，在系统层面进行优化，快速降低电动化成本。比如Tesla在其Semi truck中，就很大程度复用了已有的电驱和电芯，但针对长途重卡应用，在驱动总成上做了相应的技术升级，例如转向800V高压系统，电桥脱开装置，适应重卡底盘的多包电池等。

除此之外，很多已在乘用车上已经得到验证的概念也可以快速引入商用车，比如从“油改电”平台向BEV专用平台转换（Tesla，Nikola），以及进一步的分布式驱动系统-“滑板”底盘。

为了实现具有竞争力的长途重卡车型（800km里程电动重卡），新一代EV专用平台需要采用如下的技术路线（不仅限于动力总成）：

• 800V电压平台和SiC MOSFET模块为基础的电控，液冷系统。只有800V平台才能同时满足重卡带电量高，充电时间可接受的要求。而在该电压平台下，SiC MOSFET模块对比Si IGBT的效率优势非常显著（相差10%左右），而重卡要求较高的持续输出能力，对电控和电机的冷却要求非常严格，因此需要采用液冷，特别是油冷系统。整车系统的电压平台升级会涉及到所有跟高压相连接的子系统，而且电芯也需要对电机材料做调整，可以满足2C甚至更高的充电速度。

• 系统集成：高压系统大集成 + 电驱动桥。高压子系统的集成在电动车辆上已经非常明显。但与乘用车不同，重卡本身的驱动桥已经非常庞大，另外还有大梁存在，很难再像乘用车那样进行多合一集成。因此重新进行系统划分在所难免。重卡本身还有较多的高压子系统，进行集成，但与驱动桥分离后，可以实现电功能和机械功能的分离，也有利于同步验证。

• 多档变速箱对于重卡来说是必不可少的，否则目前的电机技术很难同时满足低速大扭矩和高速高功率的需求。与乘用车类似，除了布局构型外，变速箱还需要集成驻车功能。同时在多驱动轴布局中，变速箱也需要考虑集成脱开装置。但总体来讲，很多现有的重卡ATM变速箱资源可以得到重新利用。

• 高功率充电。重卡由于载重要求高，续航里程要求高，因此电池电量也非常可观，所以高功率充电将会是电动重卡得以实际应用的必要支撑。目前高功率充电设施以350kW为主，未来希望可以升至兆瓦量级。这也是为何我们认为800V系统在电动重卡上的渗透率要高于乘用车，而SiC MOSFET模块则是与此对应的功率器件。除车端外，需要额外的基础设施支持。部分主机厂（联盟）已经对高速干线重卡专用充电设施进行布局。

• 全局化的热管理系统，与乘用车概念类似，需要跨系统的全局热管理方案，实现对电池包、电驱、高压系统、空调系统、座舱加热系统，以及（部分车型）制冷系统的热路协调更符合空气动力学的整车造型，低滚阻轮胎“滑板”底盘，CTC等，目前已经看到此类方案在客车上的应用，对重卡来说，目前能看到全新开发的底盘（Tesla，Nikola）已经出现了一些雏形，以重卡大梁和电池包为核心。比亚迪采用的刀片电池已经可以实现部分CTC的能力。但重卡电池由于大多数都是多层电池布局，因此还有优化的空间。此外目前还是以集中式电桥为主，如果可以实现分布式驱动（例如在部分轻型商用车中），也有望极大地提高重卡的带电量，进而提高续航里程。

• 另外一个比较关键的问题是补能系统。主流的方案是高功率超级充电系统（Tesla商用车专业充电网络，Daimler Truck – Volvo Trucks – Traton Truck组建了运营超充的合资公司Milence），而国内的换电重卡发展速度很快，以三一，汉马，红岩等公司为代表，但主流重卡主机厂尚未大规模进入该路线。

华为数字能源智能电动产品线副总裁陈伟认为，以下三个方向将成为未来动力总成发展创新的重点：

过去厂商是通过多路径补能的方式应对新能源车的使用焦虑，包括高压快充，油电互补和快速换电。未来，将增加精细化用能的方式，通过动力架构的改变提升度电里程和升油里程，从而增加整车续航，缓解续航焦虑。

为了降低整车的重量和成本，华为数字能源（以下简称华为）认为会有两种路径。

第一种路径是通过动力总成效率的提升帮助整车降低电池配置容量。据统计，1%的动力总成效率提升可以带来1.5%续航里程的提升，以整车80kWh电池进行计算，相同续航里程情况下，可以带来1.2kWh电池的节省，节省成本1000到1100人民币。

随着产业的发展，今年92%效率的高压SiC总成和90%效率的低压IGBT总成可以实现规模量产，外加超导铜线，低阻力齿轴等技术的不断优化，93.5%效率的动力总成也将在未来几年实现规模量产。

第二种路径是随着充电网络基础设施的不断完善，大家对于新能源车的充电焦虑会不断降低，也就可以用更小容量的电池满足用户续航需求，从而降低整车重量和成本。

为降低成本，提升性价比，各家厂商推出了三合一、八合一、多合一电驱，深度融合已经成为行业共识。需要从域控、芯片、功率和功能四个领域进行深度融合以降低整车的开发成本。华为认为通过域控融合，芯片融合，功率融合，功能融合，一方面可使BOM数量降低40%，芯片数量降低60%，开发周期缩短10个月，并能实现分钟级OTA。另一方面整车能量、功能的深度融合，使能域控差异化特性开发，能量调度路径可塑性更强，利用效率更高。

深度融合的基座是软件架构，依托于软件架构的轻量化、高实时和安全可信，可以让车企实现动力域的开发简单，集成简单，验证简单，开发效率提升30%。

电驱在扭矩响应速度方面较传统内燃机快很多，但传统的扭矩控制链路长，在车轮打滑时，需通过车轮上的轮速传感器将信息传送至ESP，再由VCU、MCU，将控制指令下发至电机，整个链路响应时间超过100ms。

这种不匹配导致整车在低附着路面行驶时，扭矩不能及时响应，容易发生扭矩非预期输出，使整车在路况突变时前窜，或触发ABS，不仅影响驾乘感受，甚至会引发安全问题。

针对此类问题，应对牵引力控制方法进行创新，华为认为电驱动总成从硬件上已经具备扭矩闭环管理的条件，通过闭环管理，响应时间可以从100ms缩短至4ms，提升过弯速度、减少过减速带时的前窜，并可以更快速高效的抑制动力总成扭矩非预期输出，实现扭矩精准控制，杜绝安全隐患。

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