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人們總在想象和憧憬：未來的汽車，將會進化成什么樣子？

如果有一個標準答案，那一定是更輕、更快、更智能。

以傳統(tǒng)燃油車為例，它的進化意味著更低的油耗和排放。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，汽車重量每減重30%，燃油效率可提高20%-24%，二氧化碳排放降低20%。

在碳中和的大背景下，汽車輕量化是各大車企競相追逐的方向。而新能源時代的到來，又進一步為汽車智能化的演進提供了基礎(chǔ)。

一方面，新能源汽車的動力系統(tǒng)通常占整車總質(zhì)量的30%～40%，顯著高于傳統(tǒng)燃油車動力系統(tǒng)質(zhì)量和空間占比。

另一方面，對于新能源汽車而言，輕量化意味著更長的續(xù)航里程，續(xù)航里程是新能源汽車發(fā)展的重要生命線。

在輕量化要求下，新能源汽車賽道有了新的游戲規(guī)則和玩法，各種輕量化技術(shù)得以登上時代的舞臺，重新解構(gòu)和演繹自己。

鉆石量子傳感器

相比傳統(tǒng)的汽車配件，激光雷達等傳感器的搭載使汽車更加智能化，但即便目前車輛上已配備了十?dāng)?shù)個傳感器，也不能完全解決所有場景的安全問題。

量子傳感器是用量子機制建立極為精密的傳感器，簡單點來理解，相比傳統(tǒng)傳感器，量子傳感器的精度更高，靈敏性更強。

近幾年，隨著技術(shù)的迭代，量子傳感器商業(yè)化應(yīng)用的聲浪越來越高，醫(yī)學(xué)、生物界等領(lǐng)域都開始出現(xiàn)量子傳感器的身影。

在智能化發(fā)展的背景下，量子傳感器也加速走向汽車市場，量子傳感器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，能為汽車提供“更靈敏的反應(yīng)”和“視力更強的眼睛”。

此前行業(yè)內(nèi)就有權(quán)威專家預(yù)測，“未來，量子傳感器將在汽車領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。”

但傳統(tǒng)的量子傳感器組件較多，體積和重量較大，搭載在汽車上似乎不太現(xiàn)實。

2019年，麻省理工學(xué)院研究人員在硅芯片上創(chuàng)建了基于鉆石的量子傳感器，通過利用常規(guī)的制造技術(shù)，將眾多傳統(tǒng)的巨大片段壓在幾十分之一毫米寬的正方形上。

歷經(jīng)三年洗禮，鉆石量子傳感器有了新進展。

近日，東京工業(yè)大學(xué)研究人員報告了一種基于鉆石量子傳感器的檢測技術(shù)，首次將鉆石量子傳感器帶到了電動汽車電池領(lǐng)域。

一般而言，電動汽車是通過分析電池的電流輸出來監(jiān)控電池中剩余的電量，同時計算剩余的行駛里程，而這一過程往往存在10%的錯誤率，從而導(dǎo)致電池使用效率低下。

基于鉆石量子傳感器的監(jiān)測技術(shù)可以把錯誤率降低到1%，甚至0.11%。

換言之，在該技術(shù)下，可以將電動汽車的行駛里程延長10%，或者說，在相同的行駛里程下，能將電池重量減輕10%。

據(jù)東京工業(yè)大學(xué)研究人員所說，鉆石傳感器還可以幫助監(jiān)測溫度，有助于改善電池控制。

固態(tài)鋰金屬電池

行業(yè)內(nèi)，固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)被譽為“顛覆性”技術(shù)，甚至被稱為動力電池的未來。

什么是固態(tài)鋰金屬電池？

與目前市場上電動汽車電池所用的傳統(tǒng)鋰電池不同，一方面，固態(tài)鋰金屬電池在負極中用鋰金屬替代了市場上傳統(tǒng)電池所使用的石墨和硅，能達到更高的能量密度；另一方面，使用固體電極和固體電解質(zhì)取代鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質(zhì)，能防止鋰離子的外漏，從而減少電池短路的發(fā)生。

簡單點來講，相比市場上的傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)鋰金屬電池體積小、重量輕，另外充電更快，電池壽命更長，同時也更安全。

近幾年來，不管是學(xué)術(shù)界還是資本界，對于固態(tài)鋰金屬電池的追捧都可以說是漸趨瘋狂，究其原因在于，其能極大緩解新能源汽車發(fā)展過程中的“安全焦慮”和“里程焦慮”，同時也更符合未來電動汽車發(fā)展的輕量化趨勢。

但長時間難于攻破的技術(shù)難關(guān)，使固態(tài)鋰金屬電池難于真正走出實驗室。

近年，有好消息陸續(xù)傳來。

3分鐘內(nèi)充滿電，充電循環(huán)超1萬次，電池壽命超20年，美國哈佛大學(xué)對于固態(tài)鋰金屬電池的研究有了新的技術(shù)突破。

去年5月，美國哈佛大學(xué)就曾公布固態(tài)鋰金屬電池的進展，但彼時的技術(shù)停留在“10-20分鐘內(nèi)完全充電，10-15年的電池使用壽命”層面上。

此次固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)新的突破，可以說，直接拉高了電池技術(shù)水平的平均線，若真正大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化或?qū)⒊蔀榻鉀Q制約電動汽車發(fā)展動力問題的關(guān)鍵，進一步賦能電動汽車行業(yè)。

目前，固態(tài)鋰金屬電池在加速其商業(yè)化應(yīng)用的進程。

據(jù)了解，初創(chuàng)公司Adden Energy宣布已獲得哈佛大學(xué)技術(shù)發(fā)展辦公室授予的獨家技術(shù)許可，用于推進該技術(shù)的商業(yè)化，其目標是將電池縮小為手掌大小的“軟包電池”。

《2021-2025年全固態(tài)金屬鋰電池行業(yè)深度市場調(diào)研及投資策略建議報告》顯示，預(yù)計2025年之前，首批固態(tài)鋰金屬電池將進入市場，未來10年，固態(tài)鋰金屬電池將是電動汽車動力電池的發(fā)展趨勢。

釩陽極電池

2022世界動力電池大會上，廣汽集團董事長曾慶洪一句“自己是在為寧德時代打工”，把汽車動力電池領(lǐng)域的窘境徹底展露在大眾的視野。

近幾年來，車企一邊尋找新的供應(yīng)商，一邊寄托市場帶來新的“替代品”。

“釩陽極電池”這個新概念也在這個夏季進入人們的視野中。

6月，據(jù)外媒報道，TyFast宣布公司開發(fā)制造釩陽極電池，并稱釩陽極電池充電速度比普通鋰離子電池快20倍，可將使用壽命延長20倍，能實現(xiàn)3分鐘內(nèi)充滿電，支持2萬次充電循環(huán)。據(jù)了解，該電池仍能提供當(dāng)前電池80%到90%的能量密度。

首先來了解下什么叫釩陽極電池。

跟去年掀起一波討論熱度的釩電池（全釩氧化還原液流電池）不同，釩陽極電池仍屬于鋰離子電池。

傳統(tǒng)的鋰離子電池充電時間會受到鋰離子流入和流出陽極的速度影響，用于陽極的石墨具有平面結(jié)構(gòu)，能在其間自由滑動。

與傳統(tǒng)鋰電子電池不同，TyFast改用鋰釩氧化物（LVO）制成電池陽極，相比石墨，有著兩大優(yōu)勢。

一方面，鋰釩氧化物（LVO）傳輸速度是石墨的10倍，大幅減少充電時間，另一方面，在充電和放電時，鋰釩氧化物（LVO）膨脹和收縮小于石墨，這意味著陽極的機械和化學(xué)損傷更少，從而能延長電池壽命，

但釩陽極電池也存在缺點，與石墨相比，同質(zhì)量的LVO含有更少的離子，且更昂貴，約為石墨陽極的兩倍。不過研究團隊認為，由于LVO的生命周期更長，因此可以彌補其高成本的缺點。

202年，UCSD納米工程師和Tyfast聯(lián)合創(chuàng)始人首次在《自然》雜志上報告了LVO陽極，目前，釩陽極電池的產(chǎn)品仍停留在計劃書上。

隨著技術(shù)的迭代，或?qū)⒃诓痪煤竽芘c市場見面。

混合放電技術(shù)

在全球碳中和的背景下，傳統(tǒng)燃油車在市場的霸主地位逐漸被新能源汽車所撼動，電動化和智能化不斷重塑整個汽車產(chǎn)業(yè)形態(tài)，然而，當(dāng)一個新事物出現(xiàn)之后，與它相關(guān)的問題也隨之而來。

依靠燃油發(fā)動的傳統(tǒng)燃油車在發(fā)生碰撞時會導(dǎo)致汽車起火，那么依賴高電壓電池的電動汽車在碰撞后是否也會發(fā)生觸電事故？此前，行業(yè)內(nèi)就曾出現(xiàn)一波討論熱潮。

相關(guān)研究表明，盡管發(fā)生幾率很小，但仍存在這個可能。

在電動汽車上，動力電池、驅(qū)動電機、高壓配電箱和高壓線束等零部件組成了整車的高壓系統(tǒng)，一般而言，電動汽車的電池電壓在336-800V 區(qū)間。

在整車制造中，為了防止高壓觸電，電動汽車會內(nèi)置觸電保護裝置，在發(fā)生碰撞之后，汽車的中控系統(tǒng)會切斷相應(yīng)的高壓電路，具體表現(xiàn)為，當(dāng)汽車電源的火線和零線的電流不相等，斷路器將立即跳閘，將電池與其他部件隔開，并且通過齒輪箱與驅(qū)動電機斷開連接。

聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（UNECE）條例R94規(guī)定，在發(fā)生碰撞后，除電池本身外，任何車輛部件的電壓必須在不到一分鐘的時間內(nèi)降至安全水平（60 V）。

然而在現(xiàn)實中，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，分別存儲在電容器和電機中的殘余電能和機械能將在直流母線內(nèi)保持初始電流水平5分鐘以上，這不僅違反了高壓安全要求，而且增加了觸電的可能性。

今年7月，英國約克大學(xué)的副教授Dr Yihua Hu 與他的研究團隊提出了一種可顯著降低這種情況發(fā)生的幾率的技術(shù)，相關(guān)研究發(fā)表在《IEEE電力電子學(xué)報》上。

Dr Yihua Hu 與他的研究團隊提出可以通過內(nèi)部機器繞組輔助外部泄放電路來實現(xiàn)快速和安全的放電，目前已在實驗室的電動機系統(tǒng)上進行的模擬和實驗。

實驗結(jié)果表明，電路泄放器和內(nèi)部機器繞組的組合可以在短短5秒內(nèi)將直流母線的電壓安全地降低到60 V。

據(jù)了解，該技術(shù)可以減小內(nèi)部機器燒組的尺寸，實現(xiàn)符合輕量化要求且成本低的放電技術(shù)，團隊目前正在與Dynex Semiconductor 和 Lotus Cars兩個公司合作，在現(xiàn)實世界中測試這項技術(shù)。

碳陶剎車盤

在電動化和智能化的發(fā)展大潮中，碳陶剎車盤的優(yōu)勢愈發(fā)凸顯。

相較傳統(tǒng)用金屬材料制成的傳統(tǒng)剎車盤，碳陶剎車盤更耐高溫、摩擦性能更高且更穩(wěn)定，在制動系統(tǒng)中，能減少因摩擦導(dǎo)致的發(fā)熱，起火事故。

碳陶剎車盤密度更低，在同等尺寸的情況下，碳陶剎車盤在重量上比傳統(tǒng)剎車盤要輕一半以上，碳陶剎車作為電動汽車減重的關(guān)鍵零部件，近幾年在市場上屢受追捧。

碳陶剎車片更符合智能化發(fā)展趨勢，使用碳陶剎車片能夠顯著提高響應(yīng)速度，縮短制動距離。

近段時間以來，碳陶剎車盤在汽車市場頻頻被提及，就在前不久，天宜上佳對外宣布，獲得某車企開發(fā)定點，即將進入其特定車型碳陶制動盤開發(fā)和供應(yīng)流程。

今年6月，金博股份成為廣汽埃安碳陶制動盤的定點供應(yīng)商，僅一個月后，再獲比亞迪定點。

近幾年，國內(nèi)的主機廠紛紛加大對碳陶剎車盤的布局。

其實，碳陶剎車片在市場上出現(xiàn)并不算晚，早在1999年的國際汽車交易會上，碳陶剎車盤就被揭開了神秘的面紗。2021年，特斯拉對外宣布，將為旗下最速量產(chǎn)車Model S Plaid車型提供碳陶瓷剎車套件。

碳陶碳陶剎車盤優(yōu)勢明顯，但在高昂的成本制約下，難于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，此前，碳陶剎車片只出現(xiàn)于高端品牌車型上，而如今隨著技術(shù)的迭代，成本得以降低，碳陶剎車盤正加速“上車”。

2023年被認為是碳陶剎車盤規(guī)模化的元年，招商證券的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2025 年國內(nèi)市場有望達到78 億元，2030 年國內(nèi)市場規(guī)模有望超過200 億。

800伏充電系統(tǒng)

“喝一杯咖啡的時間，電動汽車就能充滿電”，800伏充電系統(tǒng)出現(xiàn)之后，這一愿景正慢慢成為現(xiàn)實。

電動化的趨勢下，催生了大量的里程焦慮，“充電難”問題使一眾消費者對電動汽車望而卻步。

如何提高電池續(xù)航能力和充電效率，儼然已迫在眉睫。

在動力電池能量密度短時間內(nèi)很難出現(xiàn)大幅提升的情況下，玩家們開始寄托于在相同的尺寸下提高電池的電壓或電流，進而實現(xiàn)“超級快充”，其中，800伏充電系統(tǒng)成為提高充電效率的重要載體之一。

目前市場上普遍使用的還是400伏充電系統(tǒng)，800伏充電系統(tǒng)相對來說是一個較新的概念。

所謂800伏充電系統(tǒng)，即是通過加倍的電壓和相同的電流，提高了電池的充電性能和整車運行的效率，在同樣的電池尺寸下，800伏充電系統(tǒng)能將充電時間縮短一半，進而大幅減少電池尺寸和成本。

據(jù)了解，使用800伏、350千瓦的充電器，100公里的充電時間僅需5-7分鐘。

800伏充電系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，但要真正大規(guī)模投入運用并不是一件容易的事，其面臨成本的難關(guān)。

汽車搭載800伏高壓架構(gòu)時，往往需要對電動汽車的電池包、電驅(qū)動、PTC、空調(diào)壓縮機、車載充電機等進行重新選型。

其次是相關(guān)設(shè)施的配備，市場上的充電樁和配電網(wǎng)絡(luò)大多與400伏充電系統(tǒng)相匹配，若沒有重新建設(shè)或革新就投入使用，會帶來較大的風(fēng)險。

電動化轉(zhuǎn)型聲勢浩大，相關(guān)汽車零部件供應(yīng)商也加大對于800伏充電系統(tǒng)布局。

采埃孚去年就開始在中歐量產(chǎn)800伏功率電子，今年加大了對國內(nèi)市場的投資，今年9月，800伏碳化硅電驅(qū)動橋在杭州蕭山工廠正式下線。此前，華為、博格華納、匯川技術(shù)等發(fā)布了800伏電驅(qū)動系統(tǒng)；

奧迪E-tron GT，保時捷Taycan在市場上率先使用800伏充電系統(tǒng)。

國內(nèi)車企也不甘落后，在去年廣州車展上，比亞迪e平臺3.0、吉利SEA浩瀚平臺等都選擇了800V高壓架構(gòu)。

800伏充電系統(tǒng)的“超級快充”屬性無疑是電動汽車充電的一大趨勢。

CTC技術(shù)

2022年，站在動力電池風(fēng)口，蔚來和中石化等企業(yè)手舉大旗，往換電技術(shù)的大道大搖大擺走去，另一條岔路上，寧德時代、特斯拉前仆后繼。

這條岔路就是CTC（Cell to Chassis，無電池包）技術(shù)。

在搞明白CTC技術(shù)之前，需要先了解下傳統(tǒng)電池包和CTP電池。

傳統(tǒng)的電池包的內(nèi)在結(jié)構(gòu)是“電芯-模組-電池包”，通過采用大量線纜和結(jié)構(gòu)件進行串聯(lián)，在這種結(jié)構(gòu)下，電池包內(nèi)的空間可利用效率較低，整個動力電池也較笨重。

為了提高電池包內(nèi)的利用效率，CTP技術(shù)應(yīng)運而生，CTP技術(shù)通過把電芯直接集成在電池包內(nèi)，形成“電芯-電池包”的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，以此提升電池包的空間利用率，在CTP技術(shù)下，電池電量可比傳統(tǒng)電池包增加5%-10%，比亞迪的刀片電池就是CTP技術(shù)的集成之作。

CTC技術(shù)被認為是CTP技術(shù)的進一步集成，所謂CTC技術(shù)即是取消PACK設(shè)計，直接將電芯或模組直接安裝在車身上，以車身結(jié)構(gòu)充當(dāng)電池包外殼。

相比CTP電池，CTC電池更加一體化，能以更低的成本實現(xiàn)更長的續(xù)航里程，據(jù)了解，CTC技術(shù)能在CTP技術(shù)的基礎(chǔ)上使電池電量再增加5%-10%。

CTC被認為是未來電池技術(shù)路線的重點方向，各家競相追逐。

早在去年1月的第十屆全球新能源汽車大會上，寧德時代就透露，將于2025年前后正式推出高度集成化的CTC電池技術(shù)，同年6月，特斯拉對外公布 CTC 方案。

目前，CTC技術(shù)已進入商業(yè)化應(yīng)用層面，零跑C01率先應(yīng)用了自研的CTC技術(shù)，特斯拉在德國柏林工廠生產(chǎn)的Modle Y也會使用CTC電池（特斯拉稱為結(jié)構(gòu)性電池）。

與資本對CTC技術(shù)的熱衷不同，消費者對于CTC技術(shù)的發(fā)展略有幾分擔(dān)憂。

一方面，在CTC技術(shù)中，電芯直接參與碰撞受力，在缺少模組和電池包保護的情況下，更容易出現(xiàn)安全問題，另一方面，CTC電池一體化和集成化的結(jié)構(gòu)在后期維修時不方便拆卸，大大增加維修的費用。

寫在最后

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，“純電動汽車重量每降低10kg，續(xù)航里程可增加2.5km”，在群雄逐鹿的新能源汽車市場，“減重”成為各新能源車企關(guān)鍵命題，輕量化技術(shù)無疑是在新能源汽車江湖廝殺最大的武器。

上述提到的這些技術(shù)有些仍停留于實驗室階段，有些已大步走向市場，但在真正大規(guī)模量產(chǎn)之前，它們都或?qū)⒚媾R著技術(shù)和成本的難關(guān)。

但最終“成”或“敗”，市場自然會給出答案。