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技术:电动化技术发展迅速,智能网联技术取得突破

来源:皮书数据库 作者:李君、樊琛、鲁光远、刘万祥 发布时间:2024-09-26

(一)新能源电驱技术创新发展

围绕动力电池的研发创新正成为新能源汽车技术进步的核心。钠离子电池作为动力电池的重要技术路线,一直备受关注,国内外电池企业纷纷开展相关布局。2022年,我国钠离子电池在性能和成本之间取得了平衡,逐步从研发走向应用,成为电池材料体系新亮点。宁德时代与孚能科技生产的钠离子电池已分别在奇瑞和江铃旗下车型实现装车,搭载QQ冰淇淋、羿驰玉兔车型。比亚迪钠离子电池计划于2023年第四季度,率先在A00级车型海鸥上装车。欣旺达与4家国内主机厂及1家国际主机厂联合开发超低温钠离子电池包,预计2023年第四季度进行装车验证,第一代产品在2024年第三季度批量投产。鹏辉能源基于聚阴离子体系的钠离子电池循环次数已达6000次以上,层状氧化物体系的钠离子电池已交车厂装车测试。中科海纳与江淮思皓新能源联合打造钠离子电池试验车“思皓花仙子”,该车型首次应用采用蜂窝电池技术的钠离子电池包。

电池包结构及装配设计打开新思路,无模组方案(Cell to PACK,CTP)、电池底盘一体化(Cell to Chassis,CTC)、电车车身一体化(Cell to Body,CTB)创新技术为“新电池”研发注入活力。基于CTP技术,比亚迪开发并量产“刀片电池”。刀片电池凭借出色的安全性,成为无模组方案的代表,被广泛接受和大规模应用。通过结构创新,刀片电池在成组时可以跳过模组,大幅提高体积利用率,相较传统电池包,刀片电池既保持了磷酸铁锂材料的安全性优势,又弥补了能量密度短板,性能相对全面。目前,作为比亚迪的独家技术,刀片电池已实现全面量产装车,在旗下海洋系、王朝系相关车型均有搭载。比亚迪销量增长显著,刀片电池得到了市场的肯定。基于一体化压铸技术,CTC与CTB技术快速发展。通过CTC、CTB技术将电池、底盘和下车身进行集成设计,可极大地简化产品设计和生产工艺,减少零部件数量,降低整车重量,提升续航能力和增加车内空间。国内相关代表性企业主要有零跑和比亚迪,零跑是国内首家发布量产CTC技术的厂家,目前搭载CTC技术的零跑C01已率先在国内实现量产。比亚迪的CTB技术是CTC技术的改良版,规避了CTC技术存在的一些短板,目前比亚迪采用CTB技术的车型海豹也已发售。

此外,电驱动总成集成化成为技术共识,企业纷纷加快多合一电驱系统研发。目前,电驱动总成已从三合一走向多合一,有八合一、九合一、N合一。三合一方案逐渐趋同,多合一产品持续增多,各类产品都在走集成路线,除电机、电机控制器、减速器之外,高压分线盒、DC/DC、充电机OBC等零部件正逐步走向集成,形成功能更全的多合一动力总成系统。华为等厂商已发布N合一的大集成系统。随着多合一深度耦合等技术进步,驱动总成转速达20000~25000rpm,峰值效率达92%~93%,预计将在乘用车领域实现规模化应用。此外,相关驱动部件技术正加快升级,“高效、高速、高压、低碳”成为新标签:永磁电机是主流,扁线油冷是趋势;功率电子控制器IGBT是主流,SIC模块是趋势;纯电动减速器是主流,变速是趋势;系统电压280~400V DC是主流,800V DC或更高是趋势;冷却系统间接冷却与水冷是主流,直接冷却是趋势;带减速器是主流,轮毂电机直驱是趋势。

(二)智能网联技术走向应用

智能化基础技术水平大幅提升。一方面,作为自动驾驶汽车大脑的核心,车规级计算芯片进入大算力时代,算力超100TOPS+。自主车规级芯片已在ADAS/智能座舱等功能域实现批量应用,大算力车规级计算芯片(单芯片算力>100TOPS)正在开展测试;多款单芯片算力超过100TOPS的产品进入量产前装应用阶段,进一步为高级别自动驾驶汽车量产落地奠定算力基础。另一方面,多种定制型车用操作系统百花齐放。科技公司、传统车企、造车新势力均积极打造自主研发的定制型车用操作系统,如华为鸿蒙、阿里巴巴AliOS等典型产品。鸿蒙系统是华为研发的首个拥有Security(CC EAL 5+)&Safety(ASIL-D)双高认证的开源操作系统,具备Linux内核和Lite微内核等多个内核,并基于此发布鸿蒙座舱操作系统HOS、智能驾驶操作系统AOS以及智能车控操作系统VOS三大车载操作系统。AliOS是阿里巴巴基于Linux自主研发的驱动万物智能的操作系统,主要应用于智能座舱,通过云服务相关的模块接入阿里巴巴的生态环境。此外,软件定义汽车成为趋势,汽车电子电气架构从跨域融合向中央计算发展。中央计算电子电气架构可横向打通底层座舱域、智驾域、动力域和底盘域,是车路云融合控制系统的关键技术底座。东风岚图、上汽零束、德赛西威等正在积极开发相关产品,预计2年内上市。

智能驾驶量产和测试等级逐步提高。我国智能网联汽车市场正在迅速发展,2022年,智能辅助驾驶功能新车搭载率不断提升,量产车型已达到L2+水平。自主品牌在智能辅助驾驶平台规划与落地方面领先合资品牌,一汽、长城、吉利、小鹏等车企发布车型功能应用基本覆盖高速公路/快速路、城市道路、低速封闭环境的停车场(库)三大场景,体验感不断提升,接近L3级自动驾驶功能;自主代客泊车系统通过车端与场端智能化技术融合,实现车辆自动完成泊车、取车动作,无需驾驶员监控,是乘用车最先有望量产前装的高度自动驾驶功能之一。智能辅助驾驶功能实现车辆在高速公路/快速路低速拥堵行驶场景下自动驾驶,并在超出设计运行范围时可及时提醒驾驶员接管,是乘用车在结构化道路上有望最先量产前装的高度自动驾驶功能。同时,我国自动驾驶开放道路测试示范规模也在不断扩大,商业化进程明显加快。目前,我国近30个省市共发布智能网联汽车道路测试和示范应用牌照1000多张,各地开放道路超过6000公里,测试里程超过1000万公里。北京、重庆、武汉、深圳、广州、长沙等多个城市允许自动驾驶汽车在特定区域、特定时段商业化试运营。

网联化推动千兆车载以太网、信息安全防护技术进步,车辆信息化水平稳步提升。车载以太网将从局部应用拓展为车内数据传输的骨干网。目前,千兆车载以太网在多车型中实现前装量产,赋能空中下载技术(Over-the-Air Technology,OTA)、音视频流等车内大数据可靠、安全、低成本传输。2022年,小鹏G9在国内首次搭建以千兆以太网为主干的通信架构。随后,长安、比亚迪、广汽、吉利等自主品牌陆续推出千兆以太网适用车型,长城将在下一代车型规划中全部搭载车载以太网技术。另外,整车信息安全防护技术从边界防御向主动安全纵深防御体系跃升。主动防护技术基于大数据与人工智能,通过对车辆进行全面、实时的安全威胁监测、预警与分析,实现更高效安全的整车防护。纵深防护技术在原有网联防御(仅在外网接口处加入信息安全防护模块)的基础上,形成包括网联防御、内网防御、ECU防御在内的多层防御体系,在各层级功能模块设置安全防护,全方位保护车辆信息安全。当前,一汽、东风、长安、广汽、北汽、蔚来等主机厂商已积极构建主动安全纵深防御体系,形成基于车型正向开发的信息安全防护能力。

(三)前瞻技术领域研究热度升高

新能源领域的技术创新,主要是动力电池领域革命性技术创新。现有动力电池(液态)性能十分强大,但安全性和低温适应性问题尚未得到真正解决,目前各方均集中发力半固态和固态电池研发,预计该领域将出现革命性技术创新。我国企业已开始布局新技术路线,着力塑造未来竞争优势。目前,除布局较早的宁德时代、国轩高科以外,2022年蜂巢能源也推出国内首批20Ah级硫系全固态原型电芯。2023年,上汽与清陶能源签署协议,计划推动2025年实现固态电池技术“10万辆级”大规模量产落地。此外,卫蓝新能源、赣锋锂业等企业均公开固态电池研发计划,预计多家公司产品将在2025年前交付。在智能网联方面,新能源汽车智能化、网联化融合趋势加快,企业加快转变产品结构和研发制造体系。新能源汽车正从传统交通工具向智能网联终端加速演变,智能驾驶、智慧座舱、智能体验关注度较高,已成为业界“内卷”的新战场。这在研发端要求企业有效洞察市场需求,及早布局储备软硬件技术,加快新技术新功能量产应用。在制造端要求企业加快数字化转型,进一步提升制造效率和灵活性。目前,国内企业已开始行动,不断更新发布相关战略和产品技术规划,增加投入,积极构建智能网联相关平台架构,加快转型升级。在轻量化方面,多元材料多点式混合一体成型工艺融合热气胀成型、半固态压铸成型和注塑成型三大工艺,将钢、铝、镁、塑料等多种材料通过不同工艺一次性成型,可显著提升车身轻量化水平和安全性。例如,采用该工艺制造的门环可减重15%以上,在整车碰撞安全方面提升5%以上的吸能效果。东风、长安、极氪等整车企业正在开展该工艺在车身上的应用研究,预计将在AB柱、CCB(仪表板横梁)、Shotgun(前舱边梁)、副车架等车身和底盘系统零部件集成化方面取得突破。