支撐電氣化轉(zhuǎn)變的新興技術(shù)趨勢(shì)

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)介紹，英國(guó)知名研究公司IDTechEx在這份覆蓋水上、陸地和空中電動(dòng)交通工具的報(bào)告中，研究了8種類(lèi)型電動(dòng)交通工具（電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)乘用車(chē)、電動(dòng)廂式貨車(chē)/輕型商用車(chē)、電動(dòng)卡車(chē)、電動(dòng)巴士、電動(dòng)休閑船只、電動(dòng)商業(yè)近海和深海船舶，以及電動(dòng)空中出租車(chē)/電動(dòng)垂直起降飛行器等）市場(chǎng)，并將其細(xì)分為90多條預(yù)測(cè)線(xiàn)，涉及了所有電動(dòng)交通工具的產(chǎn)銷(xiāo)量，包括動(dòng)力電池、燃料電池和混合動(dòng)力單元，以及它們的需求（GWh）和市場(chǎng)營(yíng)收（億美元）。本報(bào)告還詳細(xì)介紹了支撐這些電氣化轉(zhuǎn)變的新興技術(shù)趨勢(shì)，例如硅負(fù)極電池、軸向磁通電機(jī)和直流快速充電等。

水、陸、空電動(dòng)交通工具歷史銷(xiāo)售數(shù)據(jù)及其鋰離子電池需求

電動(dòng)乘用車(chē)

就電池需求和市場(chǎng)營(yíng)收而言，電動(dòng)乘用車(chē)市場(chǎng)是未來(lái)20年最大的電動(dòng)交通工具市場(chǎng)。盡管芯片短缺和關(guān)鍵原材料價(jià)格持續(xù)上漲，但電動(dòng)乘用車(chē)在2021年的銷(xiāo)售量還是猛增到了640多萬(wàn)輛。本報(bào)告對(duì)2022年~2042年的純電動(dòng)、插電式混合動(dòng)力、混合動(dòng)力以及燃料電池乘用車(chē)市場(chǎng)進(jìn)行了長(zhǎng)期市場(chǎng)預(yù)測(cè)。報(bào)告顯示所有主要乘用車(chē)市場(chǎng)都保持了一致的增長(zhǎng)趨勢(shì)。雖然中國(guó)仍然是最大的電動(dòng)乘用車(chē)市場(chǎng)，但歐洲一直在迎頭而上。

在美國(guó)，特斯拉繼續(xù)為市場(chǎng)提供支撐，尤其是Model Y的成功。隨著美國(guó)總統(tǒng)拜登和傳統(tǒng)汽車(chē)制造商重新啟動(dòng)其電氣化目標(biāo)，形勢(shì)正在迅速轉(zhuǎn)變。美國(guó)汽車(chē)制造商還宣布，計(jì)劃推出并擴(kuò)大最受歡迎的乘用車(chē)類(lèi)型——新型電動(dòng)皮卡的生產(chǎn)，以爭(zhēng)取未來(lái)幾年電動(dòng)乘用車(chē)市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。例如，福特推出的電動(dòng)皮卡F-150，以及通用汽車(chē)的Silverado。

隨著續(xù)航里程成為電動(dòng)乘用車(chē)的關(guān)鍵特性，而電池供應(yīng)鏈面臨短缺，新動(dòng)力總成的發(fā)展已成為競(jìng)爭(zhēng)的最前沿。本報(bào)告詳細(xì)介紹了800V平臺(tái)、碳化硅（SiC）逆變器、更高效的電機(jī)系統(tǒng)和直流快速充電等技術(shù)的興起，所有這些都是保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)最大限度降低車(chē)輛成本的關(guān)鍵。

電動(dòng)巴士

中國(guó)一線(xiàn)城市已經(jīng)率先開(kāi)始采用電動(dòng)巴士，推動(dòng)了該細(xì)分市場(chǎng)在2012年~2016年間的快速增長(zhǎng)，不過(guò)，至今其中許多市場(chǎng)已經(jīng)接近飽和。2018年，北京和上海共有9368輛純電動(dòng)巴士投入運(yùn)行，占車(chē)隊(duì)總量的55%，最初全部提供了50%的購(gòu)買(mǎi)補(bǔ)貼。過(guò)去五年來(lái)，中國(guó)一線(xiàn)城市的飽和導(dǎo)致全球電動(dòng)巴士銷(xiāo)量開(kāi)始下滑，中國(guó)二線(xiàn)和三線(xiàn)城市的略微增長(zhǎng)難以抵消頹勢(shì)。如今，補(bǔ)貼已經(jīng)大幅減少。

電動(dòng)巴士市場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)

報(bào)告研究發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)巴士市場(chǎng)短期內(nèi)的未來(lái)增長(zhǎng)，將由歐洲市場(chǎng)推動(dòng)。歐洲電動(dòng)巴士市場(chǎng)高度分散，過(guò)去幾年一直依賴(lài)中國(guó)OEM制造商，它們?cè)?021年仍占總銷(xiāo)量的四分之一。事實(shí)上，比亞迪和宇通自2019年以來(lái)一直是該市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。支撐歐洲OEM制造商領(lǐng)先的本地供應(yīng)鏈將是關(guān)鍵，有跡象表明這已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生。例如，2021年，梅賽德斯（Mercedes）憑借其eCitaro車(chē)型的成功已成為市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者之一。

中型/重型電動(dòng)卡車(chē)一覽

電動(dòng)和混合動(dòng)力船舶

自新冠疫情以來(lái)，由于居家辦公增加了人們的自由時(shí)間和對(duì)休閑船只的興趣，電動(dòng)船舶市場(chǎng)增長(zhǎng)了三倍。市場(chǎng)還見(jiàn)證了舷外發(fā)動(dòng)機(jī)制造商水星海事（Mercury Marine）首次進(jìn)入電氣化市場(chǎng)，這將進(jìn)一步推動(dòng)增長(zhǎng)并促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。雖然低功率舷外發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)格通常是同等汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍，但從總體擁有成本以及其他優(yōu)勢(shì)（安靜、清潔等）來(lái)看，其商業(yè)用例仍很有說(shuō)服力。盡管如此，在更高功率的舷外或舷內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)中，電池價(jià)格的居高不下仍然是一個(gè)障礙。與汽車(chē)市場(chǎng)不同，該行業(yè)缺乏政府政策驅(qū)動(dòng)，十余年來(lái)基本沒(méi)有變化。

對(duì)于大型商用電動(dòng)和混合動(dòng)力船舶，自2016年以來(lái)，由于該行業(yè)對(duì)價(jià)格的敏感度降低，并且船用電池的價(jià)格減半，市場(chǎng)開(kāi)始了指數(shù)增長(zhǎng)。一個(gè)強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)因素出現(xiàn)在縮小超大發(fā)動(dòng)機(jī)，使用電池為海工輔助船（OSV）等近海船舶的峰值負(fù)荷供電。渡輪是最常見(jiàn)的電動(dòng)船舶，因?yàn)樗邆涑潆姉l件，并且路線(xiàn)更短且更確定。2021年，由于較長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期和新冠疫情的延遲影響，委托代銷(xiāo)的電動(dòng)船舶數(shù)量有所下降，但隨著2022年的大量訂單，IDTechEx的報(bào)告顯示，該細(xì)分領(lǐng)域的增長(zhǎng)將迅速恢復(fù)。本報(bào)告對(duì)電動(dòng)休閑船只、近海商船和深海商船進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

電動(dòng)空中出租車(chē)/電動(dòng)垂直起降飛行器（eVTOL）

根據(jù)IDTechEx對(duì)最有前景的eVTOL公司的調(diào)研，共有21家公司提供了關(guān)于何時(shí)開(kāi)始商業(yè)化eVTOL量產(chǎn)的時(shí)間表。這在很大程度上取決于每個(gè)國(guó)家或地區(qū)的飛行認(rèn)證過(guò)程。作為仍在發(fā)展中的項(xiàng)目，上述時(shí)間表還有待證實(shí)。許多公司認(rèn)為這些認(rèn)證過(guò)程可能需要五年左右，目前已經(jīng)投入了幾年。但是，認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)尚未完全到位，對(duì)于許多公司來(lái)說(shuō)，在商業(yè)化生產(chǎn)eVTOL之前，仍然還有一些重大的技術(shù)和資金問(wèn)題需要解決。大多數(shù)eVTOL制造商的目標(biāo)是2023年開(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)。本報(bào)告提供了一直到2042年的電動(dòng)空中出租車(chē)/eVTOL銷(xiāo)量和電池需求預(yù)測(cè)。

鋰離子和先進(jìn)鋰離子電芯/電池組

十多年來(lái)，基于石墨負(fù)極和層狀氧化物正極（LCO、NMC、NCA）的鋰離子電池在消費(fèi)電子產(chǎn)品中已經(jīng)無(wú)處不在，并在電動(dòng)汽車(chē)和固定式儲(chǔ)能市場(chǎng)的大部分領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。然而，隨著它們逐步走向性能極限，加上環(huán)境和供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的凸顯，鋰離子電池的改進(jìn)和替代正變得越來(lái)越重要。本報(bào)告總結(jié)了先進(jìn)電池技術(shù)的趨勢(shì)和發(fā)展，包括鋰離子電池設(shè)計(jì)、硅負(fù)極和固態(tài)電池等。

當(dāng)前及新興的電動(dòng)交通工具鋰離子電池

先進(jìn)鋰離子電池技術(shù)一般涉及硅和鋰金屬負(fù)極、固體電解質(zhì)、高鎳以及其它各種電芯設(shè)計(jì)考量因素。鑒于電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，特別是純電動(dòng)汽車(chē)在電池需求方面的話(huà)語(yǔ)權(quán)和重要性，預(yù)計(jì)鋰離子電池仍將在一段時(shí)期內(nèi)保持其主導(dǎo)地位。正負(fù)極的選擇、電池設(shè)計(jì)的改進(jìn)、能量密度的提高速度是否能持續(xù)，以及能量密度能達(dá)到多高，這些都是本報(bào)告希望解決的問(wèn)題。

本報(bào)告還討論了電池組層級(jí)的趨勢(shì)。電池組組裝需要多種不同的材料，包括熱界面材料（TIM）、粘合劑、墊圈、浸漬、灌封、填料等。報(bào)告討論了更大電芯外形尺寸和非模塊化電芯到電池組設(shè)計(jì)的一般趨勢(shì)，預(yù)計(jì)這一趨勢(shì)將減少電芯和模塊之間的連接、母線(xiàn)和電纜數(shù)量。

牽引電機(jī)概覽

電力電子器件

汽車(chē)電力電子器件（逆變器、車(chē)載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器）正在推動(dòng)重大進(jìn)展，以提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，從而降低電池組容量需求或提高續(xù)航里程。實(shí)現(xiàn)更高效率的關(guān)鍵途徑之一是過(guò)渡到碳化硅MOSFET和800V或以上的高壓車(chē)輛平臺(tái)。2021年，雷諾、比亞迪、通用和現(xiàn)代都宣布了新的800V車(chē)輛平臺(tái)，到2025年，其電力電子器件將采用碳化硅MOSFET。此外，隨著2021年末福特Mach E的發(fā)布，福特也跟隨特斯拉、比亞迪（漢）以及豐田（Mirai）等，在市場(chǎng)上推出了包含碳化硅電力電子器件的電動(dòng)汽車(chē)。

800V平臺(tái)分析

這種轉(zhuǎn)變對(duì)功率模塊封裝材料提出了新的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈冃枰_保15年使用壽命的同時(shí)，提供更高的開(kāi)關(guān)頻率、更高的功率密度和更高的工作溫度。本報(bào)告展示了800V平臺(tái)和采用碳化硅逆變器的技術(shù)前景。隨著半導(dǎo)體芯片功率密度在過(guò)去十年中的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，報(bào)告還進(jìn)一步討論了新的雙面冷卻設(shè)計(jì)、銅線(xiàn)鍵合和引線(xiàn)框架等技術(shù)將如何成為使能者。

充電基礎(chǔ)設(shè)施

管理電動(dòng)交通工具充電為電網(wǎng)帶來(lái)的能源需求增量至關(guān)重要。產(chǎn)業(yè)專(zhuān)家對(duì)電動(dòng)交通工具的廣泛使用將增加多少電力需求的評(píng)估各不相同。據(jù)美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，到2050年，主要源自電動(dòng)交通工具的普及率提高，電力消耗將增長(zhǎng)38%。

據(jù)IDTechEx研究，電動(dòng)交通工具產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持驚人的增長(zhǎng)勢(shì)頭。未來(lái)十年，全球數(shù)百萬(wàn)輛純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力車(chē)輛（包括乘用車(chē)、公共巴士、卡車(chē)和廂式貨車(chē)）將推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求大幅增長(zhǎng)。電氣化轉(zhuǎn)型的收益至少比充電基礎(chǔ)設(shè)施成本高一個(gè)數(shù)量級(jí)，這使其成為政府脫碳目標(biāo)的必要支出。本報(bào)告按地區(qū)提供了公共充電基礎(chǔ)設(shè)施的歷史數(shù)據(jù)，并按功率級(jí)別劃分提供了交流和直流快充基礎(chǔ)設(shè)施的前景。

審核編輯 ：李倩