自動車をより軽く、より速く、よりスマートにする 7 つの「破壊的」テクノロジーをご覧ください。

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人々は常に想像し、憧れています。未来の車はどのようなものになるでしょうか?

標準的な答えがあるとすれば、それはより軽く、より速く、よりスマートでなければなりません。

従来の燃料自動車を例に挙げると、その進化は燃料消費量と排出ガスの削減を意味します。調査データによると、車両重量が 30% 軽量化されるごとに、燃費が 20% ～ 24% 向上し、二酸化炭素排出量が 20% 削減されることが示されています。

カーボンニュートラルの文脈において、自動車の軽量化は大手自動車会社が追い求めている方向です。新エネルギー時代の到来により、自動車インテリジェンスの進化の基盤がさらに整いました。

一方で、新エネルギー車の電源システムは通常、車両総質量の 30% ～ 40% を占め、これは従来の燃料自動車の電源システムの質量とスペースの割合よりも大幅に大きくなります。 。

一方、新エネルギー車にとって、軽量化は航続距離の延長を意味し、新エネルギー車開発の重要な生命線となります。

新エネルギー車両トラックは、軽量化の要求のもと、新たなゲームルールとゲームプレイを持ち、様々な軽量技術が時代の舞台に上がり、自らを再構築・解釈することができました。

ダイヤモンド量子センサー

従来のカーアクセサリと比較して、ライダーなどのセンサーを搭載することで車はよりインテリジェントになりますが、たとえ十数個のセンサーを車両に搭載したとしても、それを実現することはできません。あらゆるシナリオにおけるセキュリティ問題を完全に解決します。

量子センサーは、量子メカニズムを使用して非常に高精度のセンサーを構築します。簡単に言うと、量子センサーは従来のセンサーよりも正確で感度が高くなります。

近年、技術の進歩に伴い、量子センサーの商用利用がますます盛んになり、医学や生物学などの分野でも量子センサーが登場し始めています。

インテリジェント開発の文脈において、量子センサーの自動車市場への応用も加速しており、量子センサーを自動車分野に応用することで、自動車に「より敏感な反応」と「より強力な視覚」を提供することができます。

以前、業界の権威ある専門家は、「将来、自動車分野で量子センサーがますます重要な役割を果たすようになる」と予測していました。

しかし、従来の量子センサーには多くのコンポーネントがあり、かさばるし、重量も重いので車に載せるのは現実的ではないと思います。

2019年、MITの研究者らは、従来の製造技術を使用して、従来巨大だった多数のセグメントを直径10分の数ミリメートルの正方形に押し込むことにより、シリコンチップ上にダイヤモンドベースの量子センサーを作成した。

3 年間の洗礼を経て、ダイヤモンド量子センサーは新たな進歩を遂げました。

最近、東京工業大学の研究者らはダイヤモンド量子センサーに基づく検出技術を報告し、ダイヤモンド量子センサーを電気自動車のバッテリー分野に初めて導入しました。

一般に、電気自動車はバッテリーの電流出力を分析することでバッテリーの残量を監視し、同時に残りの走行可能距離を計算しますが、このプロセスの誤差率は 10% であることがよくあります。となり、バッテリーの使用効率が低くなります。

ダイヤモンド量子センサーに基づくモニタリング技術により、エラー率を1%、さらには0.11%まで削減できます。

つまり、この技術により、電気自動車の航続距離を10%延長することができます。言い換えれば、同じ航続距離であれば、バッテリー重量を10%削減することができます。

東京工業大学の研究者らによると、ダイヤモンドセンサーは温度の監視にも役立ち、バッテリー制御の改善にも役立ちます。

全固体リチウム金属電池

業界では、全固体リチウム金属電池技術は「破壊的」技術として歓迎され、未来とも言われています。パワーバッテリーの。

全固体リチウム金属電池とは何ですか?

現在市場で電気自動車用バッテリーに使用されている従来のリチウム電池とは異なり、全固体リチウム金属電池は負極にリチウム金属を使用し、従来の電池で使用されているグラファイトやシリコンの代わりに使用されます。リチウムイオン電池の液体または高分子ゲル電解質の代わりに固体電極や固体電解質を使用すると、リチウムイオンの漏洩を防ぎ、電池の短絡の発生を減らすことができます。 。

簡単に言えば、全固体リチウム金属電池は、市販されている従来のリチウムイオン電池と比較して、サイズが小さく、重量が軽いだけでなく、充電が速く、電池寿命が長く、より安全です。

近年、学界や財界を問わず、全固体リチウム金属電池の追求はますます熱狂的になっていると言えます。 「安全性への不安」と「航続距離への不安」も、将来の電気自動車開発の軽量化の傾向とより一致しています。

しかし、長い間克服することが困難であった技術的困難により、全固体リチウム金属電池が実際に実験室から出荷されることが困難になっています。

近年、朗報が相次いでいる。

3分以内にフル充電、充電サイクル10,000回以上、電池寿命20年以上 米国ハーバード大学は全固体リチウム金属電池の研究で新たな技術的進歩を遂げた。

昨年5月、米国のハーバード大学が全固体リチウム金属電池の進歩を発表しましたが、当時の技術は「10～20分以内にフル充電すれば電池が使える」というレベルに止まっていました。寿命は10～15年」。

全固体リチウム金属電池技術の新たなブレークスルーは、電池技術の平均レベルを直接引き上げたと言えるが、本当に大規模に工業化されれば、問題解決の鍵となる可能性がある電気自動車の開発を制限し、電気自動車業界をさらに活性化します。

現在、全固体リチウム金属電池の実用化が加速しています。

スタートアップのAdden Energyが、電池を手のひらサイズに小型化することを目標に、技術の商業化を進めるためにハーバード大学技術開発局から独占的な技術ライセンスを取得したと発表したことがわかった。 「ソフトパックバッテリー」。

「2021-2025年の全固体金属リチウム電池業界の徹底した市場調査および投資戦略提案レポート」では、全固体リチウム金属電池の最初のバッチが2025年までに市場に投入される予定であることが示されています。今後 10 年間、全固体リチウム金属電池が電気自動車用動力電池の開発トレンドとなるでしょう。

バナジウム負極電池

2022年世界電力電池会議で、GACグループ会長の曽慶紅氏は、「私はCATLのために働いている」と述べ、自動車用パワーバッテリー分野では、このジレンマが一般の人々の目に完全にさらされています。

近年、自動車会社は市場がもたらす新しい「代替品」に依存しながら、新たなサプライヤーを探しています。

「バナジウム負極電池」という新しいコンセプトもこの夏、注目を集めています。

海外メディアの報道によると、6月、TyFastはバナジウム負極電池を開発・製造したことを発表し、バナジウム負極電池は通常のリチウムイオン電池より20倍速く充電でき、寿命を延ばすことができると述べた20。 3 分以内に完全に充電され、20,000 回の充電サイクルをサポートします。このバッテリーは、現在のバッテリーの 80% ～ 90% のエネルギー密度を依然として提供できることが理解されています。

まず、バナジウム負極電池とは何かを理解しましょう。

昨年話題を呼んだバナジウム電池（オールバナジウムレド​​ックスフロー電池）とは異なり、バナジウム負極電池は依然としてリチウムイオン電池です。

従来のリチウムイオン電池の充電時間は、負極に出入りするリチウムイオンの速度に影響されます。負極に使用されているグラファイトは平面構造をしており、負極間を自由に滑ります。

従来のリチウム電子電池とは異なり、TyFast は電池の負極の製造に酸化バナジウム リチウム (LVO) を使用します。これにはグラファイトに比べて 2 つの大きな利点があります。

一方、リチウムバナジウム酸化物(LVO)の伝達速度はグラファイトの10倍であり、充電時間を大幅に短縮します。その一方で、充放電中、リチウムバナジウム酸化物(LVO)は、 ) グラファイトよりも膨張と収縮が少ないため、アノードへの機械的および化学的損傷が少なくなり、バッテリー寿命が延びます。

しかし、バナジウムアノードバッテリーにも欠点があります。グラファイトと比較すると、同じ質量の LVO に含まれるイオンの量が少なくなります。 、およびより高価で、グラファイト陽極の約 2 倍高価です。しかし、研究チームは、LVO はライフサイクルが長いため、その高いコストを補うことができると考えています。

2020 年に、UCSD のナノエンジニアと Tyfast の共同創設者が初めて LVO 負極を Nature 誌に報告しましたが、現在、バナジウム負極電池の製品化が計画中です。

テクノロジーの反復により、近い将来、市場に対応できるようになるかもしれません。

ハイブリッド放電技術

世界的なカーボンニュートラルの文脈において、市場における従来の燃料自動車の優位性は、新エネルギー車によって徐々に揺さぶられつつあります。電動化とインテリジェンスにより、自動車全体が再形成され続けています。しかし、産業形態は、新しいものが登場すると、それに伴う問題も生じます。

燃料に頼って走行する従来の燃料自動車は、衝突時に車両火災を引き起こす可能性がありますが、高電圧バッテリーに依存する電気自動車も衝突後に感電するのでしょうか?以前、業界では議論の波があった。

関連する研究では、発生確率は低いものの、依然として発生する可能性があることが示されています。

電気自動車では、動力バッテリー、駆動モーター、高電圧配電ボックス、高電圧ワイヤーハーネスなどのコンポーネントが車両全体の高電圧システムを形成しています。 336 ～ 800V の範囲にあります。

車両製造では、高電圧の感電を防ぐために、電気自動車には感電保護装置が組み込まれており、衝突後、車両の中央制御システムが対応する高電圧回路を遮断します。具体的には、車の電源の活線と中性線の電流が等しくない場合、回路ブレーカーが直ちに作動し、バッテリーが他のコンポーネントから切り離され、ギアボックスを介して駆動モーターから切り離されます。

国連欧州経済委員会 (UNECE) 規則 R94 では、衝突後、バッテリー自体以外の車両コンポーネントの電圧を 1 分以内に安全レベル (60 V) に下げる必要があると規定しています。 。

しかし、実際には、自動車が衝突すると、コンデンサとモーターにそれぞれ蓄えられた残留電気エネルギーと機械エネルギーにより、DC バスの初期電流レベルが 5 分以上維持されます。これは、単に違反するだけでなく、高電圧の安全要件だけでなく、感電の可能性も高まります。

今年 7 月、英国ヨーク大学准教授のイーフア・フー博士とその研究チームは、このような事態が起こる可能性を大幅に減らすことができる技術を提案しました。 「パワーエレクトロニクスに関するIEEEトランザクション」。

Yihua Hu 博士と彼の研究チームは、機械の内部巻線を介して外部放電回路を補助することで、高速かつ安全な放電を実現できると提案し、実験室でモーター システムのシミュレーションと実験が行われました。

実験結果は、回路ブリーダと内部機械巻線の組み合わせにより、わずか 5 秒で DC バスの電圧を 60 V まで安全に下げることができることを示しています。

この技術は、機械内部の燃焼グループのサイズを縮小し、軽量かつ低コストの放電技術を実現できると考えられており、チームは現在、Dynex Semiconductor と Lotus Cars の 2 社と共同で実際の開発に取り組んでいます。世界中でこのテクノロジーをテストしています。

カーボンセラミックブレーキディスク

電動化とインテリジェンスの発展傾向において、カーボンセラミックブレーキディスクの利点はますます顕著になってきています。

カーボンセラミックブレーキディスクは、従来の金属材料で作られたブレーキディスクと比較して、高温に強く、摩擦性能が高く、安定性が高く、ブレーキシステムにおいて摩擦による熱や火災を軽減することができます。 。 事故。

カーボン セラミック ブレーキ ディスクの密度は低くなります。同じサイズで、カーボン セラミック ブレーキ ディスクは従来のブレーキ ディスクよりも半分以上軽いです。カーボン セラミック ブレーキは、電気自動車の軽量化の重要なコンポーネントです。近年市場で人気があります。

カーボン セラミック ブレーキ パッドは、インテリジェント開発のトレンドにより沿っており、カーボン セラミック ブレーキ パッドを使用すると、応答速度が大幅に向上し、制動距離を短縮できます。

最近、自動車市場ではカーボンセラミックブレーキディスクが頻繁に話題になっていますが、つい最近、天一商家は自動車会社から開発指定を受け、間もなくカーボンセラミックブレーキディスクに参入すると発表しました。特定のモデル向けのダイナミックディスクの開発と供給プロセス。

今年6月、神保株式会社はGAC Aianカーボンセラミックブレーキディスクの指定サプライヤーとなり、わずか1か月後に再びBYDの指定を受けました。

近年、国内OEM各社はカーボンセラミックブレーキディスクの採用を増やしています。

実は、カーボン セラミック ブレーキ パッドが市場に登場するのは遅くなく、1999 年の国際自動車見本市で、カーボン セラミック ブレーキ パッドの謎のベールが明らかになりました。テスラは2021年に、最速の量産車であるモデルSプレイドにカーボンセラミックブレーキキットを提供すると発表した。

カーボンセラミックブレーキディスクには明らかな利点がありますが、コストの制約が大きいため、商業的に大規模に適用するのは困難です。以前は、カーボンセラミックブレーキパッドはハイエンドブランドのモデルにのみ登場していましたが、現在は技術の進歩によりコストは削減され、カーボンセラミック ブレーキ ディスクの自動車への使用が加速しています。

2023年はカーボンセラミックブレーキディスクの規模拡大元年と考えられており、中国招商証券の統計によると、2025年の国内市場は78億元に達し、国内市場規模は78億元を超えると予想されています。 2030年には200億元。

800ボルト充電システム

「コーヒーを飲むのにかかる時間で電気自動車をフル充電できる」 800ボルト充電システムの登場以降、ビジョンは徐々に現実になりつつあります。

電動化の傾向は走行距離に対する大きな不安を引き起こし、「充電の難しさ」の問題により多くの消費者が電気自動車を敬遠しています。

バッテリー寿命と充電効率を改善する方法が急務です。

パワーバッテリーのエネルギー密度を短期間で大幅に高めることは難しいため、プレーヤーは「超急速充電」を実現するために、同じサイズの下でバッテリーの電圧または電流を増やすことに依存し始めています。中でも800ボルト充電システムは充電効率を向上させる重要なキャリアの一つとなっています。

現在、市場では 400 ボルトの充電システムが依然として一般的に使用されており、800 ボルトの充電システムは比較的新しい概念です。

いわゆる 800 ボルト充電システムは、同じ電流で電圧を 2 倍にすることで、バッテリーの充電性能と車両の動作効率を向上させます。同じバッテリー サイズでは、800 ボルト充電システムはこれにより、充電時間が半分に短縮され、バッテリーのサイズとコストが大幅に削減されます。

800 ボルト、350 キロワットの充電器を使用すると、100 キロメートルの充電にかかる時間はわずか 5 ～ 7 分であることがわかります。

800 ボルト充電システムには明らかな利点がありますが、大規模に使用するのは簡単ではなく、コストの問題に直面しています。

自動車に 800 ボルトの高電圧アーキテクチャが搭載されている場合、多くの場合、バッテリー パック、電気駆動装置、PTC、エアコン コンプレッサー、車載充電器などを再選択する必要があります。電気自動車の。

2 つ目は、関連施設の設備です。市販されている充電杭や配電網のほとんどは 400 ボルト充電システムに適合しており、再構築や革新を行わずに使用できれば、より大きなリスク。

電化変革は勢いを増しており、関連する自動車部品サプライヤーも 800 ボルトの充電システムの導入を増やしています。

ZF は昨年、中央ヨーロッパで 800 ボルトのパワーエレクトロニクスの量産を開始し、今年は国内市場への投資を拡大し、今年 9 月には 800 ボルトの炭化ケイ素電気ドライブアクスルが正式に出荷されました。杭州蕭山工場の生産ライン。これまでに、ファーウェイ、ボルグワーナー、イノヴァンス・テクノロジーなどが800ボルトの電気駆動システムをリリースしており、アウディ E-tron GTとポルシェ・タイカンが初めて市場で800ボルトの充電システムを使用しました。

国内自動車会社も遅れを取っておらず、昨年の広州モーターショーでは、BYD e-プラットフォーム 3.0、吉利 SEA Haohan プラットフォームなどはすべて 800V 高電圧アーキテクチャを選択しました。

800 ボルト充電システムの「超急速充電」特性は、間違いなく電気自動車充電の主要なトレンドです。

CTC テクノロジー

2022 年、Weilai や Sinopec などの企業がパワーバッテリー市場の最前線に立ち、バナーを掲げてバッテリー交換技術の道に向かって闊歩しています。寧徳時報とテスラが次々とやって来る。

この分岐点は CTC (Cell to Chassis、バッテリーパックなし) テクノロジーです。

CTC テクノロジーを理解する前に、まず従来のバッテリー パックと CTP バッテリーについて理解する必要があります。

従来のバッテリーパックの本質的な構造は、多数のケーブルと構造部品を使用して直列に接続された「セル-モジュール-バッテリーパック」です。この構造では、バッテリーパック内のスペースが必要になります。低コストになり、電源バッテリー全体も大きくなります。

バッテリーパックの利用効率を向上させるために、バッテリーセルをバッテリーパックに直接統合して「セル-バッテリーパック」の内部構造を形成し、それによってスペースを増加させるCTP技術が登場しました。 BYD のブレード バッテリーは、CTP テクノロジーにより、従来のバッテリー パックと比較してバッテリー電力の利用率を 5% ～ 10% 向上させることができます。

CTC 技術は、CTP 技術をさらに統合したものと考えられており、いわゆる CTC 技術は、PACK 設計をキャンセルし、セルまたはモジュールを車体に直接取り付け、車体構造を車体構造として利用します。バッテリーパックのシェル。

CTP バッテリーと比較すると、CTC バッテリーは集積度が高く、低コストでより長い航続距離を達成できます。CTC テクノロジーは、CTP テクノロジーに基づいてバッテリー電力をさらに 5% - 10% 増加させることができると理解されています。

CTC は将来のバッテリー技術路線の重要な方向性であると考えられており、さまざまな企業がそれを追求するために競い合っています。

昨年 1 月の第 10 回世界新エネルギー車会議で、CATL は 2025 年頃に高度に統合された CTC バッテリー技術を正式に発売することを明らかにしました。同年 6 月、テスラは CTC 計画の発表を発表しました。

現在、CTC技術は商業応用レベルに入っている。Leapao C01は、自社開発のCTC技術を初めて適用したものである。ドイツのベルリン工場で生産されるTeslaのModel YもCTC電池を使用する予定である(Teslaは構造上の理由からCTC電池を使用すると述べた)電池）。

資本の CTC 技術に対する熱意とは異なり、消費者は CTC 技術の発展に対して若干の不安を抱いています。

CTC 技術では、バッテリー コアが衝突力に直接関与するため、モジュールやバッテリー パックが保護されていない場合、安全上の問題が発生する可能性が高くなります。バッテリーの統合と統合 化学構造は後のメンテナンス時に分解するのが不便であり、メンテナンスのコストが大幅に増加します。

最後に書きます

「純電気自動車の重量が10kg軽くなるごとに、航続距離が2.5km伸びる」という調査データもある 新エネルギー車市場多くのプレーヤーが競争する中で、「軽量化」がすべての新エネルギー車企業の重要な命題となっている。それは、軽量化技術が間違いなく新エネルギー車の戦いにおける最大の武器であるということである。

上記のテクノロジーの中には、まだ実験段階にあるものや、市場に向けて大きな進歩を遂げたものもありますが、大規模に量産される前に、それらはすべて技術的および課題に直面する可能性があります。コストの問題。

しかし、最終的に「成功」​​か「失敗」かは、市場がおのずと答えを出してくれます。

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