扒一扒讓汽車更輕、更快、更智慧的七大「顛覆性」技術

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人们总在想象和憧憬：未来的汽车，将会进化成什么样子？

如果有一个标准答案，那一定是更轻、更快、更智能。

以传统燃油车为例，它的进化意味着更低的油耗和排放。调查数据显示，汽车重量每减重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，汽车轻量化是各大车企竞相追逐的方向。而新能源时代的到来，又进一步为汽车智能化的演进提供了基础。

一方面，新能源汽车的动力系统通常占整车总质量的30%～40%，显著高于传统燃油车动力系统质量和空间占比。

另一方面，对于新能源汽车而言，轻量化意味着更长的续航里程，续航里程是新能源汽车发展的重要生命线。

在轻量化要求下，新能源汽车赛道有了新的游戏规则和玩法，各种轻量化技术得以登上时代的舞台，重新解构和演绎自己。

钻石量子传感器

相比传统的汽车配件，激光雷达等传感器的搭载使汽车更加智能化，但即便目前车辆上已配备了十数个传感器，也不能完全解决所有场景的安全问题。

量子传感器是用量子机制建立极为精密的传感器，简单点来理解，相比传统传感器，量子传感器的精度更高，灵敏性更强。

近几年，随着技术的迭代，量子传感器商业化应用的声浪越来越高，医学、生物界等领域都开始出现量子传感器的身影。

在智能化发展的背景下，量子传感器也加速走向汽车市场，量子传感器在汽车领域的应用，能为汽车提供“更灵敏的反应”和“视力更强的眼睛”。

此前行业内就有权威专家预测，“未来，量子传感器将在汽车领域发挥越来越重要的作用。”

但传统的量子传感器组件较多，体积和重量较大，搭载在汽车上似乎不太现实。

2019年，麻省理工学院研究人员在硅芯片上创建了基于钻石的量子传感器，通过利用常规的制造技术，将众多传统的巨大片段压在几十分之一毫米宽的正方形上。

历经三年洗礼，钻石量子传感器有了新进展。

近日，东京工业大学研究人员报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，首次将钻石量子传感器带到了电动汽车电池领域。

一般而言，电动汽车是通过分析电池的电流输出来监控电池中剩余的电量，同时计算剩余的行驶里程，而这一过程往往存在10%的错误率，从而导致电池使用效率低下。

基于钻石量子传感器的监测技术可以把错误率降低到1%，甚至0.11%。

换言之，在该技术下，可以将电动汽车的行驶里程延长10%，或者说，在相同的行驶里程下，能将电池重量减轻10%。

据东京工业大学研究人员所说，钻石传感器还可以帮助监测温度，有助于改善电池控制。

固态锂金属电池

行业内，固态锂金属电池技术被誉为“颠覆性”技术，甚至被称为动力电池的未来。

什么是固态锂金属电池？

与目前市场上电动汽车电池所用的传统锂电池不同，一方面，固态锂金属电池在负极中用锂金属替代了市场上传统电池所使用的石墨和硅，能达到更高的能量密度；另一方面，使用固体电极和固体电解质取代锂离子电池中的液体或聚合物凝胶电解质，能防止锂离子的外漏，从而减少电池短路的发生。

简单点来讲，相比市场上的传统锂离子电池，固态锂金属电池体积小、重量轻，另外充电更快，电池寿命更长，同时也更安全。

近几年来，不管是学术界还是资本界，对于固态锂金属电池的追捧都可以说是渐趋疯狂，究其原因在于，其能极大缓解新能源汽车发展过程中的“安全焦虑”和“里程焦虑”，同时也更符合未来电动汽车发展的轻量化趋势。

但长时间难于攻破的技术难关，使固态锂金属电池难于真正走出实验室。

近年，有好消息陆续传来。

3分钟内充满电，充电循环超1万次，电池寿命超20年，美国哈佛大学对于固态锂金属电池的研究有了新的技术突破。

去年5月，美国哈佛大学就曾公布固态锂金属电池的进展，但彼时的技术停留在“10-20分钟内完全充电，10-15年的电池使用寿命”层面上。

此次固态锂金属电池技术新的突破，可以说，直接拉高了电池技术水平的平均线，若真正大规模产业化或将成为解决制约电动汽车发展动力问题的关键，进一步赋能电动汽车行业。

目前，固態鋰金屬電池正在加速其商業化應用的進程。

據了解，新創公司Adden Energy宣布已獲得哈佛大學技術發展辦公室授予的獨家技術許可，用於推進該技術的商業化，其目標是將電池縮小為手掌大小的「軟包電池」。

《2021-2025年全固態金屬鋰電池產業深度市場研究及投資策略建議報告》顯示，預計2025年之前，首批固態鋰金屬電池將進入市場，未來10年，固態鋰金屬電池將是電動車動力電池的發展趨勢。

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”，把汽車動力電池領域的窘境徹底展現在大眾的視野。

近年來，車企一邊尋找新的供應商，一邊寄託市場帶來新的「替代品」。

「釩陽極電池」這個新概念也在這個夏天進入人們的視野。

6月，根據外媒報導，TyFast宣佈公司開發製造釩陽極電池，並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3分鐘內充滿電，支援2萬次充電循環。據了解，該電池仍能提供目前電池80%到90%的能量密度。

首先來了解下什麼叫做釩陽極電池。

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，釩陽極電池仍屬於鋰離子電池。

傳統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，用於陽極的石墨具有平面結構，能在其間自由滑動。

與傳統鋰電子電池不同，TyFast改用鋰釩氧化物（LVO）製成電池陽極，比起石墨，有著兩大優勢。

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）膨脹和收縮小於石墨，這意味著陽極的機械和化學損傷更少，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，由於LVO的生命週期更長，因此可以彌補高成本的缺點。

202年，UCSD奈米工程師和Tyfast聯合創始人首次在《自然》雜誌上報告了LVO陽極，目前，釩陽極電池的產品仍停留在計畫書上。

隨著技術的迭代，或將在不久後與市場見面。

混合放電技術

在全球碳中和的背景下，傳統燃油車在市場的霸主地位逐漸被新能源汽車所撼動，電動化和智慧化不斷重塑整個汽車產業形態，然而，當一個新事物出現之後，與它相關的問題也隨之而來。

依靠燃油發動的傳統燃油車在發生碰撞時會導致汽車起火，那麼依賴高電壓電池的電動車在碰撞後是否也會發生觸電事故？此前，業界就曾出現一波討論熱潮。

相關研究表明，儘管發生幾率很小，但仍有這個可能。

在電動車上，動力電池、驅動馬達、高壓配電箱和高壓線束等零件組成了整車的高壓系統，一般而言，電動車的電池電壓在336-800V 區間。

在整車製造中，為了防止高壓觸電，電動車會內建觸電保護裝置，在發生碰撞之後，汽車的中控系統會切斷相應的高壓電路，具體表現為，當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，並且透過齒輪箱與驅動馬達斷開連接。

聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）條例R94規定，在發生碰撞後，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降至安全水平（60 V）。

然而在現實中，當汽車發生碰撞時，分別儲存在電容器和馬達中的殘餘電能和機械能將在直流母線內保持初始電流水平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生的幾率的技術，相關研究發表在《IEEE電力電子學報》上。

Dr Yihua Hu 與他的研究團隊提出可以透過內部機器繞組輔助外部洩放電路來實現快速和安全的放電，目前已在實驗室的電動機系統上進行的模擬和實驗。

實驗結果表明，電路洩放器和內部機器繞組的組合可以在短短5秒內將直流母線的電壓安全地降低到60 V。

據了解，該技術可以縮小內部機器燒組的尺寸，實現符合輕量化要求且成本低的放電技術，團隊目前正在與Dynex Semiconductor 和Lotus Cars兩個公司合作，在現實世界中測試這項技術。

碳陶刹车盘

在电动化和智能化的发展大潮中，碳陶刹车盘的优势愈发凸显。

相较传统用金属材料制成的传统刹车盘，碳陶刹车盘更耐高温、摩擦性能更高且更稳定，在制动系统中，能减少因摩擦导致的发热，起火事故。

碳陶刹车盘密度更低，在同等尺寸的情况下，碳陶刹车盘在重量上比传统刹车盘要轻一半以上，碳陶刹车作为电动汽车减重的关键零部件，近几年在市场上屡受追捧。

碳陶刹车片更符合智能化发展趋势，使用碳陶刹车片能够显著提高响应速度，缩短制动距离。

近段时间以来，碳陶刹车盘在汽车市场频频被提及，就在前不久，天宜上佳对外宣布，获得某车企开发定点，即将进入其特定车型碳陶制动盘开发和供应流程。

今年6月，金博股份成为广汽埃安碳陶制动盘的定点供应商，仅一个月后，再获比亚迪定点。

近几年，国内的主机厂纷纷加大对碳陶刹车盘的布局。

其实，碳陶刹车片在市场上出现并不算晚，早在1999年的国际汽车交易会上，碳陶刹车盘就被揭开了神秘的面纱。2021年，特斯拉对外宣布，将为旗下最速量产车Model S Plaid车型提供碳陶瓷刹车套件。

碳陶碳陶刹车盘优势明显，但在高昂的成本制约下，难于大规模商业化应用，此前，碳陶刹车片只出现于高端品牌车型上，而如今随着技术的迭代，成本得以降低，碳陶刹车盘正加速“上车”。

2023年被认为是碳陶刹车盘规模化的元年，招商证券的统计数据显示，2025 年国内市场有望达到78 亿元，2030 年国内市场规模有望超过200 亿。

800伏充电系统

“喝一杯咖啡的时间，电动汽车就能充满电”，800伏充电系统出现之后，这一愿景正慢慢成为现实。

电动化的趋势下，催生了大量的里程焦虑，“充电难”问题使一众消费者对电动汽车望而却步。

如何提高电池续航能力和充电效率，俨然已迫在眉睫。

在动力电池能量密度短时间内很难出现大幅提升的情况下，玩家们开始寄托于在相同的尺寸下提高电池的电压或电流，进而实现“超级快充”，其中，800伏充电系统成为提高充电效率的重要载体之一。

目前市场上普遍使用的还是400伏充电系统，800伏充电系统相对来说是一个较新的概念。

所谓800伏充电系统，即是通过加倍的电压和相同的电流，提高了电池的充电性能和整车运行的效率，在同样的电池尺寸下，800伏充电系统能将充电时间缩短一半，进而大幅减少电池尺寸和成本。

据了解，使用800伏、350千瓦的充电器，100公里的充电时间仅需5-7分钟。

800伏充电系统优势明显，但要真正大规模投入运用并不是一件容易的事，其面临成本的难关。

汽车搭载800伏高压架构时，往往需要对电动汽车的电池包、电驱动、PTC、空调压缩机、车载充电机等进行重新选型。

其次是相关设施的配备，市场上的充电桩和配电网络大多与400伏充电系统相匹配，若没有重新建设或革新就投入使用，会带来较大的风险。

电动化转型声势浩大，相关汽车零部件供应商也加大对于800伏充电系统布局。

采埃孚去年就开始在中欧量产800伏功率电子，今年加大了对国内市场的投资，今年9月，800伏碳化硅电驱动桥在杭州萧山工厂正式下线。此前，华为、博格华纳、汇川技术等发布了800伏电驱动系统；

奥迪E-tron GT，保时捷Taycan在市场上率先使用800伏充电系统。

国内车企也不甘落后，在去年广州车展上，比亚迪e平台3.0、吉利SEA浩瀚平台等都选择了800V高压架构。

800伏充电系统的“超级快充”属性无疑是电动汽车充电的一大趋势。

CTC技术

2022年，站在动力电池风口，蔚来和中石化等企业手举大旗，往换电技术的大道大摇大摆走去，另一条岔路上，宁德时代、特斯拉前仆后继。

这条岔路就是CTC（Cell to Chassis，无电池包）技术。

在搞明白CTC技术之前，需要先了解下传统电池包和CTP电池。

传统的电池包的内在结构是“电芯-模组-电池包”，通过采用大量线缆和结构件进行串联，在这种结构下，电池包内的空间可利用效率较低，整个动力电池也较笨重。

為了提高電池包內的利用效率，CTP技術應運而生，CTP技術透過把電芯直接整合在電池包內，形成「電芯-電池包」的內在結構，以此提升電池包的空間利用率，在CTP技術下，電池電量可比傳統電池包增加5%-10%，比亞迪的刀片電池就是CTP技術的整合之作。

CTC技術被認為是CTP技術的進一步集成，所謂CTC技術即是取消PACK設計，直接將電芯或模組直接安裝在車身上，以車身結構充當電池包外殼。

比起CTP電池，CTC電池更加一體化，能以更低的成本實現更長的續航里程，據了解，CTC技術能在CTP技術的基礎上使電池電量再增加5%- 10%。

CTC被認為是未來電池技術路線的重點方向，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，將於2025年前後正式推出高度整合的CTC電池技術，同年6月，特斯拉對外公佈CTC 方案。

目前，CTC技術已進入商業化應用層面，零跑C01率先應用了自研的CTC技術，特斯拉在德國柏林工廠生產的Modle Y也會使用CTC電池（特斯拉稱為結構性電池）。

與資本對CTC技術的熱衷不同，消費者對於CTC技術的發展略有幾分擔憂。

一方面，在CTC技術中，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，更容易出現安全問題，另一方面，CTC電池一體化和集成化的結構在後製維修時不方便拆卸，大大增加維修的費用。

寫在最後

調查數據顯示，“純電動車重量每降低10kg，續航里程可增加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鍵命題，輕量化技術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有些仍停留於實驗室階段，有些已大步走向市場，但在真正大規模量產之前，它們都或將面臨著技術和成本的難關。

但最終“成”或“敗”，市場自然會給出答案。

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