電動汽車全球市場

汽車是交通運(yùn)輸市場最大的細(xì)分領(lǐng)域，全球每年銷售量可以達(dá)到約8000~9000萬輛。全球大約有11億輛汽車在道路上穿梭，貢獻(xiàn)了巨大的道路排放，這使得該行業(yè)成為節(jié)能減排政策制定者關(guān)注的焦點。

電動汽車的誕生可以追溯到一百年前，不過，我們今天所熟知的電動汽車市場自2011年左右才開始迎來快速發(fā)展。由于其規(guī)模，汽車市場為電動汽車供應(yīng)鏈廠商帶來了巨大商機(jī)，包括從先進(jìn)材料到電池組、電力電子和電機(jī)等。此外，無論是在技術(shù)、監(jiān)管還是商業(yè)模式方面，它們推動了創(chuàng)新的快速發(fā)展，使其他交通運(yùn)輸領(lǐng)域的電氣化成為可能。英國知名研究公司IDTechEx最新發(fā)布的這份電動汽車技術(shù)及市場報告，旨在幫助客戶深入了解電動汽車產(chǎn)業(yè)的最新技術(shù)和市場趨勢。

IDTechEx跟蹤的其他電氣化交通工具包括貨車、卡車、公共汽車、兩輪車、工程車、海運(yùn)和飛行器等。

2021年，全球電動汽車銷量飆升至640萬輛以上，IDTechEx預(yù)計2022年的銷量將超過900萬輛。不過，該領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)依然存在，例如芯片短缺和新冠疫情造成的制造中斷等。關(guān)鍵原材料的短缺已現(xiàn)端倪，特別是碳酸鋰。盡管這些挑戰(zhàn)可能會影響電氣化轉(zhuǎn)型的時間表和步伐，但主要汽車市場正朝著一個方向堅定發(fā)展：通過電動汽車實現(xiàn)脫碳。

供應(yīng)鏈短缺

本報告提供了詳細(xì)的區(qū)域（美國、中國、挪威、英國、法國、德國、荷蘭、丹麥、世界其他地區(qū)）分析和技術(shù)預(yù)測。技術(shù)覆蓋范圍包括：純電動汽車（BEV）、混合動力汽車（PHEV和HEV）和燃料電池汽車（FCEV）；各等級自動駕駛技術(shù)（L2、L3、L4）；鋰離子電池（NMC、NCA、LFP、硅、固態(tài)）；電機(jī)（PM、WRSM、ACIM、軸向磁通、輪內(nèi)）；電力電子（SiC、Si IGBT）；高壓電纜和充電基礎(chǔ)設(shè)施。

美國電動汽車OEM市場份額（樣刊模糊化）

隨著續(xù)航里程成為電動汽車實現(xiàn)差異化的關(guān)鍵參數(shù)之一，新的動力傳動系統(tǒng)正走在最前沿。該報告詳細(xì)介紹了800V平臺、碳化硅逆變器、更高效的電機(jī)系統(tǒng)和直流快充等技術(shù)的興起。

燃料電池

本報告揭示了燃料電池在汽車市場的進(jìn)展和機(jī)遇，并提供了20年期的全球預(yù)測。在車輛內(nèi)部署燃料電池不是一個新概念。包括豐田、福特、本田、通用、現(xiàn)代、大眾、戴姆勒和寶馬在內(nèi)的主要汽車制造商在過去30年中投入了大量資金來推進(jìn)這項技術(shù)。對于乘用車而言，燃料電池的開發(fā)投入了大量的精力和費(fèi)用，但在2021年，只有豐田和現(xiàn)代兩大汽車制造商生產(chǎn)了燃料電池汽車，整個2021年，燃料電池汽車的銷量不足20000輛。

燃料電池汽車的部署面臨著相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，包括降低燃料電池系統(tǒng)組件的成本，以及建設(shè)足夠的氫燃料補(bǔ)充基礎(chǔ)設(shè)施等。同樣重要的是廉價“綠色”氫能源（通過使用可再生電力電解水而產(chǎn)生）的供應(yīng)，IDTechEx在本報告中重點強(qiáng)調(diào)了這一點，這對于燃料電池汽車獲得環(huán)境認(rèn)可至關(guān)重要。

燃油和氫能補(bǔ)能成本分析

自動駕駛

“自動駕駛汽車”（AV）根據(jù)國際汽車工程師學(xué)會（SAE）的定義可以分為六個級別。如今，大多數(shù)新發(fā)布的車型都帶有l(wèi)evel 2級自動駕駛功能，一旦監(jiān)管障礙消除，汽車行業(yè)在技術(shù)上已經(jīng)為level 3級做好了準(zhǔn)備。

近年，雷達(dá)、激光雷達(dá)、高清攝像頭和軟件等自動駕駛技術(shù)的突破進(jìn)展將機(jī)器人出租車推向了市場準(zhǔn)備階段?，F(xiàn)在，法規(guī)障礙已經(jīng)消除，Waymo、Cruise和其他公司的自動駕駛路試，正在轉(zhuǎn)向自動駕駛服務(wù)。IDTechEx的預(yù)測，揭示了這些服務(wù)將如何在20年內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。

有些地區(qū)甚至已經(jīng)在推動level 4級自動駕駛，不過，大多數(shù)仍然來自初創(chuàng)企業(yè)，并處于試驗階段?？傮w而言，報告研究發(fā)現(xiàn)自動駕駛將成為一項極具顛覆性的技術(shù)，在未來20年內(nèi)將以高達(dá)47%的速度快速增長，進(jìn)而變革汽車市場。

先進(jìn)鋰離子電芯和電池組

基于石墨陽極和層狀氧化物陰極（NMC，NCA）的鋰離子電池，占據(jù)了電動汽車市場的大部分份額。然而，隨著它們開始逐漸達(dá)到性能極限，以及環(huán)境和供應(yīng)風(fēng)險的凸顯，鋰離子電池的改進(jìn)和替代正變得越來越重要。本報告總結(jié)了先進(jìn)電池技術(shù)的趨勢和發(fā)展，包括鋰離子電池設(shè)計、硅陽極和固態(tài)電池等。

先進(jìn)鋰離子電池技術(shù)包括硅和鋰金屬陽極、固體電解質(zhì)、高鎳陰極以及其他各種電池設(shè)計。鑒于電動汽車市場，特別是純電動汽車在電池需求方面的重要性，預(yù)計鋰離子電池將保持其主導(dǎo)地位。本報告重點探討了陰極和陽極的選擇、電池設(shè)計的改進(jìn)和能量密度的提高等關(guān)鍵問題。

影響電動汽車?yán)m(xù)航的關(guān)鍵

報告還討論了電池組的發(fā)展趨勢。組裝電池組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。報告討論了業(yè)界朝著更大電池電芯和非模塊化電芯到電池組設(shè)計的總體趨勢，預(yù)計這些趨勢將減少電芯和模塊之間的連接、母線和電纜數(shù)量。

電力電子

在汽車電力電子系統(tǒng)（逆變器、車載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器）中，為了提高動力傳動系統(tǒng)的效率，正在進(jìn)行關(guān)鍵改進(jìn)，以減少電池組容量需求或提高續(xù)航里程。實現(xiàn)更高效率的關(guān)鍵途徑之一，是轉(zhuǎn)向碳化硅MOSFET和800V以上高壓平臺。隨著雷諾、比亞迪、通用汽車和現(xiàn)代汽車宣布它們的800V車輛平臺到2025年將在其電力電子器件中應(yīng)用碳化硅MOSFET，這一趨勢正在加快。

這種轉(zhuǎn)變對功率模塊封裝材料提出了新的挑戰(zhàn)，因為需要更高的開關(guān)頻率、更高的功率密度和更高的工作溫度，同時還要保證15年的使用壽命。本報告介紹了800V平臺和采用碳化硅逆變器的技術(shù)前景。此外，隨著半導(dǎo)體芯片功率密度過去十年來取得的指數(shù)級增長，報告還進(jìn)一步討論了新的雙面冷卻設(shè)計、銅鍵合和引線框架如何作為賦能者興起。

電機(jī)

如今，電機(jī)市場仍在不斷發(fā)展，新設(shè)計涌現(xiàn)，功率和扭矩密度不斷提高，所用材料也得到了更多的考量。這些不僅僅是通過軸向磁通電機(jī)，以及原始設(shè)備制造商完全取消稀土等漸進(jìn)式的改進(jìn)。

電機(jī)有幾個關(guān)鍵性能指標(biāo)。功率和扭矩密度的改善，能夠以更小、更輕的封裝實現(xiàn)更好的駕駛動態(tài)性能，而重量和空間對于電動汽車來說都非常重要。另一個關(guān)鍵指標(biāo)是驅(qū)動循環(huán)效率。提高效率意味著在車輛加速時，電池中存儲的寶貴能量浪費(fèi)得更少，從而在相同電池容量下提高行駛里程。由于電機(jī)設(shè)計存在很多不同的考量因素，因而電動汽車市場采用了幾種不同的解決方案，包括永磁電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)。

電機(jī)類型概覽

本報告揭示了電機(jī)技術(shù)、功率和扭矩密度以及材料利用方面的趨勢。報告通過汽車制造商應(yīng)用案例，并按電機(jī)類型（永磁電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)、輪內(nèi)電機(jī)和軸向磁通電機(jī)）細(xì)分的技術(shù)展望，闡明了電動汽車市場的上述趨勢。

審核編輯 ：李倩