0
人們總在想象和憧憬：未來的汽車，將會進化成什么樣子？
如果有一個標準答案，那一定是更輕、更快、更智能。
以傳統燃油車為例，它的進化意味著更低的油耗和排放。調查數據顯示，汽車重量每減重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，汽車輕量化是各大車企競相追逐的方向。而新能源時代的到來，又進一步為汽車智能化的演進提供了基礎。
一方面，新能源汽車的動力系統通常占整車總質量的30%～40%，顯著高于傳統燃油車動力系統質量和空間占比。
另一方面，對于新能源汽車而言，輕量化意味著更長的續航里程，續航里程是新能源汽車發展的重要生命線。
在輕量化要求下，新能源汽車賽道有了新的游戲規則和玩法，各種輕量化技術得以登上時代的舞臺，重新解構和演繹自己。
相比傳統的汽車配件，激光雷達等傳感器的搭載使汽車更加智能化，但即便目前車輛上已配備了十數個傳感器，也不能完全解決所有場景的安全問題。
量子傳感器是用量子機制建立極為精密的傳感器，簡單點來理解，相比傳統傳感器，量子傳感器的精度更高，靈敏性更強。
近幾年，隨著技術的迭代，量子傳感器商業化應用的聲浪越來越高，醫學、生物界等領域都開始出現量子傳感器的身影。
在智能化發展的背景下，量子傳感器也加速走向汽車市場，量子傳感器在汽車領域的應用，能為汽車提供“更靈敏的反應”和“視力更強的眼睛”。
此前行業內就有權威專家預測，“未來，量子傳感器將在汽車領域發揮越來越重要的作用。”
但傳統的量子傳感器組件較多，體積和重量較大，搭載在汽車上似乎不太現實。
2019年，麻省理工學院研究人員在硅芯片上創建了基于鉆石的量子傳感器，通過利用常規的制造技術，將眾多傳統的巨大片段壓在幾十分之一毫米寬的正方形上。
歷經三年洗禮，鉆石量子傳感器有了新進展。
近日，東京工業大學研究人員報告了一種基于鉆石量子傳感器的檢測技術，首次將鉆石量子傳感器帶到了電動汽車電池領域。
一般而言，電動汽車是通過分析電池的電流輸出來監控電池中剩余的電量，同時計算剩余的行駛里程，而這一過程往往存在10%的錯誤率，從而導致電池使用效率低下。
基于鉆石量子傳感器的監測技術可以把錯誤率降低到1%，甚至0.11%。
換言之，在該技術下，可以將電動汽車的行駛里程延長10%，或者說，在相同的行駛里程下，能將電池重量減輕10%。
據東京工業大學研究人員所說，鉆石傳感器還可以幫助監測溫度，有助于改善電池控制。
圖源：《Nature》
行業內，固態鋰金屬電池技術被譽為“顛覆性”技術，甚至被稱為動力電池的未來。
什么是固態鋰金屬電池？
與目前市場上電動汽車電池所用的傳統鋰電池不同，一方面，固態鋰金屬電池在負極中用鋰金屬替代了市場上傳統電池所使用的石墨和硅，能達到更高的能量密度；另一方面，使用固體電極和固體電解質取代鋰離子電池中的液體或聚合物凝膠電解質，能防止鋰離子的外漏，從而減少電池短路的發生。
簡單點來講，相比市場上的傳統鋰離子電池，固態鋰金屬電池體積小、重量輕，另外充電更快，電池壽命更長，同時也更安全。
近幾年來，不管是學術界還是資本界，對于固態鋰金屬電池的追捧都可以說是漸趨瘋狂，究其原因在于，其能極大緩解新能源汽車發展過程中的“安全焦慮”和“里程焦慮”，同時也更符合未來電動汽車發展的輕量化趨勢。
但長時間難于攻破的技術難關，使固態鋰金屬電池難于真正走出實驗室。
近年，有好消息陸續傳來。
3分鐘內充滿電，充電循環超1萬次，電池壽命超20年，美國哈佛大學對于固態鋰金屬電池的研究有了新的技術突破。
去年5月，美國哈佛大學就曾公布固態鋰金屬電池的進展，但彼時的技術停留在“10-20分鐘內完全充電，10-15年的電池使用壽命”層面上。
此次固態鋰金屬電池技術新的突破，可以說，直接拉高了電池技術水平的平均線，若真正大規模產業化或將成為解決制約電動汽車發展動力問題的關鍵，進一步賦能電動汽車行業。
目前，固態鋰金屬電池在加速其商業化應用的進程。
據了解，初創公司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，用于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行業深度市場調研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汽車動力電池的發展趨勢。
圖源：TyFast 公司官網
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露在大眾的視野。
近幾年來，車企一邊尋找新的供應商，一邊寄托市場帶來新的“替代品”。
“釩陽極電池”這個新概念也在這個夏季進入人們的視野中。
6月，據外媒報道，TyFast宣布公司開發制造釩陽極電池，并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，支持2萬次充電循環。據了解，該電池仍能提供當前電池80%到90%的能量密度。
首先來了解下什么叫釩陽極電池。
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，釩陽極電池仍屬于鋰離子電池。
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，用于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）制成電池陽極，相比石墨，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）膨脹和收縮小于石墨，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，由于LVO的生命周期更長，因此可以彌補其高成本的缺點。
202年，UCSD納米工程師和Tyfast聯合創始人首次在《自然》雜志上報告了LVO陽極，目前，釩陽極電池的產品仍停留在計劃書上。
隨著技術的迭代，或將在不久后能與市場見面。
圖源：IEEE Spectrum
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，電動化和智能化不斷重塑整個汽車產業形態，然而，當一個新事物出現之后，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，那么依賴高電壓電池的電動汽車在碰撞后是否也會發生觸電事故？此前，行業內就曾出現一波討論熱潮。
相關研究表明，盡管發生幾率很小，但仍存在這個可能。
在電動汽車上，動力電池、驅動電機、高壓配電箱和高壓線束等零部件組成了整車的高壓系統，一般而言，電動汽車的電池電壓在336-800V 區間。
在整車制造中，為了防止高壓觸電，電動汽車會內置觸電保護裝置，在發生碰撞之后，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，并且通過齒輪箱與驅動電機斷開連接。
聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）條例R94規定，在發生碰撞后，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，分別存儲在電容器和電機中的殘余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通過內部機器繞組輔助外部泄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，電路泄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，該技術可以減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。
在電動化和智能化的發展大潮中，碳陶剎車盤的優勢愈發凸顯。
相較傳統用金屬材料制成的傳統剎車盤，碳陶剎車盤更耐高溫、摩擦性能更高且更穩定，在制動系統中，能減少因摩擦導致的發熱，起火事故。
碳陶剎車盤密度更低，在同等尺寸的情況下，碳陶剎車盤在重量上比傳統剎車盤要輕一半以上，碳陶剎車作為電動汽車減重的關鍵零部件，近幾年在市場上屢受追捧。
碳陶剎車片更符合智能化發展趨勢，使用碳陶剎車片能夠顯著提高響應速度，縮短制動距離。
近段時間以來，碳陶剎車盤在汽車市場頻頻被提及，就在前不久，天宜上佳對外宣布，獲得某車企開發定點，即將進入其特定車型碳陶制動盤開發和供應流程。
今年6月，金博股份成為廣汽埃安碳陶制動盤的定點供應商，僅一個月后，再獲比亞迪定點。
近幾年，國內的主機廠紛紛加大對碳陶剎車盤的布局。
其實，碳陶剎車片在市場上出現并不算晚，早在1999年的國際汽車交易會上，碳陶剎車盤就被揭開了神秘的面紗。2021年，特斯拉對外宣布，將為旗下最速量產車Model S Plaid車型提供碳陶瓷剎車套件。
碳陶碳陶剎車盤優勢明顯，但在高昂的成本制約下，難于大規模商業化應用，此前，碳陶剎車片只出現于高端品牌車型上，而如今隨著技術的迭代，成本得以降低，碳陶剎車盤正加速“上車”。
2023年被認為是碳陶剎車盤規模化的元年，招商證券的統計數據顯示，2025 年國內市場有望達到78 億元，2030 年國內市場規模有望超過200 億。
“喝一杯咖啡的時間，電動汽車就能充滿電”，800伏充電系統出現之后，這一愿景正慢慢成為現實。
電動化的趨勢下，催生了大量的里程焦慮，“充電難”問題使一眾消費者對電動汽車望而卻步。
如何提高電池續航能力和充電效率，儼然已迫在眉睫。
在動力電池能量密度短時間內很難出現大幅提升的情況下，玩家們開始寄托于在相同的尺寸下提高電池的電壓或電流，進而實現“超級快充”，其中，800伏充電系統成為提高充電效率的重要載體之一。
目前市場上普遍使用的還是400伏充電系統，800伏充電系統相對來說是一個較新的概念。
所謂800伏充電系統，即是通過加倍的電壓和相同的電流，提高了電池的充電性能和整車運行的效率，在同樣的電池尺寸下，800伏充電系統能將充電時間縮短一半，進而大幅減少電池尺寸和成本。
據了解，使用800伏、350千瓦的充電器，100公里的充電時間僅需5-7分鐘。
800伏充電系統優勢明顯，但要真正大規模投入運用并不是一件容易的事，其面臨成本的難關。
汽車搭載800伏高壓架構時，往往需要對電動汽車的電池包、電驅動、PTC、空調壓縮機、車載充電機等進行重新選型。
其次是相關設施的配備，市場上的充電樁和配電網絡大多與400伏充電系統相匹配，若沒有重新建設或革新就投入使用，會帶來較大的風險。
電動化轉型聲勢浩大，相關汽車零部件供應商也加大對于800伏充電系統布局。
采埃孚去年就開始在中歐量產800伏功率電子，今年加大了對國內市場的投資，今年9月，800伏碳化硅電驅動橋在杭州蕭山工廠正式下線。此前，華為、博格華納、匯川技術等發布了800伏電驅動系統；
奧迪E-tron GT，保時捷Taycan在市場上率先使用800伏充電系統。
國內車企也不甘落后，在去年廣州車展上，比亞迪e平臺3.0、吉利SEA浩瀚平臺等都選擇了800V高壓架構。
800伏充電系統的“超級快充”屬性無疑是電動汽車充電的一大趨勢。
2022年，站在動力電池風口，蔚來和中石化等企業手舉大旗，往換電技術的大道大搖大擺走去，另一條岔路上，寧德時代、特斯拉前仆后繼。
這條岔路就是CTC（Cell to Chassis，無電池包）技術。
在搞明白CTC技術之前，需要先了解下傳統電池包和CTP電池。
傳統的電池包的內在結構是“電芯-模組-電池包”，通過采用大量線纜和結構件進行串聯，在這種結構下，電池包內的空間可利用效率較低，整個動力電池也較笨重。
為了提高電池包內的利用效率，CTP技術應運而生，CTP技術通過把電芯直接集成在電池包內，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技術的集成之作。
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。
相比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，將于2025年前后正式推出高度集成化的CTC電池技術，同年6月，特斯拉對外公布 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，消費者對于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后期維修時不方便拆卸，大大增加維修的費用。
調查數據顯示，“純電動汽車重量每降低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于實驗室階段，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。
雷峰網(公眾號：雷峰網) 雷峰網 雷峰網
雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
