电动汽车七大核心技术终极判断：电动汽车2035

电动汽车技术2035年前瞻

电动汽车技术的分层电动汽车核心技术可分为三大层级，每个层级又可分为两个主干技术，合计共七大主干技术。

底层技术：

1.电池及能源技术

2.电机、驱动及传动技术

混动和增程技术

车身结构及成型技术：

车身材料及工艺技术
车身结构及电池仓位技术

嫁接而来的信息化技术

6.自动驾驶及主动安全技术

多媒体及多功能技术

二、2035年电动汽车性能的基本样貌

2.1乘用车主要的性能指标：

2.1-1包括A0、A、B、C、D五个级别的电动乘用车，其实际工况续航里程不低于600公里。

2.1-2车辆的整备质量与当前的加满油的燃油车持平，电动汽车自重偏高问题将不复存在。

2.1-3行驶能耗大幅度下降，A、B、C、D级车的城市工况百公里耗电将降到8、10、12、14kwh。

2.1-4电池箱实现标准化，使用寿命可达60万公里以上，不仅不同车辆可以互换，而且车辆报废后电池还可以继续使用，大部分私家车都无需购买电池，而是裸车销售、电池租赁将成为主流模式。

2.2城市物流车（4.5吨级）的主要性能指标：

2.2-1城市工况下满载的百公里耗电从目前的30kwh左右降到20kwh以下。

2.2-2续航里程大于400公里，无论冬夏春秋都可以跑满一个班，无须中途充换电。

2.2-3车辆的整备质量（包括电池）不高于同类燃油汽车，可载质量不比燃油车缩水。

2.2-4由于结构优化，使货箱容积比同类燃油车辆增加15-20%，可增加约20%的车辆运输收入。

2.3重卡自卸车（31t）、重卡长途运输车（49t）的主要性能指标：

2.3-1满载百公里耗电从目前的150~200kwh降到80~100kwh，使燃料费比现在的电动重卡下降近一半，每年行驶15万km可比同规格燃油车辆节省燃料费25~30万元，完全替代燃油重卡已不存在任何障碍。

2.3-2纯电续航里程400km以上，确保一个整班的需要；增程式续航里程1000公里以上，可确保一整天不间断的长途运输。

2.3-3整备质量（含电池）与同规格燃油车持平，可载质量不下降。

2.3-4电池成本大幅度下降，使整车售价显著低于同规格欧美品牌的燃油汽车价格。

三、电动汽车2035七大主干技术的迭代目标

3.1电动汽车七大主干技术之一：电池及能源技术的迭代目标

车辆作为人或物品的运输工具，都需要使用能源来进行动力驱动，传统车辆使用的是燃料油，而电动汽车使用的是电能作为能源。在用电能驱动的车辆里，能源的供应形式可分为以下几种：

（1）用可重复充电的蓄电池作为能源供应。

（2）用氢燃料电池作为能源供应。

（3）用超级电容作为能源供应。

（4）用接触式导线输入能源供应。

在以上四种能源解决方式中，哪一种有希望成为电动汽车终极电源技术呢？根据20年来技术进展态势来判断，四种电能解决方式并不存在某一种方式独占市场的趋势，更有可能是在不同的细分市场中四种技术路线各有千秋、形成长期共存的局面，但是相对而言，超级电容的占比不会超过1%，氢燃料电池由于是分子态燃料，无法与智慧城市、智慧交通体系兼容，它的应用场景仅限于远离城市的封闭区域，而蓄电池和接触式供电技术路线将在绝大多数场景成为主流配置。蓄电池作为电动汽车能源的解决方案，已经在商业化道路上取得了很大进展，用蓄电池作为能源供给的车辆，在2022年的中国乘用车渗透率已经超过了20%，预计到2025年可超过50%，年上牌数量有望达到800万辆。

3.1-1蓄电池技术2035年的终极目标：

(1)单体电池能量密度达到500wh/kg左右、电池系统能量密度达到300wh/kg以上，使电池系统重量在不超过整备质量20%情况下，可提供实际工况下乘用车600km、轻卡500km、重卡400km以上的续航里程，以满足无忧的行驶需要。

(2)电池系统的循环寿命达到3000次，可为不同类别的车辆提供全寿命周期使用，用户在车辆报废前不需要更换和购买新电池。

(3)可耐受1C倍率充放电，可在紧急情况下通过迅速补电，快速获得超长的续航里程。

(4)应确保电池系统在任何情况下不发生起火、爆炸，其安全性应超过燃油汽车的水平。

(5)电池的高低温优良性能应覆盖-30到60℃区间，在此范围内，电池电量的衰减不应超过20%。

(6)单体电池的量产成本不应超过胶体铅酸电池的1.5倍，按照当前价格作为参考，不应高于750元/kwh。

3.1-2蓄电池技术迭代的展望和预测：

（1）蓄电池材料体系技术创新和升级的方向：

①磷酸铁锂材料体系的迭代方向是磷酸锰铁锂的材料组合，可将电压平台从3.2V提高到3.8V，从而提高能量密度。但锰元素的加入会使电池的一致性变差、循环寿命下降，必须解决这些难题，才有可能全面替代目前的磷酸铁锂，但不可能成为500wh/kg目标的竞争者。

②三元（镍钴锰）材料体系，迭代方向是低钴高镍，可将能量密度提高到300wh/kg，但安全风险增大，不彻底解决安全风险，这个方向也不会有大作为。

③钠离子电池，正极材料储量大、安全性好、成本低，但是能量密度很难超过200wh/wh，从目前的技术进展来看，钠离子电池作为储能电池和对铅酸电池替代，具有极其光明的前景，但在动力电池领域，它还不具有颠覆性意义。

④锰酸锂、钛酸锂等正极材料，以及钒电池等非锂材料体系，都可在某一方面表现出优越的性能，但是又存在致命短板。当年董明珠收购珠海银隆时，就是只偏听偏信了钛酸锂电池优势，而不了解钛酸锂电池的劣势，造成了投资失误。所以，综合判断，包括锰系、钛系、钒系在内的电池，都不太可能成为电池技术的迭代方向。

⑤在负极材料方面，最有前景的是石墨烯材料和硅材料，可大幅度提高能量密度。但这两种材料都有一个致命的弱点，就是反复充放电后，体积会膨胀3倍以上，造成电池的损毁。目前的升级方向是碳纳米管和硅纳米丝的制备，应用这两种新材料，会显著提高电池的能量密度。因此，对这方面的研究应给予很高的期望。

⑥固态电池是在原理上对液态电解液电池完成颠覆性创新的电池技术，目前美国、欧洲、日本、韩国和中国的研究机构都集中力量朝这个方向进行攻关，仅中国就有不少于50个团队在研究固态、半固态电池，最大的难点就是枝晶生长和正负极界面的钝化问题，现有的成果都表现为高能量密度与循环寿命不可兼得，或者用稀缺材料可获得能量密度与循环寿命较高的产品，但成本高的离谱，无法商业化应用。但瑕不掩瑜，国内ZF技术团队的无锂、无氧化物的固态电池已经通过中试，一种不用锂元素和氧化物的高能量密度、高循环寿命、高安全性、低成本的新型固态电池已经驶入通向量产的道路上了。

结论：高镍三元正极材料+硅纳米丝+辅助电池安全技术，可以在未来10年内提供出能量密度300~400wh/kg的量产电池，而能量密度达到500wh/kg的量产电池，只能寄希望于固态电池，尤其是非锂固态电池，在这个技术方向，国内的ZF研发团队的成果极有可能登峰问鼎。

（2）单体蓄电池生产工艺的创新和趋势：目前，单体蓄电池的生产主要有四种工艺路线：

①电芯卷绕封装成圆柱电池。

②电芯卷绕封装成方型铝壳电池。

③电芯叠片封装成铝壳电池。

④电芯叠片封装成软包电池。从当前各种工艺路线的电池表现来看，软包电池由于更容易鼓包、漏液，其市场的占比逐渐缩小，圆柱和方型铝壳电池占比越来越大。

在电池和电池系统的结构上，特斯拉曾经主导过3次创新，第一次是平铺在车辆底盘下的电池系统结构方式，并被广泛模仿；第二次是圆柱单体电池的全极耳结构，使圆柱电池的特性得到了增强，也被业界迅速模仿；第三次是推出4680电池，在更强的安全措施增大了单体电池容量，降低了并串难度，但这并不是真正的结构创新，而且随着电芯直径的增大，良品率随之下降，4680无法成为单体电池技术的里程碑。

单体电池结构技术创新的趋势是：兼具刀片电池与4680全极耳电池优势为一身的高安全性、高一致性、低内阻的卷绕全极耳电芯与方型铝壳组成的大单体将成为单体电池更优越的解决方案。该技术为清华大学HZ团队开发，这种电池的每个电芯都用耐高温套管隔离，并内置低温熔断保险丝，不仅内阻极低，一致性、可靠性更好，而且制造成本也更低廉，更重要的是它将成为永久不会燃烧的电池，使电池热失控的概率降低为零，电动汽车安全问题将彻底解决。

3.1-3氢燃料电池技术的发展前景展望：氢燃料电池技术一度被认为是新能源汽车的终极技术，而用蓄电池来驱动车辆则被认为是过渡技术。现在看来，上述看法已经落伍了，不仅因为氢能源技术在市场竞争中已经成为“扶不起的阿斗”，自己在与蓄电池车辆的对抗中败下阵来，而且在技术升级的空间上，纯电车辆的技术天花板远远没有到来，还有巨大的升级潜力，纯电技术路线在商业化发展道路上的奔跑速度比氢能源更快，差距越来越大。更重要的是，氢能源与石油、煤炭一样是分子态能源，必须通过实物运输才能满足供应要求，从这个意义上说，氢能源是上个世纪的能源，不属于新能源，而蓄电车辆使用的是离子态能源，靠导线就可输送，并可以与智慧城市、智慧交通体系、无人驾驶等无缝对接，所以，将氢能源视为新能源汽车终极技术的观点已经过时了。到2035年，氢能源的应用场景将只限于不宜于充电、换电的领域，比如内河船舶、远洋运输船舶和矿区的巨型矿车等。

3.1-4超级电容技术的发展前景：超级电容驱动车辆在我国已经经历了实用化的实验，超级电容本身的特点已经决定了其在作为储能装置上的严重不足，按照该技术的特点，它最有价值的应用是需要迅速提供超大电流输出的场景，比如电磁炮、电磁弹射和其它爆发式场合，除此之外就只能是对成本控制要求不严的辅助场合了。

3.1-5接触式供电及驱动系统的发展前景：这是老旧的能源技术二次爆发的方向，接触式电源在无轨电车、动车组和高铁上都早已投入商业化应用，但在未来的智慧城市、智慧交通体系中，这个能源供应方式将会迎来第二春，在储能电站的助力下，不仅公交车会采用这种能源供应方式，某些固定线路的物流车、通勤车也可以采用这种方式。储能电站将使这种输电方式开辟出巨大的应用领域。

3.2电动汽车七大主干技术之二：驱动、传动技术的迭代方向

电驱动技术是电动汽车极为重要的核心技术，但在业界的认知中，长期被电池技术的光环所掩盖，好像电池技术的优劣决定了电动汽车的一切。随着对技术潜力理解的深入，电驱动技术的重要性才被业界所重视。尤其是在续航里程上，以往业界普遍认为，只有将电池的装载量和电池的能量密度提高，才能获得续航里程的提高。但是电驱动及传动技术的研究却发现：技术升级具有将乘用车平均能耗下降20%、电动重卡下降45%的潜力，如果实现，在电池装载量不变的情况下，乘用车和电动重卡的续航里程将增加25%和82%！

由此可见，这个技术方向的升级甚至超过了电池技术所能提供的潜力空间。

在电驱动和传动领域，一共有三个环节或板块，技术升级的方向分别是：

3.2-1电机：从原理上区分，有三种电机可用于电动汽车的驱动。一是异步感应电机，二是永磁同步电机，三是开关磁阻电机。由于永磁同步电机具有功率密度大、转速分布幅度宽、平均效率和峰值效率高等特点，又由于我国是稀土资源大国，采用永磁同步电机技术路线应成为中国电驱动技术的首选。尽管马斯克宣称要减少稀土用量，隐含朝异步感应电池方向倾斜的技术方向，也不会影响我们以永磁同步电机为主体的方向。

那么，在永磁同步电机上如何实现技术升级呢？

①用扁线绕组替代圆线绕组，可增加槽满率、实现更大扭矩、增加高效区、提高功率密度、使平均效率提高。在此基础上进一步升级为异形线槽和多合金扁线，可使最高效率、平均效率再创新高。

②选用晶体材料作为叠片基材，与矽钢片混配，可进一步提高平均效率。

③采用无摩擦的磁悬浮轴承替代滚动轴承，不仅可提高转速，还显著降低了温升。

④用油冷取代水冷，降低辅助能耗，并进一步升级为外壳嵌入高导热材料，用自然风冷解决散热问题。

以上四项技术改进措施可使驱动电机的技术性能再次刷新世界记录，达到最高效率98.8%、0~8000转的平均效率超过95%！比现有驱动电机的最高效率、平均效率高3~8%。

3.2-2控制器：目前的技术已经升级到用碳化硅开关管作为功率元件代替IGBT，下一步的升级方向是冷却系统由液冷变为自然风冷，可节省1~2%的能耗。更具有潜力的方向是用变相控制来实现高低速时的效率双高峰。

3.2-3传动器：目前乘用车采用的是电机与差速器集成化的驱动总成模式，但半轴与轮毂的连接是通过球笼的软连接，在车辆颠簸、转弯时会由于中心偏移而产生摩擦；当前的电动重卡普遍采用的是中央电机+变速器+传动轴+锥形主被动齿轮+差速器的组合方式，使繁多的中间环节产生大量能耗。而采用主副电机双速比驱动桥方案，不仅传动环节减少到极致，而且用刚性连接代替了软连接，可比目前的乘用车驱动系统减少能耗5-7%，电动重卡驱动系统减少能耗35-40%。

3.2-4通过电机、电控、传动三部分的集成化创新，可实现电机内置差速器，连同主副电机双速比双峰驱动传动系统将比目前的电动乘用车和电动重卡分别降低能耗15%和40%，就意味着在电池不变情况下续航里程增加20%和66%。

3.3电动汽车七大主干技术之三：混动和增程技术的升级方向

3.3-1趋势判断：由于混合动力汽车是纯电动汽车在不同应用需求下的补充，又由于石油能源在新能源冲击下的售价下降，将与电动能源的市场竞争中趋向于平衡，交通工具所使用的能源的最终格局将会定格在50~60%为电能，40~50%为石油比例上。而与新能源汽车相结合的混动、增程技术，又比纯燃油汽车更加节省能耗，所以，纯电动汽车将于混动汽车、增程式汽车长期共存。

3.3-2混动和增程技术的升级方向：在广义的混合动力汽车定义中包括了并联混动、串联混动、混联混动、双模混动四个技术类型，而增程式里就是串联混动，在狭义的混动汽车并不包括电机为唯一驱动元件的增程式汽车。从目前的技术发展潜力来判断，增程式汽车由于结构简单、驱动系统的升级潜力巨大，它必将成为广义混合动力的主流技术。原因是：对其它类型的混合动力汽车来说，无论是汽油还是柴油发动机的效率提升潜力已经接近天花板，用混动技术比燃油车节约能耗充其量不过是40%，而增程式采用发动极发电，可始终在最高效率区工作，其转换效率远高于燃油直接驱动；同时，电驱动系统本身还有巨大的增效潜力，乘用车和重卡分别有20~66%的能耗效率升级空间。在这种双重作用叠加下，用油发电，再用电来驱动车辆，将带来比并联混动和燃油直接驱动车辆更低油耗的结果。

计算公式如下：

注：①增程式车辆与同类车型的并联混动车对标，油耗持平时，增程式车辆得60分，刚够及格线，油耗高于并联混动车辆时，就不及格，也就没有商业价值。

②增程式车辆的电驱动系统的能耗水平与汽油发电机的能耗水平这两个变量会对测评结果产生决定性影响。其中有一种组合得分超过80分，两种组合得分70~80分，三种组合得分60~70分，四种组合得分50~60分，两种组合得分低于50分。

③只要两个主要变量能够提供出优良的表现，增程式电动汽车就可以在油耗指标上完胜并联式混动汽车，而目前的技术完全能够满足上述要求，仿真模型告诉我们：关于增程式电动汽车是“脱裤子放屁”技术路线的看法完全是无稽之谈。

注：①因为目前尚没有并联式混合动力重卡牵引车问世，对增程式重卡来说，在馈电油耗上与同规格燃油车对标，就可判断出是否有商业价值。

②当增程式重卡的馈电油耗低于燃油重卡的85%时，方可视为得分60分，其商业价值合格；当馈电油耗只相当于燃油重卡的50%时，可视为得分100分，其商业价值极其巨大。

③增程式车辆的电驱动系统的能耗水平与柴油发电机的能耗水平这两个变量会对评分结果产生决定性影响。其中有一种组合得分超过100分，一种组合得分80~90分，一种组合得分70~80分，三种组合60~70分，其余六种组合得分低于60分，没有商业价值。

④只要采用先进的电驱动技术，就可形成得分高于100分的组合，它所需要的电驱动能耗和发电机能耗都已经实现，因此，采用先进技术的增程式重卡将以优越的性能走向市场。

3.4电动汽车七大主干技术之四：车身材料及成型技术的升级方向

在车身结构上，只有特斯拉拿出了一体化浇铸成型的技术创新成果，国内车企在技术探索上都乏善可陈。但在车身结构的技术升级上，还有巨大的优化空间可供国内车企去探索。主要方向是：乘用车车身制造工艺将从一体化浇铸升级为强度更好、良品率更高、生产效率更高的一体化等温挤压成型，该技术采用铝合金板材作为胚料，在加热炉中加热到570度，用6000吨压力机进行等温拉伸挤压，不仅设备投资大幅度下降，而且良品率接近100%，更重要的是可使用比铸造用铝材强度更高的铝合金板材，使车身具有更好的抗冲击性能和可修复性，制造成本将低于一体化浇铸工艺。这种全新工艺路线有望成为乘用车底盘生产工艺的技术升级方向。

3.5电动汽车七大主干技术之五：车身结构及电池仓位的技术升级方向

在乘用车车身结构设计上，目前普遍采用的电池安装位置存在明显缺陷，基本上都是平铺在车辆底盘下，一个车型一个电池仓位，因车而异。而随着电池技术的进步，电池的寿命有可能超过车辆的寿命，不仅车用电池将与储能电池并轨是大势所趋，还会延申出裸车销售、电池租赁的商业模式，这在客观上迫切要求实现电池的标准化，而平铺式电池仓位无法满足电池标准化的需求，一种可与标准化电池兼容的整车结构就成为乘用车结构升级的方向。三台阶底盘和与之兼容的正方体标准化电池就成为乘用车结构升级的方向。

在这种结构的下，电池箱的展开面积将下降40%左右，而高度将增加100mm左右，容积不变，电池箱将成为很规则的类正方体，就为电池的标准化提供了车身条件。

3.6电动汽车七大主干技术之六：自动驾驶及主动安全技术方向

近几年以来，国内外诸多巨头级公司和研究机构都不惜血本地投入大量资金，来开发汽车级自动驾驶系统，但绝大多数研发主体并不了解自动驾驶的深刻内涵和彼岸目标，导致目前的进展仅停留在辅助驾驶阶段，很难向高级阶段进行技术升级。

而自动驾驶的终极目标应该是城市交通系统的革命性变化，是无红绿灯、无交通事故、效率超高、能耗最少的交通系统解决方案。由于开放式道路的路况和随机变化千差万别，以个体车辆作为控制中心在开放道路上实现最高级别的自动驾驶，已经在仿真模型中被证明是不成立的，所以，将个体车辆的指挥系统用电脑替代的模式无法实现无人驾驶的终极目标。而通过仿真模型已经让我们寻找到了无人驾驶的终极方案：就是由城市指令中心来担任城市中所有车辆的大脑，每个个体车辆只是指令中心控制下的执行器和终端工具，只需要车主或乘客在手机上输入停靠代码、行驶路线、目的地代码，车辆就会在指令中心的统一调度下完成任务。这种中央调度与作为执行器的个体车辆组成的超级系统才是无人驾驶的终极形态，而这种交通体系还需要配套全封闭的机动车道路系统，以及限速15km/h的与封闭道路联通的开放式停车区域，在限速情况下，无人驾驶车辆才具有安全保障。所以，以个体车辆为执行终端、用城市调度中心对社会车辆进行云调度，才是自动驾驶技术的升级方向。

3.7电动汽车七大主干技术之七：多媒体及多功能技术电动汽车的多媒体、多功能技术将表现为：

（1）可作为供电电源来使用。

（2）可秒变为房车，居住、行驶两不误。

（3）可在无外部能源输入情况下，仅靠太阳照射就可驱动车辆行驶。

（4）可涉水，并保证在落水后能自救和在水面行驶。

（5）可直接与卫星进行通信。