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在前不久舉辦的第六屆進(jìn)博會(huì)上，低空出行新勢(shì)力御風(fēng)未來(lái)聯(lián)合Ampaire（安飛公司）展示了空中出租車(chē)M1 eVTOL。4款低碳環(huán)保飛行器涵蓋使用純電能源的25公斤、100公斤、2噸級(jí)電動(dòng)垂直起降飛行器和使用油電混合動(dòng)力的9座飛機(jī)。相信在不久的將來(lái)，我們真的可以乘坐“飛的”出行。
電動(dòng)飛行器只是汽車(chē)之外電動(dòng)化趨勢(shì)的一個(gè)縮影，在航空航天領(lǐng)域，電動(dòng)飛機(jī)和無(wú)人機(jī)的發(fā)展正在加速，為的是減少碳排放，降低噪音污染。
事實(shí)上，在交通工具中，還有其他很多形式，如電動(dòng)公交、面包車(chē)、卡車(chē)、微型車(chē)、船只、建筑、火車(chē)和eVTOL（電動(dòng)垂直起降空中出租車(chē)）。一切都在向電動(dòng)化方向發(fā)展。
汽車(chē)以外也在電動(dòng)化的路上
汽車(chē)行業(yè)正在迅速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，2020年，歐洲短暫超過(guò)中國(guó)成為最大的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，2021年中歐銷(xiāo)量相當(dāng)，2022年中國(guó)重新占據(jù)主導(dǎo)地位，純電動(dòng)汽車(chē)和PHEV汽車(chē)銷(xiāo)量是歐洲的2.5倍；2023年上半年，中國(guó)、歐洲和美國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量分別為340萬(wàn)輛、150萬(wàn)輛和81.5萬(wàn)輛，總計(jì)達(dá)到571.5萬(wàn)輛。
IDTechEx首席技術(shù)分析師James Edmondson博士認(rèn)為，雖然汽車(chē)電動(dòng)化是公眾關(guān)注的焦點(diǎn)，但其他行業(yè)也存在巨大機(jī)遇，2044年，不包括汽車(chē)，全球陸上、海上、空中電動(dòng)化價(jià)值將超過(guò)1萬(wàn)億美元。
汽車(chē)以外的所有類(lèi)別也在迅速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化
全球交通電動(dòng)化進(jìn)展
電動(dòng)乘用車(chē)
就電池需求和市場(chǎng)價(jià)值而言，乘用車(chē)是預(yù)測(cè)期內(nèi)最大的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)。2022年，純電動(dòng)汽車(chē)和PHEV汽車(chē)的銷(xiāo)量再次飆升，達(dá)到1050萬(wàn)輛，前一年為650萬(wàn)輛。
根據(jù)全球電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)EVEVS預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)2023年全年銷(xiāo)量將超過(guò)1200萬(wàn)輛，略低于IDTechEx預(yù)計(jì)的1350萬(wàn)輛。不過(guò)，IDTechEx認(rèn)為，HEV的增長(zhǎng)將明顯放緩，歐洲可能略有下降，標(biāo)志著向全面電動(dòng)化的過(guò)渡。
美國(guó)的下一個(gè)大戰(zhàn)場(chǎng)很可能是電動(dòng)皮卡。美國(guó)乘用車(chē)市場(chǎng)很大一部分由皮卡占據(jù)，但電動(dòng)皮卡的銷(xiāo)量遠(yuǎn)不及其他電動(dòng)乘用車(chē)。
現(xiàn)在，傳統(tǒng)汽車(chē)制造商和初創(chuàng)企業(yè)都將重點(diǎn)放在電動(dòng)皮卡，Rivian的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)有一定創(chuàng)新和突破，但更具品牌影響力、產(chǎn)品線豐富、銷(xiāo)售渠道完善的福特F150有望后來(lái)居上。特斯拉Cybertruck跳票近兩年，計(jì)劃于11月30日在德州超級(jí)工廠開(kāi)始交付。
商用車(chē)
商用車(chē)包括貨車(chē)、卡車(chē)、公共汽車(chē)，其部署量比乘用車(chē)小，但也在大力發(fā)展電動(dòng)化，是實(shí)現(xiàn)全球減排的重要領(lǐng)域。這些市場(chǎng)處于電動(dòng)化的早期階段，但已取得重大進(jìn)展。
電動(dòng)公共汽車(chē)在中國(guó)發(fā)展很早，市場(chǎng)已接近飽和，而全球銷(xiāo)量要到2040年才能超過(guò)2016年峰值，未來(lái)增長(zhǎng)將由中國(guó)的替代產(chǎn)品和歐洲的更多采用來(lái)推動(dòng)。歐洲大部分市場(chǎng)一直由中國(guó)汽車(chē)制造商支撐，其本地供應(yīng)也在增加。
輕型商用車(chē)（LCV）車(chē)隊(duì)的電動(dòng)化被證明是向客戶(hù)展示綠色證書(shū)的有效方式，同時(shí)有助于大大降低運(yùn)營(yíng)商的總擁有成本。亞馬遜和UPS等都在電動(dòng)化方面進(jìn)行了大量投資和布局，以適應(yīng)現(xiàn)代物流和運(yùn)輸?shù)男枨?。在歐洲，普通貨車(chē)制造商8%的新車(chē)是電動(dòng)LCV。
特斯拉、戴姆勒、大眾和沃爾沃都在大力投資電動(dòng)卡車(chē)，豐田和現(xiàn)代則選擇集中于燃料電池卡車(chē)，以此作為未來(lái)的動(dòng)力系統(tǒng)。盡管氫燃料的效率和成本存在問(wèn)題，燃料電池汽車(chē)（FCEV）作為一種長(zhǎng)途卡車(chē)運(yùn)輸應(yīng)用技術(shù)，還要依賴(lài)于低成本綠氫的生產(chǎn)。
進(jìn)博會(huì)上展示的豐田氫燃料電池系統(tǒng)
隨著世界各地越來(lái)越多的城市和國(guó)家在2030年前逐步淘汰燃油車(chē)，以及該技術(shù)提供所需日常工作周期的成本效益和能力得到證明，卡車(chē)車(chē)隊(duì)的電動(dòng)化將會(huì)迅速實(shí)現(xiàn)；2022年電動(dòng)卡車(chē)的銷(xiāo)量是2021年的2.2倍，顯示出指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)已經(jīng)開(kāi)始。
微型電動(dòng)汽車(chē)
微型電動(dòng)汽車(chē)（MicroEV）是中國(guó)、印度和其他幾個(gè)亞洲地區(qū)個(gè)人出行的主要形式，包括兩輪車(chē)和三輪車(chē)。就電動(dòng)化而言，其電池已由鉛酸電池進(jìn)化到鋰電池。由于這些車(chē)輛的電池體積小，電機(jī)功率低，可以提供相對(duì)低成本的電動(dòng)化出行。
微型電動(dòng)汽車(chē)是一種新興的交通方式，在中國(guó)頗受歡迎，這要?dú)w功于所需的續(xù)航里程要求較低，且比全尺寸汽車(chē)更容易穿越擁擠的城市，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看仍將是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。
在北京，出于交通安全和防火的考慮，政府正采用報(bào)廢補(bǔ)貼形式更新微型電動(dòng)小客車(chē)，新購(gòu)車(chē)需為納入新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄的小型、微型純電驅(qū)動(dòng)載客汽車(chē)（包含純電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)、增程式電動(dòng)汽車(chē)）。
電動(dòng)和混合動(dòng)力船舶
疫情以來(lái)，因?yàn)樵谵k公室的時(shí)間越來(lái)越少，休閑劃船的興趣和自由時(shí)間增加，電動(dòng)船舶市場(chǎng)增長(zhǎng)了兩倍。雖然低功率舷外發(fā)動(dòng)機(jī)通常比同等汽油機(jī)貴兩倍，但從TCO角度看，經(jīng)濟(jì)及其他優(yōu)勢(shì)（如安靜、清潔等）都很有吸引力。盡管如此，高電池價(jià)格仍然是高功率舷外或舷內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的障礙。與汽車(chē)市場(chǎng)不同，該行業(yè)缺乏政策驅(qū)動(dòng)，十年內(nèi)基本不會(huì)改變。
2016年以來(lái)，隨著該行業(yè)對(duì)價(jià)格的敏感性降低和電池價(jià)格減半，使大型商用電動(dòng)和混合動(dòng)力船舶市場(chǎng)開(kāi)始上揚(yáng)。一個(gè)強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素是縮小超大發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，使用電池為OSV（海上補(bǔ)給船）等短海船舶的峰值負(fù)載供電。渡輪是最常見(jiàn)的電動(dòng)船只，作為一種唾手可得的果實(shí)，它有機(jī)會(huì)充電并在更短、一致的路線上行駛。
建筑用電動(dòng)汽車(chē)
對(duì)氣候變化的更廣泛承諾促使挪威和荷蘭等一些國(guó)家，包括沃爾沃等公司制定自己的建筑設(shè)備電動(dòng)化目標(biāo)。健康和安全問(wèn)題，如柴油顆粒物排放對(duì)建筑工人健康和噪音的影響，也是重要的驅(qū)動(dòng)因素。早期的車(chē)輛開(kāi)發(fā)大多是改裝，現(xiàn)在汽車(chē)制造商正在從頭設(shè)計(jì)大型電動(dòng)汽車(chē)并批量生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
據(jù)預(yù)測(cè)，到2044年，電動(dòng)建筑車(chē)將成為價(jià)值約1540億美元的市場(chǎng)。20年來(lái)最大的工程機(jī)械市場(chǎng)是小型挖掘機(jī)、挖掘機(jī)和裝載機(jī)，電動(dòng)化發(fā)展最初集中在運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較短和能耗較低的車(chē)輛。
電動(dòng)垂直起降空中出租車(chē)
eVTOL商業(yè)化時(shí)間表在很大程度上取決于每個(gè)地理市場(chǎng)的最終認(rèn)證過(guò)程。許多公司表示，他們認(rèn)為至少還要五年的認(rèn)證過(guò)程，目前認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)尚未完全到位。在生產(chǎn)eVTOL之前，許多公司需要解決重大的技術(shù)和資金問(wèn)題。
電動(dòng)化交通的技術(shù)挑戰(zhàn)
電動(dòng)化交通的技術(shù)挑戰(zhàn)主要來(lái)自于電池、電機(jī)和功率電子幾個(gè)方面。
電池
電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的電池化學(xué)成分發(fā)生了巨大變化，早期的重要選擇LFP（磷酸鐵鋰）曾一度退出市場(chǎng)，然后又大舉回歸，尤其是在中國(guó)。主要原因是磷酸鐵鋰具有安全性高、壽命長(zhǎng)、不含重金屬和稀有金屬等優(yōu)勢(shì)；通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)鏈的完善，LFP的性能得到了大幅提升，例如通過(guò)采用新的生產(chǎn)工藝和添加新的元素，進(jìn)一步提高了其能量密度和壽命。
不過(guò)，隨著電池開(kāi)始達(dá)到性能極限，環(huán)境和供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)凸顯，鋰離子電池的改進(jìn)和替代品也變得越來(lái)越重要，包括電池設(shè)計(jì)、硅陽(yáng)極、固態(tài)電池和CTP（電芯到電池包）/CTC（電芯到底盤(pán)）等。
在電池技術(shù)研究方面，硅基電池、鈉硫電池、固態(tài)電池、鋰硫電池都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，也都有一些技術(shù)、工藝、能量密度、成本等方面的問(wèn)題需要解決。各種方案都在不斷探索和發(fā)展中，未來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的需求變化，可能會(huì)有更多的新型電池方案出現(xiàn)。
電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量和電動(dòng)汽車(chē)電池需求
電機(jī)
隨著電動(dòng)汽車(chē)的采用，電機(jī)技術(shù)迅速進(jìn)步，而可持續(xù)性材料的使用正成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了降低成本和對(duì)稀土的依賴(lài)，特斯拉、奧迪和一些Tier1采用了無(wú)永磁體設(shè)計(jì)。這些電機(jī)具有更高的可控性和靈活性，可以在不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的運(yùn)行；并具有較低噪音和振動(dòng)及較高的可靠性。
功率電子
汽車(chē)功率電子產(chǎn)品的發(fā)展包括逆變器、車(chē)載充電器和DC-DC轉(zhuǎn)換器，這些部件可以提高動(dòng)力系統(tǒng)效率，減小電池組容量或提高續(xù)航里程。一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)變是向碳化硅MOSFET和800V或以上的高壓車(chē)輛平臺(tái)過(guò)渡。從400V到800V，在相同功率下，電流將減半，產(chǎn)生的熱量和功率損失也會(huì)隨之減少，有更多的功率進(jìn)入電池，進(jìn)而加快充電速度。
特斯拉在2018年率先采用800V平臺(tái)，許多公司現(xiàn)在也部署了碳化硅。這一轉(zhuǎn)變給功率模塊封裝帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
首先，電壓提高，需要通過(guò)隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)敏感電子元器件與快速瞬變高壓組件（如電機(jī)）之間的安全通信，必須有能檢查安全性和隔離柵狀態(tài)的功能，從而確保隔離柵不會(huì)損壞，以保證人身安全。
在引線鍵合、芯片連接和基板方面，在800V系統(tǒng)中，由于電流密度增加，引線鍵合處產(chǎn)生的熱量也會(huì)增加，可能導(dǎo)致鍵合點(diǎn)的松動(dòng)或斷裂；800V系統(tǒng)對(duì)芯片連接處的電氣性能和熱性能要求更加嚴(yán)格；基板需要承受更高的電壓和電流。因此，這些部分需要具備更高的絕緣性能和導(dǎo)熱性能。為了確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，需要采用高可靠的鍵合技術(shù)、導(dǎo)電膠或焊接材料以及高導(dǎo)熱基板材料和精細(xì)的布線技術(shù)。
充電基礎(chǔ)設(shè)施
充足的充電基礎(chǔ)設(shè)施是汽車(chē)電動(dòng)化的關(guān)鍵，每年部署的數(shù)千萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車(chē)和PHEV將推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施的部署。其背后包括AC和DC充電、換電和無(wú)線充電等替代技術(shù)。
換電技術(shù)具有速度快、降低成本、提高電池壽命、方便靈活的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是需要建設(shè)大量換電站和配備專(zhuān)業(yè)維護(hù)團(tuán)隊(duì)，成本較高，且難以實(shí)現(xiàn)跨車(chē)型換電。汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)還處于研究階段，有很多問(wèn)題需要解決，其中效率較低、需時(shí)更長(zhǎng)等問(wèn)題是無(wú)線充電的天生缺陷。
不管怎樣，電動(dòng)化交通市場(chǎng)都在不斷發(fā)展。隨著環(huán)保意識(shí)的提高和技術(shù)的進(jìn)步，加上政策的推動(dòng)，電動(dòng)交通工具將逐漸成為人們?nèi)粘３鲂械闹饕x擇。
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