新能源行业简析张抗抗2023年4月3日1@张抗抗本科&博士功能安全工程师l2004-2014清华大学汽车系高级分析师l2014-2015上汽乘用车汽车科普专家l2020-今清研华科新能源研究院l2018-今知乎、微博等平台l知乎：关注者22万、阅读量7550万，2018、2022年度新知答主l微博：关注者107万、2023年微博年度新知博主2理论研究：锂电池的电化学模型工程实践：l知乎：关注者22万、阅读量7550万，2018、2022年度新知答主l博士期间的三电集成项目l上汽混动动力功能安全工作l微博：关注者107万、2023年微博年度新知博主3目录CONTENT1碳中和全景：氢+电2电池3电机4车4p人为排放量（化石燃料利用和土地利用）被人为努力（木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等）和自然过程（海洋吸收、侵蚀-沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等）所吸收，即净零排放。。核心目标：将碳排放从每年401亿吨降低到219亿吨，降低46%5参考资料[1]丁仲礼院士：中国“碳中和”框架路线图研究https://www.zhihu.com/zvideo/13845112028365p四大类：已达峰(欧美)；平台期(中国)；增长期(印度)；未启动(农业国)6p不同统计口径，背后往往是话语权之争7p引出问题2：如果交通碳排只占10%，为什么大家聚焦于新能源汽车？8p碳排放权=工业发展权，不同历史时期的态度变化99p2018年，特斯拉陷入产能地狱，蔚来倒闭危机，丰田大力宣传氢能源二零一八年10二零二二年p引出问题3：纯电崛起，氢能还有必要吗？1112p在人类诞生文化的最近2万年，全球气温非常平稳（正负1度），近年来人类活动使气温呈快速升高趋势。13p克劳斯哈塞尔曼开创了大气升温的自然原因与人为原因的方法，揭示了全球变暖与碳排放的必然联系。参考资料02:2021年诺贝尔物理学奖授予气候变暖等复杂物理系统的研究，这些成果有着怎样的意义14https://www.zhihu.com/question/490729626/answer/2155849225p全球与气候相关的灾害数量在21世纪的头20年出现了惊人增长，全球记录7348起，相比1980-1999年的4212起，增长了74%。数据来源：联合国《灾害给人类造成的代价：过去20年的概况（2000-2019年）》15p绿色氢能和储能电池互为补充，共同支撑可再生能源发展；p氢能是化石、煤炭、核能、电力、钢铁等转型升级的理性选择，技术延续性好。绿色氢-电能源体系1617p整个交通领域占碳排放10%，纯电占据大半，氢的减排潜力很小。18p水泥、钢铁、合成氨和乙烯这四种产品的生产过程碳排放很大，全球45%的碳排放来源于此，其中又有45%的碳排放来自于原料用途；对此氢气相比于电能的优势就体现出来了，可以减少20%左右碳排放。炼钢碳排放比整个交通领域还多50%即便是清洁能源，也离不开碳还原剂参考文献[3]一文读懂氢能产业.毕马威.2022年9月参考文献[4]中国氢能产业发展报告2020.中国电动汽车百人会.参考文献[5]2021氢储能行业研究报告东北证券参考文献[6]工业领域脱碳报告-下一个前沿领域.麦肯锡.192018p以氢替代天然气，开展天然气掺氢燃烧，保证高温热能供应，同时减少排放。煤气灶炒菜的中心温度更高电磁炉炒菜的较低功率均匀加热20p氢气燃气轮机西门子能源的SGT-9000HL燃气轮机，可50%掺氢燃烧21p碳中和以发电、用电为核心，而电网必须要转变为「源-网-荷-储」的结构22p风电光伏的波动性是不可避免的，所以就需要不同时间尺度的储能手段来平衡。23p抽水蓄能：当前主力，未来稳定发展。受地理条件限制大。p电化学储能：成本进入可行区，将快速发展。不受地理条件限制，功能灵活丰富。p其它储能：技术尚未进入成熟期，或规模较小，或不太适合电力储能。24p抽水蓄能：目前的大头，2000-2020总装机规模的89.3%。但受地形影响大。p发展动力：峰谷差率超过40%的地方，价差不低于4:125p重力塔蓄能：与“水抽上来再放下去”的原理相似26p压缩空气储能：储能容量大、周期长、效率高、比投资小；缺点是依赖地理条件p飞轮储能：用在地铁等高频放电的地方。。27p目前我国新型储能比例9.2%，主要为锂离子电池储能，今年上半年锂离子电池全行业产量超280GW，全行业收入突破4800亿元；p预计2023年规划产能超过1000GWh，2025年超1200GWh，到2030年仅车用动力电池装机量达4800GWh，产业规模近5亿元。2020年我国储能总装机量结构电力/储能电池总装机量抽水储能动力电池储能电池电动二轮车电池89.3%单位：GWh1200熔融盐储热1.5%飞轮储能＜1%上半年产量超280GW,压缩空气0.03%同比+150%电化学储能锂离子电池铅蓄电池9.2%88.8%10.2%液流电池0.77%1000超级电容0.2%20182019202020212022202320242025数据来源：中关村储能联盟28p电化学储能有着良好的发展前景，但一直发展较慢，主要原因是电池成本高；p近年来随着电动汽车的快速发展，使得锂离子电池的成本快速下降，预计年复合增长率在50%-70%之间。29p发电侧：风电、光伏发电的并网（抽水蓄能受地理条件限制不一定能建）p电网侧：辅助调峰调频，防止大规模停电(抽水蓄能做不到)p用户侧：光伏自发自储(家里没法建抽水蓄能站)30p《第三次工业革命》中提到了新能源革命的“五大支柱”，新能源推广的瓶颈要靠储能电池、绿色氢能、电动汽车、智慧能源来解决，而电化学储能又是基础，如无电化学储能，则无智能电网，新能源革命就少了支柱。新能源革命的“五大支柱”新能源革命的“四大要素”1、向可再生能源转型（尤其是光伏与风电）硅能氢能储能智能2、集中/分布式结合系统，建筑变为微型发电厂我国光伏、风电已经完全具备大规模推广条件，但是3、用氢气、电池等技术存储间歇式能源其灵活性调节资源是瓶颈，需要靠储能电池、绿色氢4、发展能源（电能）互联网技术能、电动汽车、智慧能源来解决。5、电动汽车成为用能、储能并回馈能源终端新能源的主攻方向就是氢能、储能、智能。31p随着新能源汽车保有量的增长，城市电网将面临巨大压力；当无序充电时，电动汽车将叠加用电高峰，增大电网压力，而当电动汽车有序充电时，可以在用电低谷充电，并在用电高峰放电，减少电网压力。电化学储能与电网互动的早期示例无序充电将叠加晚间用电高峰，增大电网压力用电低谷充电，用电高峰放电，减少电网压力晚间能量释放额外充电高峰电力需求电力需求曲线曲线图1电动汽车无序充电图2电动汽车有序充电32pV1G：单项有序充电，仅改变汽车充电时间/速率；pV2G：包含反向功率流，具有多种尺度调节，可以是供电局域微网，也可以是供电大电网；pV2X：车与车之间供电、楼宇供电、负载紧急供电、家庭备用电源等。33p预计到2040年中国电动汽车保有量达3亿辆，每辆车平均电量大于65千瓦时，车载储能能量超过200亿千瓦，与中国每日消费总电量相当；p乘用车停充补电采用15KW双向充电桩，根据日出行概率分布，新能源汽车对电网功率支撑能力达到29-35亿千瓦，约为当年全国电网非化石装机功率的一半。预计2040年工作日车网可调度电量2040年新能源汽车对电网的功率支撑可参与电网调34度的平均电量乘用车：104亿千瓦时重卡：4.3亿千瓦时物流车：0.8亿千瓦时p电动汽车的大规模普及会带来基于车网互动的智慧能源生态，电动汽车会形成一个巨大的电力系统用户侧的能源互联网，通过汽车把我们的停车场、智慧楼宇、园区，还有公路快充快换站的能量流链接起来。未来十年电动汽车智慧能源生态（万亿级）面向2060碳中和的电动汽车智慧能源生态（十万亿级）黄金组合：分布式光伏+电池储能+车网互动+物联网+区块链黄金组合：用户侧分布式光伏+车网互动V2X+物联网+区块链1T：光伏进入10亿千瓦时代2T：分布式光伏进入20亿千瓦时代10T：电池进入100亿千瓦时时代10T：车网互动进入100亿千瓦时时代1亿：电动汽车进入亿辆时代4亿：电动汽车进入4亿辆时代35p铅酸电池：日常生活中成本最低，但用在储能场景由于寿命短所以成本不低p锂离子电池：当前的主流路线，磷酸铁锂由于寿命长、安全性相对好，所以比三元锂有优势。当前仍存在一些安全技术问题p钠离子电池：不依赖稀有资源锂、更安全、更低成本，很有希望。但目前还没量产，宁德时代正在赶工，也有希望用在车上p液流电池：安全性高、寿命长、规模大，在储能时长在4-10小时的储能方面占据优势p其它电池：还有液态金属电池、多价金属阳离子电池、水系电池等新兴方向，目前还处于早期研究阶段36p电化学储能不可替代、增长很快：与风光电同步发展37p电化学储能不太适合长时间维度、大空间维度的储能，而氢能在此方面极具优势。38p氢储能：与电化学储能完美互补，适合大容量、长周期、跨区域储能不同储能形式储能时长与储能容量对比氢储能与电化学储能对比39p氢储能是在风电光伏富余的时候，用电解水的方式把它制成氢储起来，当风电光伏不够的时候，我们再把它用于发电补上去。发电侧电网侧用户侧电网发电谷电电解储水氢长途输运电解水储氢合成氨燃煤电厂燃烧氢/氨化工用氢逐步代替燃煤发电能量的时间转移能量的时空转移40p相比其他储能方式，氢储能具有时间长、规模大、稳定性高等特点，将是未来季节性储能方式的主体，同时我国有十几亿千瓦的煤电厂，需要氢燃料替换煤，工程量及规模十分庞大。不同储能技术适用时间-规模比较氢储能在未来会是季节性储能方式的主体化学储能可以长时间、大规模、较稳定的储存能量我国有大量的火电厂、调峰电厂，需要氢等新型燃料取代煤，氢燃料发电与氢储能将是一项庞大的系统工程。化学储能（氢载体）：甲醇、氢、氨替换规模十几亿千瓦流体电池压缩空气抽水蓄能H2/NH3等电池╳煤炭飞轮超级电容41p乘用车：全能场景。商用车：专车专用。42p零碳重卡需求侧：封闭场景、短途运输、干线中长途；p零碳重卡的需求主要来源于现有车辆更换：十四五期间，每年有50-100万辆重卡更换需求43p商用车碳排放占所有车的64.6%，而重卡占商用车83.5%44p中国物流增长是刚性的，重卡碳排放增长是刚性的全社会货运周转量预测（2050年）（单位：十万亿吨公里）45p重卡日均出行里程：不同场景下的里程需求有差异；p公路货运：2020年单车日均出行里程为305km；p钢铁厂运行：燃油重卡日均里程分布在90/230/430km等多处Ø2020年，单车日均行驶里程在257-356公里之间；Ø燃油车日均行驶里程比较分散，在90km、230km、430km等多处呈现峰值；Ø全年均值为305公里Ø零排放车日均行驶里程呈现较为典型的正态分布，在170-220km呈现峰值4647484950p重卡的技术路线：换电、充电、氢能；电气化公路。51纯电重卡技术路线燃料电池重卡技术路线525354555657p交通部提到：电气化公路58p早期方案：电气化公路。仅限于新建专用物流高速。道路结构剖面图3种成熟的ERS技术59p目前氢的主要来源还是化石能源，正在从灰氢走向绿氢煤制氢60p氢的制取：当下的绿氢制取，关注三个方向，性能、安全、智能海德氢能“氢舟”电解水制氢技术对比61p氢的储存和运输分为气氢与液氢两种形式，现阶段中国普遍采用20Mpa气态高压储氢与集束管车运输的方式6263p绿色氢能和储能电池互为补充，共同支撑可再生能源发展；p氢能是化石、煤炭、核能、电力、钢铁等转型升级的理性选择，技术延续性好。64新能源动力系统新能源电力系统可变负荷相似性用电负荷发电装置储能系统可变发电储能系统u两大新能源系统相似性：新能源动力系统和新能源电力系统共性技术相似，共性瓶颈都是储能技术：储能电池和电动汽车车网互动、变流器与电力电子、燃料电池与电解水制氢系统、氢能储运技术、氢载体氨用于交通动力和发电能源等；u两大新能源系统依存性：新能源汽车需要绿电绿氢，新能源的发展又需要新能源汽车的电池和氢能技术解决发电波动问题。p如果交通碳排只占10%，为什么大家聚焦于新能源汽车？65p补贴效果可控：汽车工业每4.1年的研发投入，就消耗完自己的企业价值不同行业企业价值可支撑研发投入时间单位：年66今后二三十年，汽车产业、信息产业、交通装备产业和能源化工相关产业将发生百年未有之大变局新能源电池与绿色智慧汽车储能氢能能源新能源汽车正在进入纯电驱动汽车将带动大规模产业化的新阶交通全面电动化和电燃料电池汽车推动绿智能电动汽车带动下一段，预计未来10-池与储能产业的大发色氢能战略性产业集代信息产业以及车网互15年左右发展成为展，预计10-15年群的大发展，预计15动和分布式光伏的大发一个10万亿规模的成为10万亿规模的大年到20年左右发展成展，预计20年左右，成大产业产业10万亿规模的大产业为10万亿规模的大产业67目录CONTENT1碳中和全景：氢+电2电池3电机4车6869701881年，第1辆电动汽车-铅酸电池1990年，通用impact-镍氢电池2010年，日产leaf-锂电池7172一、打开元素周期表，用排除法。二、电池本质上是氧化还原反应。最外层电子参与反应，内层不参加。尽可能将少“懒汉电子数量”，将范围缩小到氢氦锂铍硼、碳氮氧氟氖。a)燃油车的石油：碳和氢b)燃料电池：氢c)电动汽车：锂、铍、硼三、再考虑储量、电极电势因素，只剩下锂。73锂枝晶→热失控M.StanleyWhittingham(迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆)74p层状结构的钴酸锂(LiCoO2latticestructure)、尖晶石结构的锰酸锂(LiMn2O4spinelstructure)、橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4olivinestructure)。Goodenough95岁生日2019年诺贝尔奖7576777879p新能源发展早期，电池自燃事故频繁(欧美），几乎所有品牌都出现过自燃问题80p现阶段技术路线百花齐放，安全水平参差不齐2020年，北京中科院力学所，起火爆炸。2022年，某车地库起火。后果：车企科创板上市终止。后果：两人重伤，房屋财产损失。81p我想挑一辆绝对安全的新能源车，怎么分辨？高科无线BMS协助生产制造企标>国标测试技工刀片电池穿刺试验10米高空跌落高于厂就国标是安就是全？安全?穿刺跌落不起不起火就火就是安是安全?全?82电池安全是一个系统工程1.电芯：正极材料、负极材料、电解液，构成了电芯。2.电池包：数百至数千个电芯，组合起来成了电池包，俗称Pack。3.系统：加上传感器(眼睛与耳朵)测电压、电流、温度；用BMS(大脑)来思考决策；加上执行器(手脚)来控制开关，就成了系统。83电池安全是一个系统工程–电芯层面优化措施•正极材料：对正极材料进行掺杂和包覆[3]，或金属原子替代的方式[4]来以提高正极材料的热稳定性。•负极材料：对负极材料进行包覆[5]，或通过电解液添加剂提高负极SEI膜的稳定性[6]。以及采用新型负极，如钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)负极[7]，合金负极[8]等材料提高负极的安全性能。•电解液：对于电解液采用阻燃添加剂，将液体电解质换成固体聚合物电解质，采用离子液体，电解质盐的替代等方式提高电解液热安全特性，也可以通过在电解液中采用过充保护添加剂来提高电池抗过充的能力。•隔膜：采用高安全性隔膜，通过陶瓷包覆等手段，降低隔膜热收缩率、提高隔膜崩溃温度[9].•保护装置：某电芯企业设计了针刺安全保护装置(NSD,NailSafetyDevice)与过充安全保护装置(OSD,OverchargeSafetyDevice),来降低针刺与84过充电芯层面关键技术1p正极材料掺杂、包覆锂离子电池的正极材料由金属氧化物颗粒构成，在充放电过程中可能解决思路也简单，有点像咱们家用的不锈钢铁锅的处理方法：一会产生纳米尺度上的微裂纹(microcrack)甚至碎是增加新元素使其成为坚固合金，二是涂上保护层使之不生锈。裂(fracture)，不仅造成容量损失，也会降低热稳定广汽埃安弹匣电池在纳米尺度上，为正极材料颗粒新添了元素性(doping，掺杂)、增加了保护涂层(coating，包覆)，从而提高了热稳定性。85电芯层面关键技术2p修复、增强负极SEI膜电池由正极、负极、电解液三者构成。特定的电解液添加剂可以修复、增强SEI膜，例如四氟(氟代丙二酸)磷酸锂实际上，负极材料与电解液首次接触时会产生一层必不LFMP添加剂可以使SEI膜中LiF的成分上升，可以更有效地抵御五氟化磷的侵可少的SEI膜(Solid蚀，从而提高了锂电池的热稳定性。ElectrolyteInterface)。86电芯层面关键技术3p电解液与复合材料隔膜电芯层面就采取多种措施：PP-PE-PP三层复合材料的隔膜，PE更早熔化l正极材料：增强正极材料的热稳定性l电解液：在电解质中添加使使得电极表面更不容易发热的特殊添加剂87l隔膜：增加隔膜的耐热性等多种措施，降低电芯的热失控风险。采用阻断电流。电芯层面关键技术4p刀片电池与钠离子电池•长条化大电芯本身的提升：做大电芯会提升密度，是行业共识，比亚迪刀片电池将电芯拉长带来了电芯本身的提升，最长可达2500mm。•成组效率的提升：刀片电池如此长，这就意味着在乘用车的宽度方向最多只需要放置1个。一方面，通过调整刀片电池的长度规格，车体宽度方向的空间可以充分利用，避免“边角料”空间的浪费；另一方面，跨越了模组阶段(Module)，直接从电芯(Cell)集成为电池包(Pack)，也就是传说中的CTP(CellToPack)，省去了大量的成组元件的。•磷酸铁锂电池：橄榄石结构天然就更稳定一些，副反应临界温度比三元锂、锰酸锂、钴酸锂都要高（发生放热副反应的条件更苛刻）、副反应的放热量更低。此外，在正极材料发生副反应时，磷酸铁锂材料的由于高能量的P=O键使得氧气不会轻易释放出来，这就降低了电解液遇到氧气起火的可能性。钠离子电池在安全性上与磷酸铁锂电池相似。88电芯安全创新：要求车企与电池企业深度融合p车企与电芯厂的联合研发程度越来越深。特斯拉比亚迪蔚来：半固态小鹏：欣旺达4C长城：蜂巢能源89电池安全是一个系统工程–Pack层面p各国测试标准不同，面向全球开发更安全•国家标准：如GB/T31485-2015，GB/T31467.3-2015，GB/T31498-2015等。•国际标准：国外相关的标准包括ISO12405-2014，IEC62133-2015,UL2580-2010，SAEJ1929-2011，JIS-C8715-2-2012等。90•核心：以GB/T31485-2015，IEC62133，SAEJ2464为核心。Pack层面的关键：高标准严测试企标>国标91Pack层面的关键：高标准严测试中汽测评–叠加测试，先涉水再碰撞涉水测试：涉水深度600mm，达到国标6倍底部碰撞：以30km/h的速度硬磕高210mm的障碍物测试结果：未冒烟未起火未爆炸未进水横向对比：涉水深度国标是100mm，行业内大部分是IP67防水等级下涉水300-500mm，而岚图FREE达到了IPX9K等级下的涉水深度600mm，并不是所有的“叠加测试”都有意义，要注重两个方面：测试的相关性与场景的现实性。ü涉水可能会对电池的绝缘措施造成损伤，再进行底部碰撞就是一种叠加，是有意义的；ü涉水+碰撞：实际上是以公安部交管局提供高频事故场景为依据，场景是有现实意义的。92Pack层面的关键：高标准严测试中汽测评3项超国标试验难度评价：高压、多角度、长时间，远高于国标浸泡场景适应：夏季暴雨涉水安全性难度评价：4倍次数场景适应：夏季高温与东北低温的极限场景适应性，同时也从侧面说明电池的温度稳定性及热管理系统能力难度评价：从规律振动到随机振动场景适应：更加符合日常驾驶场景其它：湿热循环测试：9.6倍时长盐雾试验：3倍时长高海拔气压试验：1.35倍93电池安全是一个系统工程–系统层面p核心目标：扼制单体电芯热失控蔓延94系统层面关键技术1：电池热管理p传统方案：侧面隔热、底部单面散热岚图琥珀电池的电芯之间填充了有机硅聚合物+低密度隔热材料+阻燃剂的复合材料。95系统层面关键技术1：电池热管理p弹匣电池：大侧面隔热、小侧面导热、底部单面散热弹匣电池在方形电池的较小侧面设计了导热结构，相当于一定程度上增加了底部水冷板的散热面积。至于较大的侧面，采用了网状纳米孔(nano-porous)隔热材料。96系统层面关键技术1：电池热管理p麒麟电池：侧面水冷散热&隔热+较小侧面隔热+高集成度水冷板97系统层面关键技术1：电池热管理p龙鳞甲电池：双面水冷散热+高集成度上下板上水冷板的高度集成：电池包上盖与水冷板集成，将来可进一步高度集成的下箱体设计：底部增加水冷板，并在短刀电池防爆阀开与CTC(CelltoChassis)技术集成，从而降低了体积与重量，特别口处避让；同时将排气空间与底盘防护空间高度集成。如此一来，是节省了宝贵的重向高度。下箱体就同时起到了结构承载+结构防护+集成冷板+泄爆疏导四重作用，这种高度集成设计降低了体积与重量。98系统层面关键技术1：电池热管理p日产Ariya：高集成水冷板+双层设计，提升散热能力、节省垂向空间99系统层面关键技术2：防爆阀+排气通道单体电芯热失控后，内部会堆积大量混合气体，这些气体会通过预先设计的防爆阀喷发而出，以避免压力持续增大后造成爆裂性损害[2]。喷发物可不好伺候，距离防爆阀2.5cm与8cm的温度最高可达280.9℃，压力也存在阶跃上升现象喷发出的气－液－固混合体不仅释放热量引发进一步的「热扩散」，还可能引发电弧（击穿金属板、烧熔金属板等）、短路、绝缘失效等「电扩散」现象，很容易引发其它电芯的热失控，进而引发整个电池包起火现象。100系统层面关键技术2：防爆阀+排气通道特斯拉，在公布ModelY车型的4680电芯CTC方案中可以看到：蜂巢能源的龙鳞甲电池进行了从电芯到成组的系统设计，也实现了防爆阀布置在电芯底部，电气连接布置在顶部的正极商，如此就「热电分离」。实现了Z向的「热电分离」[3]。宁德时代在一份2021年的专利中，第二代短刀电芯将防爆阀布置在底部，将电芯连接端布置在侧面，也公布了底部与侧面防爆阀设计[3]。从而实现了Y向与Z向的「热电分离」。101102p刀片电池并不是发明了什么新原理，而是通过各种新工艺提升了体积能量密度，p使磷酸铁锂电池也能上车。103p长条化大电芯本身的提升：做大电芯会提升密度，是行业共识，比亚迪刀片电池将电芯拉长带来了电芯本身的提升，最长可达2500mm。p成组效率的提升：刀片电池如此长，这就意味着在乘用车的宽度方向最多只需要放置1个。一方面，通过调整刀片电池的长度规格，车体宽度方向的空间可以充分利用，避免“边角料”空间的浪费；另一方面，跨越了模组阶段(Module)，直接从电芯(Cell)集成为电池包(Pack)，也就是传说中的CTP(CellToPack)，省去了大量的成组元件的。p率先利用叠片工艺：进一步提升了能量密度。104叠片工艺vs卷绕工艺？p卷绕电芯存在弯折区域，是影响产品综合性能的重要因素之一105叠片工艺vs卷绕工艺？p性能上，叠片比卷绕好。但成本更高、产能更低——需要解决工艺问题。106p飞叠技术：如何全面认知一项技术的潜在投资价值？p潜在疑问1：为什么叠片效率能提高六倍？p潜在疑问2：为什么不进一步提高并行数量，进一步提升到12倍、20倍？p潜在疑问3：原材料成本占大头，提升叠片效率有多大意义？107p潜在疑问1：为什么叠片效率能提高六倍？答：传统Z字形叠片的效率受隔膜展开效率限制，现在改成了将隔膜切开再叠。面临新的问题：隔膜质软，切开后的片状物很容易产生皱纹、气泡等，安全隐患。如何解决——将隔膜与负极片粘在一起，利用负极片的强度来保持。108测量统计推理持续改进p潜在疑问2：为什么不进一步提高并行数量，进一步提升到12倍、20倍？答：新工艺对制造精度要求提高（意味着质量管理水平提高，或良品率下降）。这是一个系统工程，此时的瓶颈已不在于叠片，而在于其它。考察新工厂时的技巧：不要看设备，要看测量→统计推理→持续改进这套机制的运行效率。109p潜在疑问3：原材料成本占大头，提升叠片效率有多大意义？答：原材料价格跌落（必然），制造环节的成本会变得比之前更重要一些。飞叠工艺：设备投资、操作人员、占地面积。直接节省成本：维持生产环境恒温恒湿的电力、可以靠近需求端节省的运力等、设备柔性减少的设备投资。间接节省成本：110p短刀电池：叠片工艺、比刀片电池短、可兼容不同的正极材料111p龙鳞甲电池。左：双面水冷、4C快充、高度集成；右：热电分离布置112VS定制型电芯，通过设备参数来灵活调整标准化电芯，通过电池成组来灵活调整各有特点，竞争优劣并非由技术决定，而是由：哪家车企发展好。各有特点，竞争优劣并非由技术决定，而是由哪家车企/电芯企业发展好来决定（路径依赖）ü薄电池、大能量密度、高散热条件——技术方向正确117ü电池产业并非由技术决定。ü4C电池，不仅是换个电池的问题，整车热管理都要大改ü4C电池，受充电桩的影响比较大，无储能难以实现满功率。实际满功率也收益不太大。ü4C电池，在2C桩上，末段的功率也大，这是优点。ü核心：三合一水冷板ü趋势：从电芯到CTP，为未来的CTP做准备自然而然地技术趋势120比亚迪CTB：特斯拉将此技术命名为Structural座椅还是固定在车身横梁上，而特斯Battery拉直接固定在电池盖上。零跑CTCC01，并非成功的车型121传统车企大众技术在2021年7月也提及了传统车企福特在2019年的专利中也提到了类似于CTC技术（但未公布时间表）[1]，它的CTCCTC的技术[1]，只不过电池之间有很多横梁。是CelltoCar，与CelltoChassis本质上也差不多2019年：电池巨头企业LG给出的类似CTC方案[1]，也是保有模组Module。122目录CONTENT1碳中和全景：氢+电2电池3电机4车123p发动机原理：很复杂，依赖大量经验p电机原理：特别简单，电磁学方程可精确描述有时候一个问题解决不了，就需要迭代三五年，中国已有一批世界一流的电机供应商。后来者很难超越。124p产生旋转的磁场，带动转子转动125p定子和转子必须若即若离，节奏一致，方可联动——这就是所谓的电控技术l错开太小：太稳，不转l错开太大：太远了，力小，转不起来l转速差太大：也转不起来126只要定子转得好，那么就可以驱动转子来转动、驱动车辆了！那么定子是咋转的呢？1271820年，奥斯特发现电生磁奥斯特安培定则，右手定律，判断磁场方向128直流有刷电机通过物理连接的变化，产生变化的电场129p1888年，特斯拉发明交流异步感应电机，用交流电产生变化的磁场。尼古拉特斯拉130p感应电机：定子与转子的磁场都由电场感应产生，感应电机里没有磁铁p永磁电机：定子磁场由电场感应产生，转子磁场由永磁体提供，永磁电机里有永磁体，需要稀土感应电机/交流异步电机永磁同步电机131p三极管BJT：以信号控制功率开关132pMOSFET:从流控到压控133pIGBT=BJT+MOSFET134p从SiIGBT到SiCMOSFET135136感应电机永磁同步电机成本低、工艺简单成本高(永磁材料)可靠性高高温震动过流下易退磁高转速时弱磁控制，效率低易实现高转速空转有铁损空转无铁损平均效率高感应磁场消耗无功功率功率密度高功率密度较低137p我叫特斯拉，所以我一定用特斯拉发明的感应电机？ModelS感应电机ModelX感应电机Model3感应+永磁/或永磁138p特斯拉用啥，我用啥。ES8：早期：感应+感应全新：感应+永磁ES6：低配：永磁+永磁高配：感应+永磁139p国外：感应永磁都有；国内：除了蔚来都是永磁同步电机140p为什么重量增加了5%，但续航却减少了10%？p加速爬坡时用两个电机，日常行驶只用一个电机不行吗？3.9秒版本，续航550楞次定律永磁体7.9秒版本，续航605磁场会阻碍运动磁场关不掉→空转电机也有损耗，除非用离合器断开141p不是功率越大，经济性越差吗？ES6怎么反过来了？楞次定律感应电机电生磁耗能，本来是缺点，但这里却成了优点！磁场会阻碍运动基础版：5.6秒版本，续航480(84kWh电池)142性能版：4.7秒版本，续航510(84kWh电池)基础版：160kW永磁+160kW永磁性能版：160kW永磁+240kW感应p国内主要供应商都提供永磁同步电机p中大型高性能纯电动车较少(除蔚来外，2019-2020年才集中出现理想ONE、小鹏P7、比亚迪汉)前6批推荐车型目录各类型电机占比143p电动汽车没有变速箱，它必须在百公里电耗(经济性)、百公里加速(动力性)、最高车速这3个指标之间作出取舍理想ONE百公里加速6.5s最高车速172km/h小鹏P7百公里加速4.3s/6.7s最高车速170km/h比亚迪汉百公里加速3.9s/7.9s最高车速185km/h144145146147148149150151DATS(DynamicAdaptiveTorqueSystem)动态自适应扭矩系统153发动机电机•低转速时无法出转矩→需要离合器•零转速就可以出转矩→不需要离合器•最高转速低→需要变速箱•最高转速低→没变箱器也可以忍154保时捷Taycan2档变速箱因为它是保时捷，所以最高车速不到200km/h实在是看不过眼……155156157ü丰田THS重在「系统」，早期就把「系统」对发动机的辅助作用做到了很高的水平，所以说「骨骼神奇、少年得志」，可以说是一种「前期」路线。ü本田iMMD重在「零部件」，经过十几年的优化才把发动机、电机、电池等零部件和控制策略优化到很好的水平，才能与丰田THS比肩，所以说是「厚积薄发，终成大器」，可以说是一种「后期」路线。üe-POEWR则可以说是比本田iMMD还要厚积薄发的「大后期」路线——第二代e-POWER油耗上已经达到了与丰田THS、本田iMMD比肩并驾齐驱的水平，且拥有纯电驾驶体验158比亚迪Dmi，本田iMMD长城DHT增程式：问界M5、理想L9159功率分流式转矩解耦、转速解耦、机械直驱非要说缺点：浑然天成，不好改配置161目录CONTENT1碳中和全景：氢+电2电池3电机4车162p1800-1850年环保思想的萌芽1分类细化的思想vs万物关联的整体思想n中国古代的“天人合一”只是一种模糊的哲学思想2自然为人而存在vs人是自然生态的一部分n最早预言了三种环境破坏方式：水土流失、空气污染、资源过度利用。亚历山大·冯·洪堡(1769~1859)164p1850-1950年从萌芽到深入人心恩斯特·海克尔(1834-1919)约翰缪尔(1838-1914)蕾切尔·卡逊(1907-1964)系统建立了“生态学”国家公园之父——《寂静的春天》让环保成为科学创立环保组织的运作方式使全球人民认知“环保观念”让环保成为斗争武器让环保成为全球常识165中美德日，为什么发展电动汽车？□民族产业：不切实际的弯路超车？□政绩工程：仕途、补贴？□能源安全：降低石油信赖？□生态环保：减少碳排放？1661912年的电动汽车广告1881年，法国发明家古斯塔夫发明了第一辆实用型电动汽车，比KarlBenz发明第一辆燃油车还早5年。直到1912年，电动汽车的市场份额仍然是内燃机汽车的两倍以上，占有优势。167美国发明汽车流水线，诞生了三大巨头：福特、通用和克莱斯勒。它们总部均设在底特律，被合称为“底特律汽车集团”。1681943年7月26日，洛杉矶空气中弥漫起浅蓝色的浓雾，气味刺鼻。处于二战的美国民众，还以为是日本的化学武器攻击。政府采取关闭化工厂、禁止垃圾焚烧等应对措施，但雾霾却愈演愈烈。1955年的光化学烟雾，两天内导致400多名老人因呼吸衰竭死亡。当时已有人猜测，也许汽车尾气与雾霾有紧密关联，但这一观点遭到汽车公司、石油公司、爱车司机的强烈反对。169加州理工的阿里·哈根·斯米特教授做了一个著名的试验，他用工业制冷器收集了800立方米的空气颗粒物，发现罪魁祸首正是内燃机排放的碳氢化合物和氮氧化物。因为这个重大发现，他被誉为“抗霾之父”。事实无可争辩，但而抗霾之路并非一帆风顺。除了利益团体的反对之外，民众也有不同意见：大家既想要“呼吸清洁空气的自由”，又想要“驾驶汽车驰骋的自由”。在论战之中，斯米特教授不仅要面对辱骂攻击，甚至被跟踪与监视。直到十几年后，加州空气资源委员会(CARB)成立，才找到了正确的斗争之路。170美国的“国五国六”在CARB的工作协助下，美国国会通过了《清洁空气法案》，针对汽车行业特别规定了尾气检测与排放标准。降低排放会增加汽车研发与制造成本，法案初期只需要在排气系统中添加三元催化剂，就可以达到要求。171排放法案日益严格，通用汽车决定反击通用汽车是谁啊，它二战时为美国生产飞机担克，二战后创立了现代养老金制度，政治地位堪称美国的“共和国长子”。通用老早就憋着一口恶气了，这次它决定绝地反击：它将CARB告上法庭，指责排放法案过于严格，违背了技术发展规律——简而言之，就是你们一群不懂技术的官员瞎JB搞。通用胜诉——排放法案推迟→国六暂停执行172本田的清洁发动机技术，满足排放标准本田宗一郎革新了内燃机的燃烧室结构，奇迹般地满足了1976年排放法案。于是通用汽车被啪啪打脸：人家一个造摩托的都能实现的技术，你为啥不行？→让特斯拉进入中国1731990年的洛杉矶车展上，它展出“冲击”(Impact)电动汽车。它一时间，媒体纷纷赞扬通用，称“士别三日，当加速极快、噪音很小，阔别70余年的电动汽车闪亮归来，的确给刮目相看”。就连阿甘都说：开这辆车，等同于那个时代带来了巨大的“冲击”。挽救美国。174制定了最终期限为1998年的“零排放汽车”积分政策：加州境内年销量超过3.5万辆的汽车企业，销售零排放汽车将获得积分；如果没有销售，则必须从其他企业购买积分。将CARB再次告上了法庭，再次打赢了官司，将“零排放”政策推迟到2013年。数十名加州环保主义者前来参加了这场电动汽车的葬礼，现场视频被收录到纪录片《谁杀死了电动汽车》中，引起了强烈的反响。电动汽车仅仅是回光返照？175？据某汽车集团总裁回忆，他还清晰记得那个阳光明媚的上午。一个副总裁汇报：——“最近听到一家PPT造车公司，要把6000多节电池组装起来，造电动汽车。”——“6000多节？”——“是的老大，不是汽车电池，是圆圆的笔记本电池。哈哈哈~”会议室充满了快活的空气。176p最近10年，新能源汽车与碳中和大业，胜利会师！几年之后，特斯拉将汽车发射到了太空，赢得了全球赞誉；注：特斯拉的营销广告费用是0.而通用汽车则需要从2008年破产危机中慢慢恢复元气。177p同一款车，欧洲、中国销售却显示了不同续航里程，为什么？179pNEDC(NewEuropeanDrivingCycle)：新欧洲驾驶工况。欧洲与中国的主要测试工况，直到2020年才被替代为WLTC。pWLTP(WorldLightVehicleTestProcedure)：世界轻型车测试规程。欧洲开发出的新标准，命名为「世界标准」，挺霸气。pCLTC(ChinaLightVehicleTestCycle)：中国轻型车测试工况。由中汽研中心牵头，行驶超过41个代表性城市，建立了包含3832辆车的采集车队，覆盖传统乘用车、轻型商用车和新能源汽车，收集了约3278万公里的车辆运动特征、动力特征和环境特征数据后编制而成，2021年10月正式实施。相关标准为<电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法>。pEPA(EnvironmentalProtectionAgency)：美国环保局制定的一种测试标准，一直在美国实施。180p电动车，车速越快、续航越低181p电车蜜糖、油车砒霜182大多没有变速箱没有发动机余热电池需要热管理•高速情况下，电机效率显著•夏天一般33度，最多35度，•无论是制冷还是制热，电降低；空调开到25也就是8度的温池的热管理耗费的能量不差。可忽略，甚至比座舱空调•再加上买电动车的人日常用还费电车里程更多，意味着高速工•冬天那可就费劲了，零下10况可能更多，更加剧了这一度开到20度，那就是30度情况的温差——燃油车用发动机余热就可以，电车则要拼了老命183高高速速能能耗耗低温能耗等速测试优优化化优化沿用当前标准，车企没有激励去改座舱加热、电池热管理、除雾功能，CLTC：测试基础表现，特别是制进高速能耗。或者说，改进了高速都是耗能大户。除了投入成本研发新动能量回馈水平的考察。能耗后，拿不到工信部的官方认可，技术之外，软件策略上的优化也有不0℃的120km/h等速测试：必须依赖各种「媒体续航测试」来少改进空间。由于现行标准不测，所-7℃的实验室太贵，0℃就好得宣传，这也不是车企喜欢的状态以车企也没有激励去优化这些「细节」多，主要是测试一下高速驱动效率，以及低温工况下的电池性能、电池热管理效率、空调效率与除雾效率。184THANKS