我國將汽車電動化產品中的純電動車BEV、具有被充電功能的混合動力汽車PHEV或帶有發動機——發電機組的電驅動汽車REEV以及燃料電池汽車FCEV等稱為新能源汽車;而不具備充電功能的發動機-電機油電(氣)混合動力,則被歸類為節能汽車。

2014年底在德國柏林召開的汽車變速箱創新大會上,參會的1200多各國業界專家和工程師參加按鍵投票,98%預測到2030年每輛汽車至少搭載一臺驅動電機。

我國汽車產業必須抓住這個千載難逢的歷史機遇,緊跟全球汽車電動化的大潮,加快使汽車產業由大變強。

1發展新能源汽車產業勢在必行國家能源安全的需要。

如今,全球可供廉價開采的石油資源不斷減少,依賴進口的石油供給對國家能源安全產生嚴重挑戰。2014年我國進口石油已達58%,預計2020年進口量將逼近70%,新增石油進口量的70%將用于日益增長的公路交通或汽車相關行業。發展節能和新能源汽車有利于減輕石油進口壓力,增強國家能源安全。

民生對清潔空氣的需要。

霧霾是我國特別是人口稠密的一線城市近幾十年來所面臨的最大環境問題。

以北京為例,市政府2014年統計分析認為機動車和工程車微顆粒排放對PM2.5的貢獻達22.2%,而今年環保部的分析結果顯示大氣PM2.5的污染31.5%來源于機動車。究其對空氣污染的精確負面影響度仍有待認證,然而5月份APEC會議和9月份閱兵期間北京重現藍天白云是不爭的事實。實踐證明,將北京市的機動車實行單雙號限行(一半燃油車停行或引入50%新能源汽車)加上適當限制周邊重度污染企業開工,“APEC藍”和“閱兵藍”不僅可以創造而且可以持續。

碳排放與燃油經濟性倒逼汽車電動化。

全球二氧化碳(CO2)排放的23%來自交通領域,而公路交通相關工業占比高達17%。2007年4月美國最高法院將CO2定義為排放,從而使全美國限制汽車CO2排放有了法律依據。美國公司銷售前20萬輛新能源汽車,可得到0克/公里CO2的評分獎勵,超過20萬輛以上產銷則開始記入上游電力結構CO2排放;達不到燃油經濟性指標的汽車公司難以進入美國市場,或即使已經進入也要承受美國政府的巨額碳排放超標罰款。

在北美、歐盟和亞太中國等區域,如果沒有節能和新能源汽車,便無法滿足碳排放法規(中國是規劃),故混合動力、增程混合動力和純電動汽車是全球滿足碳排放和公司平均油耗法規(規劃)僅有的技術藍圖和產業方向。

2新能源汽車產業發展的突破口模塊和帶電池管理系統集成技術有待提高。

與傳統汽車的油箱相比,用于新能源汽車驅動的儲能單元電池更復雜,是新能源汽車發展的技術難點。

究其原因:其一、汽車動力性要求電池快充快放,即功率較大;其二、同時要求每次充電后可行駛里程長,即蓄行能量高;其三、再進一步汽車要求體積小、重量輕。

根據化學和物理原理,滿足以上三種要求的功率密度、能量密度均高的電池技術受限。我國電池單元技術接近世界水平,但是模塊和帶電池管理系統的集成技術相對落后。隨著補貼政策的退坡,受到國際電池供應商的挑戰非常嚴重。

充電難是電動車發展的設施瓶頸。

新能源汽車需要大多數分散的常態充電樁方便用戶日常充電,同時需要小部分相對集中、位置合理的快速充電站滿足散戶快充和集中用戶需求。

充電樁數量增多、質量提高、標準統一以及充電效率是主流發展需求。無論如何,日充換電數百輛的巨型充電站不符合現階段電動車用戶的實際需求,是一種浪費。

核心零部件競爭力不足。

隨著產品市場化的需求和補貼政策的退坡直至取消,國際供應商正迅速擴大市場份額,而我國具有國際競爭力的電驅動系統供應商更是鳳毛麟角。

在量產成品性價比上,國產控制器競爭力也不足。不僅如此,控制器的核心功率模塊從芯片到封裝全靠進口,數字信號處理器、膜式電容、專有電路與芯片等幾乎98%依賴從歐美和日韓等國進口。

實際上我國每年進口功率電子芯片和模塊的錢已經遠遠超過進口石油花費,2014年多于2800億美元。

除了專用芯片、功率電子元器件外,我國的材料、精密機械部件、傳感器、高檔接插件等方面也落后于發達國家。

高端設備和產線的自主能力不足。

我國自主研發和國產的儀表設備可以滿足產業早期“從無到有”階段的需求,但是隨著“從有到優”和國際競爭力提升的需求,實驗室必須裝備用于穩態、動態性能測試等的高精度、高端設備。我國自主能力受到挑戰,基本轉向依賴進口或合資供應商。

以“工業4.0”代表的德國先進制造業為例,電機系統生產高度自動化、IT化和數據化,而我國電機下線、控制器裝配、物流等仍以手工和半自動為主。

“中國制造2025”不僅要追趕工業4.0,還要在工業2.0、3.0方面“補課”。否則,不僅中國制造的全球競爭力受到質疑,而且新能源汽車領域既得自主市場也面臨倒退回傳統汽車“空心化”局面。

對第三代功率半導體控制器認識不足。

業界普遍接受電池是新能源汽車的技術瓶頸、充電設施是運營瓶頸,但是對電機系統,尤其是功率電子挑戰認識不足。

事實上,我國電池從材料、單元到模塊、系統集成全產業鏈均解決了從無到有的問題,只是競爭力弱;而在汽車功率電子上,我國處于產業鏈空白,建立在現代功率半導體(IGBT和MOSFET等)基礎上的電子電路、芯片和模塊幾乎全都依賴進口。

目前,以碳化硅、氮化鎵等為代表的第三代寬禁帶功率半導體已經成為電機系統控制器元器件的發展趨勢。日本豐田公司已經開發出基于碳化硅控制器的電驅動總成樣車,將現有混合動力汽車油耗降低5%,計劃2020年批量投產,累計油耗降低10%,而且生產廠房已經建成,包括碳化硅芯片、封裝、模塊集成和系統集成等。

現代功率半導體控制器向第三代寬禁帶功率半導體控制器的演化,既是創新賦予的機遇,又是歷史發展的挑戰。循序漸進地推動全產業鏈發展,結合推動電機設計和智能產業化以及動力總成的系統集成等核心技術發展,有利于創新汽車產業全球核心競爭力。