萬億美元電動化交通市場面臨諸多挑戰(zhàn)

在前不久舉辦的第六屆進博會上，低空出行新勢力御風未來聯(lián)合Ampaire（安飛公司）展示了空中出租車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噸級電動垂直起降飛行器和使用油電混合動力的9座飛機。相信在不久的將來，我們真的可以乘坐“飛的”出行。

電動飛行器只是汽車之外電動化趨勢的一個縮影，在航空航天領域，電動飛機和無人機的發(fā)展正在加速，為的是減少碳排放，降低噪音污染。

事實上，在交通工具中，還有其他很多形式，如電動公交、面包車、卡車、微型車、船只、建筑、火車和eVTOL（電動垂直起降空中出租車）。一切都在向電動化方向發(fā)展。

汽車以外也在電動化的路上

汽車行業(yè)正在迅速實現(xiàn)電動化，2020年，歐洲短暫超過中國成為最大的電動汽車市場，2021年中歐銷量相當，2022年中國重新占據(jù)主導地位，純電動汽車和PHEV汽車銷量是歐洲的2.5倍；2023年上半年，中國、歐洲和美國的電動汽車銷量分別為340萬輛、150萬輛和81.5萬輛，總計達到571.5萬輛。

IDTechEx首席技術分析師James Edmondson博士認為，雖然汽車電動化是公眾關注的焦點，但其他行業(yè)也存在巨大機遇，2044年，不包括汽車，全球陸上、海上、空中電動化價值將超過1萬億美元。

汽車以外的所有類別也在迅速實現(xiàn)電動化

全球交通電動化進展

電動乘用車

就電池需求和市場價值而言，乘用車是預測期內最大的電動汽車市場。2022年，純電動汽車和PHEV汽車的銷量再次飆升，達到1050萬輛，前一年為650萬輛。

根據(jù)全球電動汽車平臺EVEVS預測，預計2023年全年銷量將超過1200萬輛，略低于IDTechEx預計的1350萬輛。不過，IDTechEx認為，HEV的增長將明顯放緩，歐洲可能略有下降，標志著向全面電動化的過渡。

美國的下一個大戰(zhàn)場很可能是電動皮卡。美國乘用車市場很大一部分由皮卡占據(jù)，但電動皮卡的銷量遠不及其他電動乘用車。

現(xiàn)在，傳統(tǒng)汽車制造商和初創(chuàng)企業(yè)都將重點放在電動皮卡，Rivian的電動汽車技術有一定創(chuàng)新和突破，但更具品牌影響力、產(chǎn)品線豐富、銷售渠道完善的福特F150有望后來居上。特斯拉Cybertruck跳票近兩年，計劃于11月30日在德州超級工廠開始交付。

商用車

商用車包括貨車、卡車、公共汽車，其部署量比乘用車小，但也在大力發(fā)展電動化，是實現(xiàn)全球減排的重要領域。這些市場處于電動化的早期階段，但已取得重大進展。

電動公共汽車在中國發(fā)展很早，市場已接近飽和，而全球銷量要到2040年才能超過2016年峰值，未來增長將由中國的替代產(chǎn)品和歐洲的更多采用來推動。歐洲大部分市場一直由中國汽車制造商支撐，其本地供應也在增加。

輕型商用車（LCV）車隊的電動化被證明是向客戶展示綠色證書的有效方式，同時有助于大大降低運營商的總擁有成本。亞馬遜和UPS等都在電動化方面進行了大量投資和布局，以適應現(xiàn)代物流和運輸?shù)男枨?。在歐洲，普通貨車制造商8%的新車是電動LCV。

特斯拉、戴姆勒、大眾和沃爾沃都在大力投資電動卡車，豐田和現(xiàn)代則選擇集中于燃料電池卡車，以此作為未來的動力系統(tǒng)。盡管氫燃料的效率和成本存在問題，燃料電池汽車（FCEV）作為一種長途卡車運輸應用技術，還要依賴于低成本綠氫的生產(chǎn)。

進博會上展示的豐田氫燃料電池系統(tǒng)

隨著世界各地越來越多的城市和國家在2030年前逐步淘汰燃油車，以及該技術提供所需日常工作周期的成本效益和能力得到證明，卡車車隊的電動化將會迅速實現(xiàn)；2022年電動卡車的銷量是2021年的2.2倍，顯示出指數(shù)級增長已經(jīng)開始。

微型電動汽車

微型電動汽車（MicroEV）是中國、印度和其他幾個亞洲地區(qū)個人出行的主要形式，包括兩輪車和三輪車。就電動化而言，其電池已由鉛酸電池進化到鋰電池。由于這些車輛的電池體積小，電機功率低，可以提供相對低成本的電動化出行。

微型電動汽車是一種新興的交通方式，在中國頗受歡迎，這要歸功于所需的續(xù)航里程要求較低，且比全尺寸汽車更容易穿越擁擠的城市，從長遠來看仍將是一個巨大的市場。

在北京，出于交通安全和防火的考慮，政府正采用報廢補貼形式更新微型電動小客車，新購車需為納入新能源汽車推廣應用推薦車型目錄的小型、微型純電驅動載客汽車（包含純電動汽車、燃料電池汽車、增程式電動汽車）。

電動和混合動力船舶

疫情以來，因為在辦公室的時間越來越少，休閑劃船的興趣和自由時間增加，電動船舶市場增長了兩倍。雖然低功率舷外發(fā)動機通常比同等汽油機貴兩倍，但從TCO角度看，經(jīng)濟及其他優(yōu)勢（如安靜、清潔等）都很有吸引力。盡管如此，高電池價格仍然是高功率舷外或舷內發(fā)動機的障礙。與汽車市場不同，該行業(yè)缺乏政策驅動，十年內基本不會改變。

2016年以來，隨著該行業(yè)對價格的敏感性降低和電池價格減半，使大型商用電動和混合動力船舶市場開始上揚。一個強大的經(jīng)濟驅動因素是縮小超大發(fā)動機尺寸，使用電池為OSV（海上補給船）等短海船舶的峰值負載供電。渡輪是最常見的電動船只，作為一種唾手可得的果實，它有機會充電并在更短、一致的路線上行駛。

建筑用電動汽車

對氣候變化的更廣泛承諾促使挪威和荷蘭等一些國家，包括沃爾沃等公司制定自己的建筑設備電動化目標。健康和安全問題，如柴油顆粒物排放對建筑工人健康和噪音的影響，也是重要的驅動因素。早期的車輛開發(fā)大多是改裝，現(xiàn)在汽車制造商正在從頭設計大型電動汽車并批量生產(chǎn)，以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。

據(jù)預測，到2044年，電動建筑車將成為價值約1540億美元的市場。20年來最大的工程機械市場是小型挖掘機、挖掘機和裝載機，電動化發(fā)展最初集中在運行時間相對較短和能耗較低的車輛。

電動垂直起降空中出租車

eVTOL商業(yè)化時間表在很大程度上取決于每個地理市場的最終認證過程。許多公司表示，他們認為至少還要五年的認證過程，目前認證標準尚未完全到位。在生產(chǎn)eVTOL之前，許多公司需要解決重大的技術和資金問題。

電動化交通的技術挑戰(zhàn)

電動化交通的技術挑戰(zhàn)主要來自于電池、電機和功率電子幾個方面。

電池

電動汽車市場的電池化學成分發(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，然后又大舉回歸，尤其是在中國。主要原因是磷酸鐵鋰具有安全性高、壽命長、不含重金屬和稀有金屬等優(yōu)勢；通過技術進步和產(chǎn)業(yè)鏈的完善，LFP的性能得到了大幅提升，例如通過采用新的生產(chǎn)工藝和添加新的元素，進一步提高了其能量密度和壽命。

不過，隨著電池開始達到性能極限，環(huán)境和供應風險凸顯，鋰離子電池的改進和替代品也變得越來越重要，包括電池設計、硅陽極、固態(tài)電池和CTP（電芯到電池包）/CTC（電芯到底盤）等。

在電池技術研究方面，硅基電池、鈉硫電池、固態(tài)電池、鋰硫電池都有各自的特點和優(yōu)勢，也都有一些技術、工藝、能量密度、成本等方面的問題需要解決。各種方案都在不斷探索和發(fā)展中，未來隨著技術進步和應用場景的需求變化，可能會有更多的新型電池方案出現(xiàn)。

電動汽車銷量和電動汽車電池需求

電機

隨著電動汽車的采用，電機技術迅速進步，而可持續(xù)性材料的使用正成為人們關注的焦點。為了降低成本和對稀土的依賴，特斯拉、奧迪和一些Tier1采用了無永磁體設計。這些電機具有更高的可控性和靈活性，可以在不同的轉速和負載條件下實現(xiàn)高效、節(jié)能的運行；并具有較低噪音和振動及較高的可靠性。

功率電子

汽車功率電子產(chǎn)品的發(fā)展包括逆變器、車載充電器和DC-DC轉換器，這些部件可以提高動力系統(tǒng)效率，減小電池組容量或提高續(xù)航里程。一個關鍵轉變是向碳化硅MOSFET和800V或以上的高壓車輛平臺過渡。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隨之減少，有更多的功率進入電池，進而加快充電速度。

特斯拉在2018年率先采用800V平臺，許多公司現(xiàn)在也部署了碳化硅。這一轉變給功率模塊封裝帶來了新的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

首先，電壓提高，需要通過隔離來實現(xiàn)敏感電子元器件與快速瞬變高壓組件（如電機）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)生的熱量也會增加，可能導致鍵合點的松動或斷裂；800V系統(tǒng)對芯片連接處的電氣性能和熱性能要求更加嚴格；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、導電膠或焊接材料以及高導熱基板材料和精細的布線技術。

充電基礎設施

充足的充電基礎設施是汽車電動化的關鍵，每年部署的數(shù)千萬輛純電動汽車和PHEV將推動充電基礎設施的部署。其背后包括AC和DC充電、換電和無線充電等替代技術。

換電技術具有速度快、降低成本、提高電池壽命、方便靈活的特點，缺點是需要建設大量換電站和配備專業(yè)維護團隊，成本較高，且難以實現(xiàn)跨車型換電。汽車無線充電技術還處于研究階段，有很多問題需要解決，其中效率較低、需時更長等問題是無線充電的天生缺陷。

不管怎樣，電動化交通市場都在不斷發(fā)展。隨著環(huán)保意識的提高和技術的進步，加上政策的推動，電動交通工具將逐漸成為人們日常出行的主要選擇。