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Les gens imaginent et aspirent toujours à : à quoi ressembleront les voitures du futur ?
S’il existe une réponse standard, elle doit être plus légère, plus rapide et plus intelligente.
Prenons l'exemple des véhicules à carburant traditionnel. Son évolution se traduit par une consommation de carburant et des émissions réduites. Les données de l'enquête montrent que chaque réduction de 30 % du poids du véhicule peut augmenter le rendement énergétique de 20 à 24 % et réduire les émissions de dioxyde de carbone de 20 %.
Dans le contexte de la neutralité carbone, l’allègement des automobiles est une direction que poursuivent les grands constructeurs automobiles. L’arrivée de la nouvelle ère énergétique a en outre jeté les bases de l’évolution de l’intelligence automobile.
D'une part, le système d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle représente généralement 30 à 40 % de la masse totale du véhicule, ce qui est nettement supérieur à la proportion de masse et d'espace du système d'alimentation des véhicules à carburant traditionnels.
D'autre part, pour les véhicules à énergies nouvelles, la légèreté signifie une autonomie plus longue, ce qui constitue une bouée de sauvetage importante pour le développement de véhicules à énergies nouvelles.
Sous l'exigence de légèreté, la nouvelle piste de véhicules énergétiques a de nouvelles règles de jeu et un nouveau gameplay. Diverses technologies légères ont pu entrer sur la scène de l'époque, se reconstruisant et s'interprétant.
Par rapport aux accessoires automobiles traditionnels, l'installation de capteurs tels que le lidar rend les voitures plus intelligentes. Cependant, même si plus d'une douzaine de capteurs sont actuellement équipés sur les véhicules, ils ne peuvent pas résoudre complètement les problèmes de sécurité dans tous les scénarios. .
Les capteurs quantiques sont des capteurs extrêmement précis construits à l'aide de mécanismes quantiques. Pour faire simple, les capteurs quantiques sont plus précis et plus sensibles que les capteurs traditionnels.
Ces dernières années, avec l'évolution de la technologie, l'application commerciale des capteurs quantiques est devenue de plus en plus populaire, et les capteurs quantiques ont commencé à apparaître dans des domaines tels que la médecine et la biologie.
Dans le contexte du développement intelligent, les capteurs quantiques s'accélèrent également vers le marché automobile. L'application des capteurs quantiques dans le domaine automobile peut fournir aux voitures des « réponses plus sensibles » et des « yeux avec une vision plus forte ».
Des experts faisant autorité dans l'industrie ont déjà prédit que "à l'avenir, les capteurs quantiques joueront un rôle de plus en plus important dans le domaine automobile".
Cependant, les capteurs quantiques traditionnels comportent de nombreux composants, sont plus grands en taille et en poids, et sont plus grands. monté sur les voitures Cela semble irréaliste.
En 2019, des chercheurs du MIT ont créé des capteurs quantiques à base de diamant sur des puces de silicium en utilisant des techniques de fabrication conventionnelles pour presser de nombreux segments conventionnellement énormes sur des carrés de seulement quelques dixièmes de millimètre de large.
Après trois ans de baptême, les capteurs quantiques diamant ont réalisé de nouveaux progrès.
Récemment, des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo ont signalé une technologie de détection basée sur des capteurs quantiques en diamant, amenant pour la première fois les capteurs quantiques en diamant dans le domaine des batteries de véhicules électriques.
De manière générale, les véhicules électriques surveillent la puissance restante dans la batterie en analysant la puissance actuelle de la batterie et calculent l'autonomie restante. Cependant, ce processus présente souvent un taux d'erreur de 10 %, ce qui entraîne une utilisation inefficace de la batterie.
La technologie de surveillance basée sur des capteurs quantiques en diamant peut réduire le taux d'erreur à 1 %, voire 0,11 %.
En d’autres termes, avec cette technologie, l’autonomie des véhicules électriques peut être prolongée de 10 %, ou en d’autres termes, le poids de la batterie peut être réduit de 10 % pour la même autonomie.
Selon des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo, les capteurs en diamant peuvent également aider à surveiller la température, contribuant ainsi à améliorer le contrôle de la batterie.
Dans l'industrie, la technologie des batteries au lithium métal à l'état solide est saluée comme une technologie « perturbatrice » et est même appelée l'avenir des batteries de puissance.
Qu'est-ce qu'une batterie lithium-métal solide ?
Différent des batteries au lithium traditionnelles actuellement utilisées dans les batteries de véhicules électriques sur le marché, d'une part, les batteries au lithium métal à semi-conducteurs utilisent du lithium métal dans l'électrode négative pour remplacer le graphite et le silicium utilisés dans les batteries traditionnelles du marché, qui peut atteindre une densité énergétique plus élevée ; d'autre part, l'utilisation d'électrodes solides et d'électrolytes solides au lieu d'électrolytes liquides ou en gel polymère dans les batteries lithium-ion peut empêcher la fuite d'ions lithium, réduisant ainsi l'apparition de courts-circuits dans la batterie.
Pour faire simple, par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles sur le marché, les batteries au lithium métal à semi-conducteurs sont plus petites et plus légères. De plus, elles se chargent plus rapidement, ont une durée de vie plus longue et sont plus sûres.
Ces dernières années, que ce soit dans le monde universitaire ou dans les cercles financiers, on peut dire que la recherche de batteries au lithium métal à l'état solide est de plus en plus folle. La raison en est qu'elle peut considérablement atténuer « l'anxiété en matière de sécurité » dans le processus de développement des nouvelles énergies. véhicules et « l'anxiété d'autonomie », et est également plus conforme à la tendance légère du développement futur des véhicules électriques.
Cependant, des difficultés techniques difficiles à surmonter depuis longtemps ont rendu difficile la sortie réelle des batteries au lithium métal solide du laboratoire.
Ces dernières années, les bonnes nouvelles se succèdent.
Complètement chargée en 3 minutes, le cycle de charge dépasse 10 000 fois, la durée de vie de la batterie dépasse 20 ans, l'Université Harvard aux États-Unis a réalisé une nouvelle percée technologique dans la recherche de batteries au lithium métal à l'état solide.
En mai de l'année dernière, l'Université Harvard aux États-Unis a annoncé les progrès des batteries au lithium métal à semi-conducteurs, mais la technologie de l'époque était bloquée au niveau de « charge complète en 10 à 20 minutes, durée de vie de la batterie de 10 à 20 minutes ». 15 ans".
On peut dire que cette nouvelle avancée dans la technologie des batteries au lithium métal à l'état solide a directement élevé le niveau moyen de la technologie des batteries. Si elle est véritablement industrialisée à grande échelle, elle pourrait devenir la clé pour résoudre les problèmes qui limitent le développement. des véhicules électriques et renforcer davantage l’industrie automobile électrique.
Actuellement, les batteries au lithium métal à semi-conducteurs accélèrent leur application commerciale.
Il est entendu que la startup Adden Energy a annoncé avoir reçu une licence technologique exclusive de l'Office of Technology Development de l'Université Harvard pour faire progresser la commercialisation de la technologie, dans le but de réduire la batterie en une "batterie souple" de la taille d'une paume. ".
Le « Rapport d'étude de marché approfondie et de suggestions de stratégie d'investissement sur l'industrie des batteries au lithium métal entièrement solides 2021-2025 » montre qu'il est prévu que le premier lot de batteries au lithium métal à semi-conducteurs entrera sur le marché avant 2025. Dans les 10 prochaines années, les batteries au lithium métal à semi-conducteurs seront le premier choix pour les véhicules électriques. Tendances de développement des batteries de puissance automobile.
Lors de la Conférence mondiale sur les batteries de puissance 2022, Zeng Qinghong, président du groupe GAC, a déclaré : « Je travaille pour CATL », exposant complètement le dilemme dans le domaine des batteries de puissance automobile à la vision du public.
Ces dernières années, les constructeurs automobiles recherchent de nouveaux fournisseurs tout en s'appuyant sur le marché pour apporter de nouveaux « substituts ».
Le nouveau concept de « batterie anode au vanadium » a également fait son apparition cet été.
En juin, selon les médias étrangers, TyFast a annoncé que la société avait développé et fabriqué des batteries à anode au vanadium. Elle a déclaré que les batteries à anode au vanadium se chargent 20 fois plus rapidement que les batteries lithium-ion ordinaires, peuvent prolonger leur durée de vie 20 fois et. peut être complètement chargé en 3 minutes, prend en charge 20 000 cycles de charge. Il est entendu que la batterie peut encore fournir 80 à 90 % de la densité énergétique des batteries actuelles.
Tout d’abord, comprenons ce qu’est une batterie anode au vanadium.
Contrairement à la batterie au vanadium (batterie à flux redox entièrement vanadium) qui a suscité une vague de discussions l'année dernière, les batteries à anode au vanadium sont toujours des batteries lithium-ion.
Le temps de charge des batteries lithium-ion traditionnelles est affecté par la vitesse des ions lithium entrant et sortant de l'anode. Le graphite utilisé dans l'anode a une structure planaire et peut glisser librement entre eux.
Différent des batteries électroniques au lithium traditionnelles, TyFast utilise de l'oxyde de lithium vanadium (LVO) pour fabriquer l'anode de la batterie, ce qui présente deux avantages majeurs par rapport au graphite.
D'une part, la vitesse de transmission de l'oxyde de lithium vanadium (LVO) est 10 fois supérieure à celle du graphite, ce qui réduit considérablement le temps de charge. D'autre part, pendant la charge et la décharge, l'oxyde de lithium vanadium (LVO) se dilate et se contracte. moins que le graphite, ce qui signifie qu'il y a moins de dommages mécaniques et chimiques à l'anode, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie. Cependant, les batteries à anode au vanadium présentent également des inconvénients. Par rapport au graphite, le LVO de même masse contient moins d'ions et est plus cher. prix des anodes en graphite double. Cependant, l’équipe de recherche estime que le LVO ayant un cycle de vie plus long, il peut compenser son coût élevé.
En 2020, les nano-ingénieurs de l'UCSD et les co-fondateurs de Tyfast ont signalé pour la première fois l'anode LVO dans le magazine Nature. Actuellement, le produit de la batterie anode au vanadium est toujours à l'ordre du jour.
Avec l'itération de la technologie, elle pourrait être disponible sur le marché dans un avenir proche.
Technologie de décharge hybride
Les véhicules à carburant traditionnels qui dépendent du carburant peuvent provoquer des incendies de voiture en cas de collision. Les véhicules électriques qui dépendent de batteries haute tension subiront-ils également des chocs électriques après une collision ? Auparavant, il y avait eu une vague de discussions dans l'industrie.
Des recherches pertinentes montrent que même si la probabilité d'occurrence est très faible, cela est toujours possible.
Dans les véhicules électriques, les composants tels que les batteries de puissance, les moteurs d'entraînement, les boîtiers de distribution haute tension et les faisceaux de câbles haute tension forment le système haute tension de l'ensemble du véhicule. De manière générale, la tension de la batterie des véhicules électriques est de l'ordre de 336. -Gamme 800V.
Dans la construction automobile, afin d'éviter les chocs électriques à haute tension, les véhicules électriques seront équipés de dispositifs de protection contre les chocs électriques intégrés. Après une collision, le système de commande central de la voiture coupera le circuit haute tension correspondant. les fils sous tension et neutre de l'alimentation électrique de la voiture. Si les courants ne sont pas égaux, le disjoncteur se déclenchera immédiatement, isolant la batterie des autres composants et déconnectant le moteur d'entraînement via la boîte de vitesses.
Le règlement R94 de la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe (CEE-ONU) stipule qu'après une collision, la tension de tout composant du véhicule autre que la batterie elle-même doit être réduite à un niveau sûr (60 V) en moins d'une minute.
Cependant, en réalité, lorsqu'une voiture entre en collision, l'énergie électrique résiduelle et l'énergie mécanique stockées respectivement dans le condensateur et le moteur maintiendront le niveau de courant initial dans le bus CC pendant plus de 5 minutes, ce qui non seulement viole la sécurité haute tension. exigences, mais augmente également le risque de choc électrique.
En juillet de cette année, le Dr Yihua Hu, professeur agrégé à l'Université de York au Royaume-Uni, et son équipe de recherche ont proposé une technologie qui peut réduire considérablement le risque que cela se produise. La recherche pertinente a été publiée dans la revue "IEEE Transactions on". Electronique de puissance".
Le Dr Yihua Hu et son équipe de recherche ont proposé qu'une décharge rapide et sûre puisse être obtenue en assistant le circuit de décharge externe via l'enroulement interne de la machine. Des simulations et des expériences ont été réalisées sur le système moteur en laboratoire.
Les résultats expérimentaux montrent que la combinaison de purgeurs de circuit et d'enroulements internes de la machine peut réduire en toute sécurité la tension du bus CC à 60 V en seulement 5 secondes.
Il est entendu que cette technologie peut réduire la taille du groupe de brûleur interne de la machine et obtenir une technologie de décharge légère et peu coûteuse. L'équipe travaille actuellement avec deux sociétés, Dynex Semiconductor et Lotus Cars, pour tester cela dans le monde réel. . technologie.
Dans la tendance de développement de l'électrification et de l'intelligence, les avantages des disques de frein en carbone-céramique sont devenus de plus en plus importants.
Par rapport aux disques de frein traditionnels fabriqués à partir de matériaux métalliques, les disques de frein en carbone-céramique sont plus résistants aux températures élevées, ont des performances de friction plus élevées et sont plus stables dans le système de freinage, ils peuvent réduire la génération de chaleur et les accidents d'incendie causés par la friction.
La densité des disques de frein en carbone-céramique est inférieure. À taille égale, les disques de frein en carbone-céramique sont plus de la moitié plus légers que les disques de frein traditionnels. En tant qu'élément clé pour la réduction du poids des véhicules électriques, les disques de frein en carbone-céramique ont été utilisés. ces dernières années. Il est fréquemment recherché sur le marché.
Les plaquettes de frein en carbone-céramique sont plus conformes à la tendance du développement intelligent. L'utilisation de plaquettes de frein en carbone-céramique peut améliorer considérablement la vitesse de réponse et raccourcir la distance de freinage.
Ces derniers temps, les disques de frein en carbone-céramique ont été fréquemment mentionnés sur le marché automobile. Il n'y a pas si longtemps, Tianyi Shangjia a annoncé qu'elle avait été désignée par un certain constructeur automobile pour le développement et qu'elle se lancerait bientôt dans le développement et la production de freins en carbone-céramique. disques pour modèles spécifiques.
En juin de cette année, Jinbo Co., Ltd. est devenu le fournisseur désigné des disques de frein en carbone-céramique GAC Aian. Seulement un mois plus tard, il a de nouveau été désigné par BYD.
Ces dernières années, les équipementiers nationaux ont accru leur déploiement de disques de frein en carbone-céramique.
En fait, il n'est pas trop tard pour que les plaquettes de frein en carbone-céramique apparaissent sur le marché Dès le Salon international de l'automobile de 1999, le mystère des plaquettes de frein en carbone-céramique a été dévoilé. En 2021, Tesla a annoncé qu'elle fournirait des kits de freins en carbone-céramique pour sa voiture de production la plus rapide, la Model S Plaid.
Les disques de frein en carbone-céramique présentent des avantages évidents, mais en raison de contraintes de coût élevées, il est difficile de les appliquer commercialement à grande échelle. Auparavant, les plaquettes de frein en carbone-céramique n'apparaissaient que sur les modèles de marques haut de gamme, mais maintenant avec l'itération de. technologie, le coût a été réduit, le disque de frein en carbone-céramique accélère pour « monter sur la voiture ».
2023 est considérée comme la première année pour l'ampleur des disques de frein en carbone-céramique. Les statistiques de China Merchants Securities montrent que le marché intérieur devrait atteindre 7,8 milliards de yuans en 2025 et que la taille du marché intérieur devrait dépasser 20 milliards en 2030. .
"Une voiture électrique peut être complètement chargée le temps de boire une tasse de café." Avec l'émergence du système de recharge de 800 volts, cette vision devient lentement une réalité.
La tendance à l'électrification a suscité beaucoup d'anxiété en matière d'autonomie, et le problème de la « difficulté de recharge » a incité de nombreux consommateurs à se détourner des véhicules électriques.
Il est urgent d'améliorer la durée de vie de la batterie et l'efficacité de la charge.
Étant donné que la densité énergétique des batteries électriques est difficile à augmenter de manière significative en peu de temps, les joueurs ont commencé à compter sur l'augmentation de la tension ou du courant de la batterie sous la même taille pour obtenir une « charge ultra rapide ». le système de charge de 800 volts Devenez l’un des transporteurs importants pour améliorer l’efficacité de la charge.
Actuellement, le système de recharge de 400 volts est encore couramment utilisé sur le marché, et le système de recharge de 800 volts est un concept relativement nouveau.
Le système de charge dit de 800 volts améliore les performances de charge de la batterie et l'efficacité du fonctionnement du véhicule en doublant la tension et le même courant. Sous la même taille de batterie, le système de charge de 800 volts peut raccourcir la charge. temps de moitié, ce qui réduit considérablement la taille et le coût de la batterie.
Il est entendu qu'en utilisant un chargeur de 800 volts et 350 kilowatts, le temps de charge sur 100 kilomètres ne prend que 5 à 7 minutes.
Le système de recharge de 800 volts présente des avantages évidents, mais il n'est pas facile de l'utiliser à grande échelle car il se heurte à des difficultés de coût.
Lorsqu'une voiture est équipée d'une architecture haute tension de 800 volts, il est souvent nécessaire de resélectionner le pack batterie, l'entraînement électrique, le PTC, le compresseur de climatisation, le chargeur embarqué, etc. .
Deuxièmement, l'équipement des installations associées. La plupart des bornes de recharge et des réseaux de distribution sur le marché sont compatibles avec les systèmes de recharge de 400 volts, s'ils sont utilisés sans reconstruction ni innovation, cela entraînera de plus grands risques.
La transformation de l'électrification prend de l'ampleur et les fournisseurs de pièces automobiles associés augmentent également leur déploiement de systèmes de recharge de 800 volts.
ZF a commencé la production en série d'électronique de puissance de 800 volts en Europe centrale l'année dernière et a augmenté cette année ses investissements sur le marché intérieur. En septembre de cette année, l'essieu moteur électrique en carbure de silicium de 800 volts est officiellement sorti de la chaîne de production. Usine Xiaoshan à Hangzhou. Auparavant, Huawei, BorgWarner, Inovance Technology, etc. ont lancé des systèmes de propulsion électrique de 800 volts
L'Audi E-tron GT et la Porsche Taycan ont été les premières à utiliser des systèmes de charge de 800 volts sur le marché.
Les constructeurs automobiles nationaux ne sont pas loin derrière. Au Salon de l'auto de Guangzhou de l'année dernière, la plate-forme électronique BYD 3.0, la plate-forme Geely SEA Haohan, etc. ont toutes choisi une architecture haute tension de 800 V.
L'attribut « recharge ultra rapide » du système de recharge de 800 volts est sans aucun doute une tendance majeure dans la recharge des véhicules électriques.
En 2022, à l'avant-garde du marché des batteries de puissance, des entreprises telles que Weilai et Sinopec brandissent des banderoles et se pavanent vers la voie de la technologie de remplacement des batteries. De l'autre côté de la route, CATL et Tesla suivent. .
Cette fourche sur la route est dotée de la technologie CTC (Cell to Chassis, no Battery Pack).
Avant de comprendre la technologie CTC, vous devez d'abord comprendre les batteries traditionnelles et les batteries CTP.
La structure interne de la batterie traditionnelle est une « cellule-module-batterie », qui est connectée en série à l'aide d'un grand nombre de câbles et de pièces structurelles. Sous cette structure, l'efficacité d'utilisation de l'espace dans la batterie est faible. , et l'ensemble des batteries Power sont également plus volumineuses.
Afin d'améliorer l'efficacité d'utilisation de la batterie, la technologie CTP intègre les cellules directement dans la batterie pour former une structure interne de « batterie-cellule », améliorant ainsi l'utilisation de l'espace de la batterie. pack, grâce à la technologie CTP, la puissance de la batterie peut être augmentée de 5 à 10 % par rapport aux batteries traditionnelles de BYD est une intégration de la technologie CTP.
La technologie CTC est considérée comme une intégration plus poussée de la technologie CTP. La technologie dite CTC annule la conception du PACK, installe directement les cellules ou les modules sur la carrosserie du véhicule et utilise la structure de la carrosserie du véhicule comme coque de la batterie.
Par rapport aux batteries CTP, les batteries CTC sont plus intégrées et peuvent atteindre une autonomie de croisière plus longue à moindre coût. Il est entendu que la technologie CTC peut augmenter la puissance de la batterie de 5 à 10 % sur la base de la technologie CTP.
Le CTC est considéré comme l'orientation clé de la future voie technologique des batteries, et diverses entreprises sont en compétition pour la poursuivre.
Dès la 10e Conférence mondiale sur les véhicules à énergies nouvelles en janvier de l'année dernière, CATL a révélé qu'elle lancerait officiellement la technologie de batterie CTC hautement intégrée vers 2025. En juin de la même année, Tesla a annoncé le plan CTC.
À l'heure actuelle, la technologie CTC est entrée au niveau des applications commerciales. Leopao C01 est le premier à appliquer la technologie CTC auto-développée. Le modèle Y de Tesla produit dans l'usine de Berlin en Allemagne utilisera également des batteries CTC (Tesla les appelle batteries structurelles).
Contrairement à l'enthousiasme du capital pour la technologie CTC, les consommateurs sont légèrement inquiets du développement de la technologie CTC.
D'une part, dans la technologie CTC, le noyau de la batterie est directement impliqué dans la force de collision. En l'absence de protection du module et de la batterie, des problèmes de sécurité sont plus susceptibles de se produire. de la batterie CTC est peu pratique à démonter lors d'un entretien ultérieur, ce qui augmente considérablement le coût de l'entretien.
Les données de l'enquête montrent que "pour chaque réduction de 10 kg du poids des véhicules électriques purs, l'autonomie de croisière peut être augmentée de 2,5 km. Sur le marché des véhicules à énergie nouvelle où la concurrence est féroce, "le poids". réduction" est devenue une proposition clé pour tous les constructeurs de véhicules à énergies nouvelles. La technologie légère est sans aucun doute la plus grande arme dans la bataille pour les véhicules à énergies nouvelles.
Certaines des technologies mentionnées ci-dessus sont encore au stade de laboratoire et certaines ont fait de grands progrès vers le marché, mais avant de pouvoir être produites en série à grande échelle, elles pourraient toutes être confrontées à des difficultés techniques et financières.
Mais au final, le marché donnera naturellement la réponse au « succès » ou à « l'échec ».
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