导语

造车新势力在烧钱，还亏损，特斯拉CEO埃隆·马斯克（Elon Musk）却已成“世界首富”！他曾预言，除太空火箭外，所有形式的交通工具都将变成电动的。

2021年，随着电动汽车、卡车、公共汽车、轮船、两轮车和空中出租车的市场达到新的高度，马斯克的预测开始实现。

英国市场研究公司IDTechEx最新的电动汽车（EV）报告《电动汽车：2022-2042年的陆海空运输》涵盖八个运输市场，介绍了包括电动电池、燃料电池和混合动力车辆在内的销售、电池需求（GWh）和市场收入情况。

报告定义的电动车辆市场包括：电动汽车、电动两轮车、电动船只、建筑用电动汽车、电动出租车（eVTOL）、电动卡车、电动轻型商用车（LCV）；使用的能源包括：锂离子电池、燃料电池、充电、电机和功率电子器件。

▎电动汽车

电动汽车是当今最大的市场，2021年其销量翻了一番多，达到640多万辆。IDTechEx预测，20年后这种情况仍将发生，汽车将占上述“电动车辆”市场收入的79%和电池需求的83%。在技术进步和成本降低的推动下，卡车、船舶和建筑等领域新的重型电动汽车行业在迅速崛起。到2030年，横跨陆地、海洋和空中的电动汽车将产生约1.4万亿美元的收入。

增长的动因是规模——由于汽车的受欢迎程度和对交通行业的巨大贡献，长期以来汽车一直是政府政策的重点。2021年，全球汽车销量约为8100万辆，而中型和重型卡车为330万辆，城市公交车为20万辆。

电动汽车市场的收入（10亿美元）和电动汽车市场的电池需求（GWh）来源：IDTechEx

就电池需求和市场收入而言，电动汽车市场是未来20年最大的市场。尽管芯片短缺和关键原材料价格持续上涨，但2021年销量猛增至640多万辆。所有主要汽车市场的增长都是这样。虽然中国仍然是最大的电动汽车市场，但欧洲也在迎头赶上，因为2021年是新的每公里95克二氧化碳排放目标的第一个整年。

在美国，特斯拉继续为市场提供支持，尤其是Model Y的成功。随着拜登和传统汽车制造商重启电气化目标，情况正在迅速演变。汽车制造商不断宣布计划，将推出并扩大最受欢迎的乘用车类型——新型电动皮卡车的生产，以争取未来几年电动汽车的领先地位。通用汽车售价10万美元的电动皮卡Silverado与福特的电动F-150和里维埃（Rivian）竞相追逐。

通用汽车电动皮卡Silverado

随着续航里程成为销售电动汽车的关键战场，而电池供应链面临短缺，动力系统的新进展正走在最前沿。800V平台、碳化硅（SiC）逆变器、更高效的电机系统和直流快速充电能力的崛起，这些都是在保持竞争优势的同时最大限度地降低车辆成本的关键。

尽管增长创了纪录，但电动汽车制造商面临的挑战越来越多，如芯片短缺、材料短缺和新冠病毒疾病导致中国的封锁；乌克兰的惨烈战争也给汽车和电动汽车市场带来了新的挑战，而新冠疫情大流行导致了两个极具挑战性和不可预测的年份。

随着新冠病毒限制后经济的开放，以及对俄罗斯的制裁限制了石油和天然气供应，电价和汽油价格都在攀升。这让电动汽车市场走到了最前沿，但与此同时，汽车制造商正在努力解决芯片短缺、中国新冠疫情封锁、原材料价格上涨以及在乌克兰生产的汽车零部件（如线束）短缺等问题。

许多电动汽车制造商已经开始做出反应，要么提高价格，要么推迟和限制生产。价格上涨并非微不足道。2020年，特斯拉的基本款Model 3售价为39990美元，2022年为46990美元。

今年3月，Rivian宣布将其车型的价格提高至14500美元（R1T），之后面临客户和投资者的强烈反对。除了初创企业之外，汽车巨头大众宣布，2022年其在美国和欧洲的电动汽车销量实际上已经售罄。

Rivian纯电皮卡

▎电动公交车

中国一线城市率先采用电动公交车，推动了2012-2016年间的快速增长，但现在这些市场已基本饱和。2018年，北京和上海共有9368辆纯电动公交车，占车队的55%，最初全部由50%的购买补贴拉动。过去五年中，中国一线城市的饱和导致全球电动公交车销量下降，中国二线和三线城市的增长抵消了下滑。如今，补贴已大幅减少。但2021年中国仍占全球总销量的四分之一，比亚迪和宇通自2019年以来一直是市场领导者。

近期的未来增长将由欧洲推动。欧洲电动客车市场高度分散，事实上，构建基于欧洲主机厂的本地供应链非常关键，有迹象表明这种情况正在开始发生。例如，2021年，梅赛德斯凭借其eCitaro车型的成功成为欧洲市场领导者。

▎电动轻型商用车（面包车）

精明的企业正在认识到，轻型商用车（LCV）车队用电不仅是一种成功机制，还可以向客户展示自己的绿色认证，也越来越是一个良好的经济决策。

如今，电动LCV市场正处于新兴阶段，但比要乘用电动汽车市场小得多，可供购买的车型相对较少。未来几年，一些公司将开展大型试点项目，以确定eLCV满足其运行里程、负载能力、有效载荷和可靠性的要求。

随着电气技术经验和信任的增长，用户将开始用eLCV广泛更换老化的柴油LCV。随着零售业在线销售平台的增长，货运需求的增加也推动了电气化，消费者逐渐放弃拥有私家车，转而使用移动即服务（MaaS）平台。

▎电动卡车

特斯拉、戴姆勒、大众和沃尔沃都在大力投资电池电动卡车。丰田、现代和尼古拉等少数公司已选择将精力集中在作为未来动力系统的燃料电池卡车。

尼古拉新型氢燃料电池卡车可续航1900公里

尽管氢作为燃料的效率和成本还存在问题，但FCEV（燃料电池汽车）作为一种长途卡车运输的技术仍具有很大吸引力，其技术可行性取决于低成本绿色氢的生产。

如今，利用在电动公交车和电池生产方面的经验，中国生产的城市卡车已上路行驶。鉴于中国政府对整个电动汽车行业的大力支持，在接下来的几年里，电动卡车很可能会在中国大规模部署。

到2030年，随着世界各地越来越多的城市和国家逐步淘汰柴油和汽油燃料汽车，卡车车队的电气化可能会迅速发生。

▎电动两轮车

长期以来，电动两轮车的销售一直由中国低功率铅酸电池电动车主导，年销量约2500-3000万辆，但这已是一个饱和市场。

中国以外的历史性增长是由欧洲和印度推动的，虽然2020年受到新冠病毒流行的影响，但这两个市场在2021年已迅速恢复。

通常，在电气化方面，两轮车是容易采摘的果实。由于小型电池通常低于4kWh（而BEV汽车超过50kWh），其对消费者前期成本较低，并有助于采用电池更换等创新商业模式。报告发现，两轮车市场的电气化，对于减少非汽车污染（如印度年销售1500万辆摩托车）至关重要。

▎电力和混合动力船舶

自新冠病毒出现以来，电动船市场增长了三倍，因为不在办公室的时间增加了人们对休闲划船的兴趣。舷外设备制造商Mercury Marine首次进入电动市场，进一步促进了行业的发展。

虽然低功率舷外发动机的价格通常是汽油发动机的两倍，但从总体拥有成本和其他优势（安静、清洁等）来看，这一商业案例颇具吸引力。尽管如此，在更高功率的舷外或舷内动力方面，高电池价格仍然是一个障碍。与汽车市场不同，该行业缺乏政策驱动，过去十年中基本没变。

挪威初创电动船用发动机公司Evoy的电动舷外机

 在大型商用电动和混合动力船舶方面，自2016年以来，电池价格下降了一半，市场开始遵循指数轨迹。而强大的经济驱动力出现在缩小超大发动机尺寸，使用电池为OSV（海上支援船）等的峰值负载供电。渡轮可以充电，走更短、相同的路线，是最常见的电动船只，已经比较成熟。

2021年，由于长期的开发周期和新冠病毒的影响，服役船只数量有所下降，但随着2022年的大量订单，预计增长将迅速恢复。

▎建筑用电动汽车

报告发现，与公路电动汽车市场相比，建筑用电动汽车的强劲市场驱动力很少。对气候变化的更广泛承诺正在促使挪威和荷兰等国家，包括沃尔沃等公司都制定了自己的目标。

健康和安全问题，如柴油颗粒物排放对建筑工人健康和噪音的影响，也是重要驱动因素。然而，早期电动工程车的大部分都是通过改装完成的，从长远来看并不是一个可持续战略。

主机厂需要从头开始设计大型电动汽车并批量生产，以实现规模经济节约。据预测，到2042年，电动建筑车辆将成为价值约1000亿美元的市场，由少量高个性化车辆组成。

报告解释说，20年来最大的建筑机械市场领域是小型挖掘机和装载机，但电气化发展最初集中在运行时间相对较短、能耗较低的小型紧凑型机械。

总体而言，大部分排放物由重型挖掘机产生，因此这是一个重要的电气化领域。

电动空中出租车/电动垂直起降飞行器（eVTOL）

根据IDTechEx对最有前途的eVTOL公司的评估，21家公司提供了关于开始商业化eVTOL生产的时间表，其在很大程度上取决于每个地区的最终飞行认证流程。

作为发展项目，这些时间线受到了一定程度的质疑。许多公司表示，他们认为五年认证过程已经过去了几年，但认证标准尚未完全到位，而在生产eVTOL之前，仍有重大的技术和资金问题需要解决。大多数eVTOL制造商的目标是2023年开始商业运营。

▎锂离子电池和先进锂离子电池

电池仍然是汽车成本的最大组成部分，而电池原材料（尤其是锂和镍）成本的不断攀升是导致价格上涨的因素。这是由于世界上大部分锂都是在中国加工的，而俄罗斯占全球1级镍供应量的五分之一左右。随着短缺的持续，电动汽车零部件的供应被汽车行业吞噬，这将对使用相同技术的非汽车行业产生影响。

例如特斯拉Semi卡车需要新的大容量4680电池生产已被优先用于每千瓦时产生更多利润的高需求汽车。这种延迟也使得沃尔沃、戴姆勒和PACCAR等主机厂赶上了特斯拉，已经准备好批量生产新的BEV卡车。不过，他们可能会面临类似的问题。

4680的产能相对于特斯拉的销量只是杯水车薪

以电动卡车市场为例，IDTechEx预测，到2042年，电动卡车市场将成为第二大电池需求市场。特斯拉Semi是一款电池供电的8级长途卡车，最初计划于2020年生产；现在的目标是2023年。到2042年，陆海空电动车辆市场将产生2.6万亿美元的收入。

另一个例子是电动休闲船。2020年和2021年销售额激增，大部分是使用汽车电池。例如，宝马使用的Torqeedo电动舷外机，以及商用船电池组供应商Corvus Energy的汽车级NMC软包电池。随着短缺的继续，该行业将不得不考虑与新供应商达成新的交易。

Fassmer Shipyard和Torqeedo用于公共交通的全电动渡轮

虽然非汽车行业对电池的需求较少，但仍然需要电池。提高整个电动汽车动力系统的效率，而不是专注于纯电池的开发将成为关键，这意味着碳化硅功率电子器件、更高效的电机、800V平台、太阳能车身和更少的布线。

在技术方面，十多年来，基于石墨阳极和层状氧化物阴极（NMC、NCA）的锂离子电池在消费电子产品中无处不在，并已在电动汽车市场占据主导地位。然而，随着它们开始达到性能极限，以及环境和供应风险的凸显，锂离子电池的改进和替代品将变得越来越重要。先进电池技术的趋势包括锂离子电池设计、硅阳极和固态电池。

先进锂离子是指硅和锂金属阳极、固体电解质、高镍阴极以及各种电池设计元素。考虑到电动汽车市场，尤其是电池电动汽车在电池需求方面的重要性，预计锂离子电池将保持其主导地位。阴极和阳极的选择、电池设计的改进、能量密度的提高速度是否会继续，以及能量密度能达到多高是问题的关键。

组装电池组需要几种不同的材料，包括TIM（热界面材料）、粘合剂、绝缘垫片、浸渍、封装、填料等，而电池形状尺寸和非模块化、cell-to-pack（无模组）设计是总体趋势，这些都将减少电池和模块之间的连接、母线和电缆数量。

▎功率电子

在汽车功率电子系统（逆变器、车载充电器、DC-DC转换器）中，为了提高动力传动系统的效率，正在发生关键的改进，以减少电池组的容量或提高续航里程。实现更高效率的关键途径之一是过渡到碳化硅MOSFET和800V以上的高压车辆平台。

2021年，雷诺、比亚迪、通用和现代都宣布了新的800V车辆平台，到2025年，其功率电子器件将采用碳化硅MOSFET，这一趋势正在加快。此外，随着2021年晚些时候Mach E的发布，福特将与特斯拉（所有车型）、比亚迪（汉）和丰田（Mirai）等公司一道，在市场上推出采用碳化硅功率电子元件的电动车。

与大众ID4一样，Mach E的逆变器布置在电机上方，采用了SiC MOSFET作为主控开关器件，与传统IGBT相比，虽然成本有所上升，但好处是带来了更快的开关频率和更高的效率。

Mach E逆变器用SiC MOSFET作为主控开关器件

这种转变对功率模块封装材料提出了新的挑战，因为在保持15年使用寿命的同时，需要更高的开关频率、更高的功率密度和更高的工作温度。而800V平台电压和采用SiC逆变器将有助于应对技术挑战，二随着半导体芯片的功率密度在过去十年中呈指数级增长，新的双面冷却设计、铜线键合和引线框架将是有力的推动因素。

▎电机

电机确实是电动汽车背后的驱动力。除了电池和功率电子器件外，电机也是传动系统中的关键部件。尽管19世纪就开发出了电力牵引电机，但随着新设计的出现、功率和扭矩密度的提高以及对所用材料的更多考虑，市场仍在不断发展。这不仅仅是渐进式的改进，还有轴向磁通电机和各种无稀土技术的发展。

电机有几个关键性能指标，其功率和扭矩密度能够以更小、更轻的组件提高动力性；另一个关键指标是效率，提高效率意味着当车辆加速时，蓄电池中储存的宝贵能量浪费更少，从而在相同电池容量下提高行驶里程。

由于电机设计中有许多不同的考虑因素，电动汽车市场采用了几种不同解决方案，包括永磁电机、感应电机和绕线转子电机。在许多情况下，可以使用多种选项的组合来提供最佳的整体解决方案。几种电机在性能、材料成本和供应方面各有优缺点，永磁电机依赖稀土，价格波动大，供应链地理位置受限。

电机技术和拓扑、功率和扭矩密度以及材料利用率与电机类型（永磁（PM）、感应、绕线转子、轮内PM、轴向磁通PM等）技术息息相关。

不管怎样，电动汽车电机的趋势包括以下几个方面：

高效率：保证电机高低速综合效率，既有足够宽的高效区，使车辆在大部分工况下都处于高效状态，又保证每一度电都能发挥作用。

高度集成：电机驱动、电机控制器与减速器高度集成，实现电驱动一体化技术目标。

低成本：永磁体采用重稀土晶间扩散（GBD）及晶粒边界调节（GBM）技术，大幅减少重稀土用量，提高磁体性能。

高功率密度：美国《电动汽车发展2025路线图规划》提出电机高密度（50kW/L）、5.7kW/kg的发展方向，以减少整车安装空间和重量。

高转速：低速时电机输出大转矩，高速巡航时则保持恒功率输出特性；而在电机输出转矩和功率不变时，通过提高电机最高转速，降低电机体积和重量，进一步提高功率密度。

▎充电基础设施

管理电动汽车充电对电网带来的潜在增量能源需求至关重要。对电动汽车的广泛使用将增加多少电力需求，专家评估各不相同。美国能源部预测，到2050年，电力消耗将增长38%，主要原因是电动汽车的普及率很高。

IDTechEx认为，电动汽车行业不会失速，并将继续保持其惊人的势头。在未来十年，充电基础设施的需求将由全球使用的数百万辆BEV+PHEV车辆驱动，包括乘用车、公交车、卡车和面包车。

电动汽车转型的好处至少比充电基础设施的成本大一个数量级，将使充电基础设施成为运输业脱碳的适度首付。

▎演变将继续

 IDTechEx指出，尽管面临越来越多的挑战，但消费者和政府对电动汽车的需求仍然非常强劲。随着挑战的增加，过渡仍在继续。