国防军事领域中的电动汽车发展趋势

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地面车辆改用储能电池供电或混合动力具有许多优势，包括减少对化石燃料的依赖、静音运行以及通常更大的扭矩和改进车辆的越野性能。然而，这些好处是有代价的，并且需要克服技术障碍。本文根据英国研究咨询机构全球数据公司（GlobalData）确定的影响国防军事领域电动汽车发展趋势关键因素分析。

一、技术趋势

对绿色军事实践的需求正在推动武装部队寻找替代技术，电动汽车 (EV) 是一种潜在的宝贵资产。

电池技术进步速度。汽车行业习惯于持续7-10年的产品周期，新技术在被认为可以投入生产之前几年就开始了测试过程。然而，随着电气化程度的提高，汽车制造商和供应商发现，技术变革的步伐现在比以往要快得多，这在电动汽车电池领域尤为明显。虽然内燃机已经如此改进，以至于即使是最重大的突破也只会在效率上产生很小的提高，但电池正在大踏步前进。例如，当特斯拉Model S于2012年首次推出时，其265英里的续航里程被认为非常令人印象深刻，但更新后的Model S现在可以行驶超过500英里，同时还提供2倍的动力和第二个驱动轴。

镍锰钴氧化物 (NMC) 与磷酸铁锂 (LiFePO4) 正极化学物质。虽然锂离子电池和固态电池之间的争论仍在继续，但目前锂离子电池的两种相互竞争的阴极化学物质之间也出现了另一场争论。第一种是镍锰钴电池，用于许多电动汽车（EV）电池，尤其是具有更大电池组的高端车型。镍锰钴氧化物化学通常为给定尺寸和重量的电池提供更大的能量密度，这意味着镍锰钴电池组最终可以存储比磷酸铁锂更多的能量。顾名思义，这种化学需要一定量的钴，开采成本可能很高。第二种是磷酸铁锂电池，在中低档电动汽车电池组以及商用车电池组中更为常见。虽然 磷酸铁锂不能完全匹配镍锰钴电池的直接能量密度，但它是一种更稳定的材料，具有更高的热失控阈值，使其运行更安全。

特斯拉的竞争对手正在逼近。汽车行业最高效的装配线由丰田、本田、通用、宝马和大众拥有，它们正准备在自己的游戏中挑战这家加利福尼亚公司。虽然这些老牌企业可能对特斯拉早期的领先优势感到措手不及，但每个企业都拥有每年生产多达1000万辆汽车的经验和基础设施。相比之下，特斯拉为了在2020年实现年产50万辆汽车而苦苦挣扎。特斯拉相对缺乏经验和市场占有量小，使其容易受到汽车市场意外变化的影响。此外，作为一家上市公司，它面临着维持其积极扩张战略的股东压力，使其面临超支或扩张过小的风险。

电动汽车技术作为竞争优势。如前所述，中国销售最多的电动汽车，生产最多的电动汽车，并且可以获得制造电池所需的大部分原材料。因此，中国已成为电动汽车领域的主导国家。这将刺激欧洲、日本和美国的传统汽车制造商，这些汽车制造商在近一个世纪以来一直是内燃机的领先制造商。西方正在努力确保电动汽车的全球竞争力。其中包括LG能源解决方案、SK创新、松下和特斯拉等公司在北美建造锂电池制造设施。

来自氢燃料电池的威胁。目前，汽车行业的大多数电动汽车项目都与电池驱动的电动汽车有关。然而，正如所讨论的，如果进行更多的研究和开发，氢燃料电池是一种可行的替代方案。有两个因素使燃料电池特别有价值。一个是它们的快速加油时间，这意味着氢动力电动汽车可以在几分钟内进入加油站，加油并继续行驶，而电池电动汽车车主则必须充电更长的时间。另一个是它的重量更轻，燃料电池装置可以比电池电动装置轻得多，虽然这对乘用车来说是相当有利的，但在重型卡车等更重的车辆中，这种好处被夸大了。为此，在氢能成为主流之前，挑战仍然存在，生产氢气的成本仍然很高，而且考虑到大多数供应是通过分解碳氢化合物产生的，这个过程并不像它可能的那样对环境友好。

改进电池管理系统。电池电动汽车(BEV)开发的许多关注点都与买家熟悉的大件零部件有关，即电池组和电动机。但是，要让电池电动汽车从其组件中获得最大的性能和效率，所有组件都需要一种成熟的改进系统是电池管理系统 (BMS)。

在电池电动汽车中，电池管理系统负责维护电池的健康状况，监控其充电状态，并根据驾驶员的要求将电荷分配给电机。电池管理系统还负责有效地为电池充电，确保充电在每个电池组中的所有电池组之间平均分配。电池管理系统还监控电池温度并对电池加热、通风和空调(HVAC)系统进行调整，以使其保持在最佳温度范围内。

换电站。电动汽车电池带来的众多挑战之一是充电所需的时间。虽然这个问题最终可能会通过更快的充电器和容量更大的电池来解决，但一些汽车公司正在研究电池更换的潜力。在自动化系统从车辆下方取出耗尽的电池组之前，车辆到达交换站并驶入专门的托架。然后，相同的系统将其替换为充满电的装置，从而使驾驶员可以使用充满电的电池再次离开-使"充电"时间与从泵中重新填充燃料动力汽车的时间相当。该站本身设有充电基础设施和备用电池库存，可随时用于客户汽车。

电池价格与内燃机平价。据估计到2020年底，电动汽车电池组的平均价格为每千瓦时137美元。例如，这意味着像特斯拉Model S那样的100千瓦时电池组总共将花费制造商约 13,700美元。与2010年增长阶段开始时的电动汽车电池组价格相比，这意味着大幅下降，当时它们的成本约为每千瓦时1,100美元。制造商希望降低电池组成本的手段包括通过大规模采矿降低原材料成本、降低工艺成本或提高速度以提高规模经济，以及优化电池组设计和性能的技术改进。

二、宏观经济趋势

电动汽车(EV) 有可能改变装甲车以及后勤和战术卡车的能力。重量限制、充电选项和安全问题是阻碍电动汽车快速进入全球武装部队的一些挑战。

芯片短缺。现代汽车对计算机芯片的依赖与对发动机和底盘的依赖一样。大多数都配备了许多芯片组来处理车载功能、电源信息娱乐系统，以及监控和执行驾驶功能，包括高级驾驶辅助系统(ADAS)和在有限情况下的半自动操作。据估计，现代汽车中的电子内容约占材料清单的30%，到2030年有望增加到50%。汽车生产与消费电子行业一样依赖计算机芯片。在大流行开始时，当汽车生产停工时，芯片供应商转向优先供应消费电子产品，由于封锁和在家工作的要求，需求保持稳定或增加。汽车行业再次提高产量，但它发现自己排在了芯片队列的后面。此外，半导体行业甚至在冠状病毒爆发之前就开始考虑原材料短缺问题。一个特别突出的问题是隔膜（ABF）树脂的供应非常有限，这在微处理器和其他半导体技术的生产中至关重要。大流行之前的可用产能已经处于紧张状态，剩余的产能非常有限，无法应对突然激增的需求。从疫情大流行和半导体供应问题中复苏的不均衡再次凸显了"准时制"制造所固有的风险。芯片短缺对汽车行业的定位应该会导致许多人对供应链进行彻底的审计，并确定在哪些领域缺乏控制或透明度，建立缓冲库存是最谨慎的。

新冠疫情。疫情代表了汽车行业从未面临过的颠覆性水平。人们的工作、共处和购买物品的能力从未受到如此广泛的限制。所有这些限制直接影响原始设备制造商(OEM)制造车辆并将其出售给消费者的能力。由于冠状病毒引发的衰退对宏观经济的影响逐渐蔓延，预计全球市场的全球轻型汽车销量在2023年之前不会达到疫情之前的销量水平。

原料供应。电动汽车需要某些原材料来制造。最值得注意的是，锂、钴和镍都用于电动汽车电池，所有这些都必须从地球上开采并提炼成可用的产品。世界上大部分锂供应都归中国所有，这使该国在锂离子(Li-ion)电池开发商中具有显着的竞争优势，因为它拥有最直接的材料获取途径。钴是在铜和镍的开采过程中提取的，人们对刚果民主共和国使用童工开采钴的做法表示担忧。包括沃尔沃和宝马在内的汽车公司已承诺采取额外的预防措施，以确保其钴在供应链中完全可追溯。由于世界对电子设备的需求不断增长，锂离子电池的产量自1991年开发以来已显着增加，但随着行业转向电池电动汽车(BEV)，预计对锂离子电池的需求将猛增。这将对现有的锂供应造成更大压力，如果需求开始超过供应，材料成本可能会上涨。

基础设施支出。交通基础设施将不得不改变以适应电动汽车的推出。需要在家庭和办公室以及公共区域安装更多充电点，以使没有车道的电动汽车购买者能够为他们的车辆充电。推出电动汽车基础设施成本高昂，因此毫不奇怪，政府不愿在此过程中一蹴而就。随着对电动汽车充电选项的需求增加，许多人正在寻求第三方公司来填补空白，这导致了许多竞争性充电网络的兴起。特斯拉的增压器网络是其皇冠上令人印象深刻的一颗明珠，它与其他汽车制造商区别开来，这些汽车制造商的买家必须解决令人困惑的第三方充电供应商的问题。该领域的知名公司包括声称在任何地方运营最大的电动汽车充电器网络的充电桩或运营英国最大网络的BP处理器。另一家石油巨头壳牌正与BP一起投资充电基础设施，因为它面临着化石燃料销售业务的减少，并推出了壳牌充电网络。

就业转向电动汽车和电动汽车零部件。汽车行业已经从一个世纪的燃烧技术转向快速构建电动汽车组装和零部件供应。这种转变伴随着汽车劳动力的重大中断。拥有多年为现代内燃机制造复杂零件经验的汽车员工会突然发现对这些零件的需求要少得多，而制造这些零件的供应商将寻求缩减或关闭在这些衰退行业的业务。预计更多的工作岗位将支持电动汽车建设的扩展，包括在电池单元或电池组组装中的角色、组装电动机的角色以及在电动汽车总装网络中的角色。

三、监管趋势

虽然电动汽车(EV)显然占主导地位，但内燃机(ICE)至少在未来20年内仍将继续销售，并且将继续要求性能改进以满足越来越严格的排放法规。与他们的用户一样，大型零部件供应商也需要做出复杂的投资和资本分配决策。

禁止销售燃油汽车协议。推动电动汽车采用的另一个趋势是全球许多政府做出的决定，为逐步淘汰燃油汽车设定一个点。例如，英国政府在2020年11月确认，到2030年将禁止销售新的非插电式汽车，到2035年禁止销售插电式混合动力车。希望到那时，将有对于预算较少的购买者来说，有足够的负担得起的电动汽车选择，因为人们担心电动汽车通常比燃烧动力汽车更昂贵，并且可能会使一些购买者退出市场。在美国，加利福尼亚州以其企业平均燃油经济性(CAFé)标准引领排放政策。该州于2020年9月宣布，到2035年将禁止销售所有非零排放汽车，使其成为美国首个州，而其他13个州通常使用与加利福尼亚州相同的规则。瑞典还确认将在 2030 年前禁止销售化石燃料汽车，而欧洲重要的电动汽车市场挪威确认将在 2025 年前禁止销售汽油汽车。奥地利、法国、冰岛、德国、西班牙和泰国是其他国家也确认内燃机汽车销售的结束，目标在 2035 年至 2040 年之间变化。

推动降低CO2排放。在过去的20年中，汽车环境目标的重点已从废气污染物（NOX、微粒和碳氢化合物）转向减少温室气体 (GHG)，其中最重要的是 CO2。1997年签署了京都议定书气候变化协议，要求富裕国家到2012年平均每年减少8%的CO2排放量，这种转变就发生了。在欧洲，当时约19%的CO2排放可归因于公路运输。此外，自1990年以来，交通运输中的CO2排放量增加了32%。以车辆中的CO2为目标是欧盟委员会至2050年与1990年相比将碳排放量减少80% 的首要目标的一部分，其中目标是2020年减少20%到，到2040年减少40%。为了防止立法的实施，欧洲汽车制造商协会(ACEA)的成员与其韩国(KAMA)和日本 (JAMA) 同行决定从1998年自愿承诺减少新车队的CO2排放量。到2008年欧洲汽车制造商协会成员和2009年韩国和日本的乘用车达到140g/km。然而，尽管达成了协议，但欧洲汽车制造商协会协议使汽车制造商未能实现其目标：到2004年平均 CO2排放量降至仅161克/公里，这促使欧盟委员会在2006年进行了干预。宣布了新的立法，目标是到2012年将乘用车的CO 2排放量减少到120g/km，如果汽车制造商被视为引入其他技术措施，例如改进空调系统、安装轮胎压力监测系统和换档指示器的采用。自从欧洲首次采取行动限制车队CO 2排放后，其他一些国家也纷纷效仿。欧洲的CO 2法规目前是最严格的，而2030年 实现59克/公里的目标需要实现汽车显著的电气化设备。

四、国防军事应用趋势

电动汽车(EV)有可能改变装甲车以及后勤和战术卡车的能力。它们在武装部队中的应用正在迅速成为现实，虽然在将电动汽车用于战斗环境之前需要解决技术障碍，但新技术已经在一些军营中得到应用。

混合动力汽车作为发展的第一阶段。在使用全电动汽车之前，目前的重点是开发用于武装部队的混合动力汽车，为此美国和英国军队已独立委托开发混合动力汽车。美国陆军授予威斯康星大学一份合同，研究如何将混合动力系统集成到车队中。此外，美国陆军正在探索的电动轻型侦察车（eLRV）可能会在转向完全电气化之前首先配备混合动力系统。英国的受保护移动工程和技术支持(PMETS)计划也是如此，该计划旨在使西弗运输车（MAN SV）、"豺狼"轻型车辆(Jackal)和"猎狐犬"轻型车辆 （Foxhound）电气化。BAE系统公司还重点生产混合动力汽车，包括重型卡车和公共汽车。在完全电气化之前开发混合动力汽车的原因是，这意味着可以在克服完全电气化的一些障碍之前获得电动汽车的一些好处。

武装部队绿化战略。许多武装部队正在实施的绿化战略正在推动将电动汽车整合到当前车队中。与传统的内燃机相比，电动汽车的排放水平较低。英国、美国、北大西洋公约组织 (NATO)和环境保护基金会(EDF)正在寻求减少其活动对环境的环境影响。此外，绿色战略的其他好处，例如降低成本和减少脆弱的供应链，也将鼓励军队减少对环境的影响。

供应链整合。随着使用量的增加和元素流行度的下降，目前对锂的需求量很大。锂用于锂离子(Li-ion)电池，目前对于为电动汽车供电至关重要。目前，中国主导着锂市场，因此西方电动汽车制造商可能会寻求整合锂供应链，以确保继续生产锂离子电动汽车的能力。

便携式微型核反应堆。小型核反应堆的发展是更利基但仍然重要的趋势之一。包括美国、英国、加拿大和中国在内的国家正在积极开发这些产品，试图找到解决该领域电动汽车充电问题的解决方案。在没有电网接入的情况下，或者在找到携带电池的轻量级解决方案之前，微型核反应堆可以提供替代能源。

美国国防部 (DoD) 正在运行"贝利"（Pele）项目，以开发一个可向前部署的反应堆，总合同价值为3970万美元，时间目标是在2023年底准备好原型。目前参与贝利计划的公司是 BWX技术、西屋政府服务和X能源。这些反应堆将能够提供大量能源，这将减少对前线漫长而脆弱的供应链的需求。此外，它们将是可运输和可部署的，并且在紧急情况下能够在不需要水电的情况下进行冷却。

首先开发战术和后勤车辆。该主题中的另一个关键趋势是在装甲战车之前生产和开发战术和后勤电动汽车。美国陆军目前开发了一种轻型侦察车，目前使用的电动汽车主要与基地使用的小型运输车一样。英国还在资助其MAN SV战术卡车、"猎狐犬"轻型多用途车辆和"豺狼"轻型多用途车辆的潜在电动替代品的开发。在克服充电和重量等某些障碍之前，战术和后勤军用电动汽车很可能会继续占据中心位置。

本文来自英国研究咨询机构全球数据制作的《国防军事领域电动汽车发展趋势》专题研究报告的编辑摘录。其内容观点不代表蓝海长青智库立场。

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