手机发展和新能源汽车发展对比

一、智能手机换电历程

1.1手机用电池发展历程

由于手机行业迅速发展，功能日渐丰富，人们对手机依赖程度越来越高。但手机电池续航不足严重影响消费者体验。

（1）手机电池类型发展主要经历了4个阶段：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池。

【镍镉电池】最早应用于手机，致命缺点“记忆效应”导致寿命严重缩水，且镉有毒，已淘汰。

【镍氢电池】能量密度比镍镉电池提升30%，寿命长。但是价格比镍镉电池贵20%-40%。

【锂离子电池】能量密度高、自放电低3%/月、工作温度-20℃-60℃、支持快充快放效率达100%，输出功率大且不含有毒物质。

【聚合物锂电池】更高的能量密度、更轻量且薄型化、高安全且长寿命、低成本等性质

从手机电池历程分析：朝着着环保、安全、高续航能力、高能量密度方向发展。

（2）手机电池能量密度从80年代到2018年年增长率达到72%，电池容量大大提升。

从代表性的手机来看，手机电池由可拆卸不可拆卸/内置、从慢充快充等方面发展。

1.2手机充电器的发展历程

【常规充电5V500-700mA】小电流、还存在部分线性电源，适用于容量1000mAh以下小电池

【QC1.05V2A】开关电源，有一定能效要求，适用于电池容量2000mAh以下电池，受限于MicroUSB口限制，电流上限为2A

【QC2.0，PE+1.1】电压提升到9V或12V，电流维持最大2A，提长最大充电功率，需要手机内部有DC/DC的PMIC。

【QC3.0PE+2.0】进一步细化电压，QC以0.2V为步进，PE以0.5V为步进，让PMIC工作在最高效率下，最少发热

【QC4,VOOC，SCP，DirectPPS】取消手机的PMIC，充电器输出电压直接提到手机电池，需要充电器输出有较高的精度（mV及mA级）手机IC发热降为0，此时输出电压较低，因此输出电流较大，典型5V5A。

【直流高压或高功率充电器】普通直充因为电流大，需要较粗的数据线（Emark），在手机端引入一个电荷泵（半压电路）效率达98%以上，充电器采用10V2.25A实现等同于5V5A效果，可以更大功率。

【无线充电器】

无线充电为有线充电方式的一个补充，目前多数使用在10W以下方案，充电速率相对较慢。个别手机厂在开发15W-20W无线充电方案，但发热问题目前难以解决。

从手机充电器发展分析：充电器将向高压直充（降低线损和提升效率）、高功率等方面发展。而无线充电方案只是一个补充式充电方法，无法起到替代作用。

未来趋势：

【高压直充】即充即满的充电方式会成为未来的趋势，只要一插上电，几秒的时间内，就可以将一部电量为零的手机立马充满，要实现这种效果，未来的手机充电器功率可能会超百瓦，需要有更多的安全防护机制。

【无线辅助充电】无线充电技术，在1891年特斯拉就提出过这个概念，2012年Nokia就有了支持无线充电的手机。无线充目前也主要作为手机一个辅助的充电模式，让消费者获得了更好的体验，总体的充电速度远不如有线的充电器。

例如：高压直充在充电的效果上是等同于低压直充的，但在同等功率下，高压直充充电器输出的电流仅为低压直充的一半，对数据线的要求就大大降低了，在30W以下，使用不带E-mark的3A的线材就能满足。之前的低压直充25W己接近功率上限，再要加高，则需要非标的typeC线材，而采用高压直充后，使用标准的typeC线，可以做到高达50W的输出功率。

1.3手机充电接口发展历程

自从安卓手机采用USB-C的接口协议之后，目前手机领域主要分为两大阵营：一方是以安卓系统为代表的安卓设备，它们基本清一色地采用了充电速度更快USB-C接口；另一方则是苹果公司自主研发的Lightning闪电接口。

根据外媒的最新消息，欧盟正式作出决定，未来所有的智能手机、平板电脑等设备必须统一采用USB-C接口，包括iPhone。

因此，智能手机最终将趋于统一的USB-C，加上辅助的无线充电方式。

1.4手机尺寸演变历程（电池视角分析）

手机重量每年减小约8%，厚度方面每年降低5%左右，趋于3.XXmm。

二、新能源电动汽车发展历程

2.1动力电池发展历程

从电动汽车发展的整体情况上看，发展进程中出现过多种不同类型的汽车和不同类型的电池。综合来看，电动汽车电池主要有铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池3种类型。

（1）铅酸电池

铅酸蓄电池比能量和比功率低，功率密度的提升会严重降低其使用寿命。长期过充电产生的气体会导致极板的活性物质脱落，不适合放电到低于额定容量20%。且在没有定期充满的情况下会有硫酸盐晶体析出，使孔隙度降低导致电池的容量减小。

第1代现代电动汽车EV1由美国通用汽车公司在1996年制造，它采用的是铅酸电池技术。1999年研发的第2代通用汽车公司的电动汽车以镍氢电池为动力源，一次充电的行驶里程是前者的1.5倍，同样因无竞争力而退出市场。

（2）镍氢电池

相对铅酸电池，镍氢电池在能量体积密度方面提高了3倍，在比功率方面提高10倍。这项技术独特的优势包括：更高电压、比能量和比功率，较好的过度充放电耐受性和热性能。

镍氢电池广泛应用受限的原因是其在低温时容量减小和高温时充电耐受性的限制；此外，价格也是制约镍氢电池发展的主要因素。

（3）锂离子电池

相较镍氢电池，锂离子电池具有相对较高的工作电压和较大的比能量，是镍氢电池的3倍。锂离子电池体积小，质量轻，循环寿命长，自放电率低，无记忆效应且无污染。

综上分析：目前锂电池是相对优势应用在电动汽车，三种电池对比如下。

可以看出，在目前市场上的电池中，锂离子电池(锂离子电池和锂聚合物电池)除在价格和安全性方面处于劣势以外，其他方面均处于绝对领先地位，有进一步研发和大规模应用的前景。

2.2新能源汽车充电技术发展历程

纯电动汽车的充电模式主要有整车充电模式（包括交流慢充和直流快充）、快速更换模式和无线充电模式。

从CNPAT数据库对纯电动汽车充电技术进行检索，涉及交流慢充技术的专利申请为729件、直流快充技术为816件、快速更换技术225件、无线充电技术727件。在电动汽车充电技术中的研发主流为直流快充技术。

2.3充电功率

发展电动汽车大功率充电技术，国内主流的新能源乘用汽车的电压范围275～550V，商用车在450～820V，最大充电电流普遍在200A以下。目前，欧美车企倡导的大功率充电技术充电功率350kW，充电电压1000V，充电电流350A。

从研发和应用数据分析6类主要电动汽车充电场景预测

2.4电动汽车动力系统集成发展历程

（1）CTM电池到模组集成方案

传统电池包形式是由电芯组成模组再组成电池包。

优点：电池包由多个模组组成，每个模组都有单独壳体保护和控制单元，便于电池的控制和热管理；可以单独更换电池模组，维修成本和便利性高。

缺点：由于模组间的壳体和安全间隙，整体的重量较高，空间利用率较低；每个模组都配置了单独的控制单元，导致成本相对较高。

（2）CTP电池到PACK集成方案

电池集成方案取消模组结构，由电芯直接组成电池包，电池包集成到车身地板上作为整车结构件的一部分。称之为CTP。

优点：减少了模组之间的布置间隙，增加了电芯的数量；减少了模组结构，从而降低了整体电池包的重量。

缺点：电池包需要作为结构件的一部分承载载荷；对电池的结构设计提出了更高的要求。

（3）CTC或CTB集成方案

直接将电芯集成在地板框架内部，将地板上下板作为电池壳体。它是CTP方案的进一步集成，完全使用地板的上下板代替电池壳体和盖板，与车身地板和底盘一体化设计，作为整车结构件的一部分。

优点：极大地提高空间利用率，可使续航增加15%-25%；取消了电池包的结构件，降低了重量；可以实现高度集成和模块化。

缺点：电芯需要作为结构件的一部分承载载荷，需要考虑如何将电芯与上下结构件固定起来，以应对最为苛刻的剪切力；对工艺提出更高的要求，如果制造出现不合格，就会导致整个电池报废，可维修性低。

综上对比分析：CTC方案的空间利用率最高，对于电池电量的提升有显著的效果，同时需要考虑如何实现密封和电池承载载荷。但是CTC在现有电池本身技术不变的条件下，最有效提升电量的方案。

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