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官方商城1月11日~1月13日,以“汽車革命與交通、能源、城市協(xié)同發(fā)展”為主題的中國電動汽車百人會論壇(2019)在北京釣魚臺國賓館舉行。電車資源作為特邀新媒體參與報(bào)道本次論壇。
中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高表示,鋰離子電池具有成為動力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景,但瓶頸是高比能量動力電池的安全性。從改善電池本身安全性出發(fā),要發(fā)展新型的固態(tài)電解質(zhì)電池。中國電池產(chǎn)業(yè)雖然暫時取得優(yōu)勢,但國際競爭壓力巨大,需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術(shù)。在2025年左右,純電動汽車性價比會實(shí)現(xiàn)大的突破。
中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高演講實(shí)錄如下:
尊敬的萬鋼主席、苗圩部長、陳清泰理事長,各位同行,大家下午好!我介紹一下中國新能源汽車技術(shù)路線的展望。
我國新能源汽車技術(shù)路線經(jīng)過了長時間的演變,從節(jié)能與新能源汽車到純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略,再到新能源汽車強(qiáng)國戰(zhàn)略。2018年11月,全國政協(xié)召開了“雙周座談會”,一些委員提出了一些新的建議,提出要面向2035年制定新能源汽車發(fā)展規(guī)劃。我們首先從技術(shù)角度來展望一下未來的發(fā)展,我就純電動力、混合動力、燃料電池以及電動化和新能源融合四個方面做一下展望。
第一,純電動力的技術(shù)展望。
自2008年鋰離子動力電池應(yīng)用于電動汽車已經(jīng)10年,實(shí)際裝車產(chǎn)品的能量密度提高了2.5倍,實(shí)現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來革命性的突破。2020年我們的目標(biāo)是300瓦時/公斤,這是全球的共同目標(biāo),而中國也已經(jīng)完全做好了準(zhǔn)備。
從車用角度看,最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度,鋰離子電池在這個方面是最具優(yōu)勢的,現(xiàn)在的鋰硫電池、鋰空氣電池,雖然理論重量能量密度比較高的,但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。在這個方面,我們認(rèn)為鋰離子電池具有成為動力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景,但瓶頸是高比能量動力電池的安全性。2018年出現(xiàn)了一些安全事故,這些事故車輛使用的電池基本上是在2016年左右生產(chǎn)的,大概是NCM523體系。隨著高鎳的應(yīng)用,電池的熱穩(wěn)定性將會變差,未來安全性風(fēng)險會更大,所以必須采取手段來預(yù)防安全性問題。
首先,當(dāng)前鋰離子電池從單體層面完全杜絕熱失控是不太現(xiàn)實(shí)的,我們可以從電池系統(tǒng)的熱機(jī)電設(shè)計(jì)與控制設(shè)計(jì)來防止誘發(fā)和蔓延,即便單體出現(xiàn)熱失控也不會發(fā)生事故。
其次,從改善電池本身安全性出發(fā),要發(fā)展新型的固態(tài)電解質(zhì)電池。最近我們與日本專家討論,日本為應(yīng)對中國和韓國電池產(chǎn)業(yè)的崛起,舉全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池,每年政府經(jīng)費(fèi)達(dá)到50-100億日元。美國和歐洲原有的電池產(chǎn)業(yè)是比較薄弱的,他們也在全力開發(fā)新一代固態(tài)電池,以實(shí)現(xiàn)超越。中國電池產(chǎn)業(yè)雖然暫時取得優(yōu)勢,但國際競爭壓力巨大,需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術(shù)。當(dāng)前國內(nèi)也有一些固態(tài)電池,但還不是全固態(tài)電池,全固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化估計(jì)在2025-2030年(后以后)才會真正實(shí)現(xiàn),需要我們持續(xù)的努力。
根據(jù)國內(nèi)外的形勢,“十三五”新能源汽車總體專家組提出了路線圖的展望?？傮w看,電池正極發(fā)展方向是減鈷到無鈷,負(fù)極將是加硅,硅的含量將逐步提升,甚至是全硅。電解質(zhì)要減少有機(jī)溶劑,逐步提高鋰鹽的濃度,但是未來可能要開發(fā)全固態(tài)電解質(zhì)。但是全固態(tài)電解質(zhì)目前還有很多技術(shù)瓶頸需要克服,需要逐步開展。
除了電池,大家目前關(guān)注的可能是續(xù)駛里程,解決了電池并不能解決續(xù)駛里程的全部問題,目前續(xù)駛里程已經(jīng)從150公里提高到普遍300公里以上,但是客戶的抱怨并沒有減少,因?yàn)閷?shí)際的續(xù)駛里程低于期望值。我本人也是電動車的用戶,我深有感觸,實(shí)際的續(xù)駛里程對氣溫和駕駛風(fēng)格是非常敏感的?？吭龃箅姵匮b載量來增加續(xù)駛里程不是根本出路,主流技術(shù)路線是提高電動汽車能效和充電便利性。
首先,在能效方面,高效電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)變革將會在未來5年發(fā)生,即電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)高速化、高效化、小型化,現(xiàn)在轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到1.8萬轉(zhuǎn)/min,未來可能會到2萬轉(zhuǎn)/min;電機(jī)的體積、重量逐步減少,由于電機(jī)材料成本下降,電機(jī)成本也會下降。
其次,以碳化硅為代表的新一代高頻、高效電力電子將普遍使用,這也將會支撐高速電機(jī)的發(fā)展,使電機(jī)向小型、高效、低成本方向發(fā)展。據(jù)了解,美國能源部最近提出,面向2025年極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo):電機(jī)達(dá)到50千瓦/L,電機(jī)控制器100千瓦/L。這個目標(biāo)如果實(shí)現(xiàn),將對電動車產(chǎn)生革命性的影響。
另外是熱管理,新一代熱泵空調(diào)技術(shù)已經(jīng)取得重大突破,并開始產(chǎn)業(yè)化推廣,現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)裝車,這會降低對氣溫的敏感性,使冬季低溫環(huán)境下續(xù)駛里程的損失比現(xiàn)在降低2/3,從30%降到10%。還有就是整車能效優(yōu)化集成技術(shù)的突破,可以說電耗是整車集成技術(shù)水平最重要的指標(biāo),電動車的節(jié)能比燃油車更重要,應(yīng)該采用法規(guī)來管理。日產(chǎn)聆風(fēng)是一個標(biāo)桿車型,小型車NEDC工況接近10度電/百公里,裝載40-60度電可以行駛400-500公里,降低了電池的裝載量。
再一個就是充電的便利性,一是充電體系的建設(shè),二是快充技術(shù)的突破。中國是220伏的電壓,非常適合小功率慢充?，F(xiàn)在應(yīng)該盡量使家用轎車都配置慢充樁,這將成為主體的供電模式,未來成為能源互聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn);10-15分鐘的快速充電是必備的,但快充的定位是應(yīng)急,不是主體充電的模式,快充占比大概承擔(dān)15-20%。現(xiàn)在的350千瓦直流快充和換電代價都太大了,還不理想。預(yù)計(jì)今后5-7年,新一代與儲能結(jié)合、安全可靠的快充技術(shù)將會出現(xiàn),這一塊創(chuàng)新空間很大。
面向未來,我們對電動汽車市場化路線圖做一個簡單展望。國內(nèi)外研究顯示,2025年電池系統(tǒng)的價格將會達(dá)到100美元/千瓦時左右,其實(shí)我國的磷酸鐵鋰會提前達(dá)到。基于全生命周期的成本,計(jì)算燃油汽車的價格和全生命周期的費(fèi)用,燃油車和電動汽車將會持平,另外最嚴(yán)格的排放法規(guī)即將實(shí)施,燃油機(jī)的成本將會上升,拐點(diǎn)即將到來。我們認(rèn)為在2025年左右,純電動汽車性價比會實(shí)現(xiàn)大的突破。
特斯拉進(jìn)入中國,這是當(dāng)前對純電動汽車市場最重大的事件。應(yīng)該說,特斯拉的純電動戰(zhàn)略正在趨于成熟,它會帶來重大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。Modle3作為一個標(biāo)桿車型,是特斯拉最成功的一個車型,也是全面進(jìn)入家庭的一個車型,現(xiàn)在每個月量產(chǎn)2萬臺以上,尤其可貴的是它全面升級了動力系統(tǒng)的核心技術(shù),包括電池、電機(jī)和智能化技術(shù)?？傊?市場的開放和技術(shù)競爭將會加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新,加速市場推廣,加快成本下降。所以純電動不是收縮和退出,而是抓住機(jī)遇,直面挑戰(zhàn)。
第二,混合動力技術(shù)展望。
混合動力一般來講是比較復(fù)雜的,尤其是對于非汽車、非發(fā)動機(jī)行業(yè)人來說,容易混淆。首先是常規(guī)混合動力,即不可充電的混合動力,日本豐田、本田、日產(chǎn)分別開發(fā)了代表性的深混技術(shù),引領(lǐng)了國際常規(guī)混合動力的潮流。但我們也看到去年以來,日本試產(chǎn)串聯(lián)式的日產(chǎn)E-power的銷量和油耗可以跟普瑞斯的功率分流產(chǎn)品相媲美,這說明我們不一定要走功率分流的路線,對中國來講串聯(lián)相對簡單。
另外就是可以外界充電的混合動力,我們叫插電式混合動力。插電式混合動力分成兩個階段,在電量維持階段是常規(guī)混合動力。但充完電之后,率先使用的是電池,這一段非常重要。這要分為兩個部分,一是純電型插電式,就是全部用電,在充滿電之后的第一階段就是純電動,但是還有部分是混合型插電,前面仍然是混合動力,比如20公里純電續(xù)駛里程的普銳斯第一代插電混合就屬于這種。我們認(rèn)為,純電插電混合動力在城區(qū)短途用電,高速、長途用油,根據(jù)中國的乘用車出行特征,可以省油80%以上,這是中國優(yōu)勢的技術(shù)路線,這是我國政府規(guī)定50公里以上的純電續(xù)駛里程政策帶來的一個紅利。如果將純電型的插電混合動力按功能和結(jié)構(gòu)分開分析,其實(shí)有九類混合動力,純電型混合動力既可以串聯(lián)、并聯(lián),也可以混聯(lián)。根據(jù)中國對的增程式定義,實(shí)際上是串聯(lián)的純電型插電混合動力,是純電插電混合動力中的一類。中國可能主要是并聯(lián)和串聯(lián)兩種,混聯(lián)不會成為主流。
比較這兩種方式發(fā)現(xiàn),在混合動力模式下,并聯(lián)純電型相較于串聯(lián)純電型,具有成本和動力優(yōu)勢,國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)正在著力探索低成本的純電并聯(lián)式插電混合動力,我認(rèn)為這是一個非常值得關(guān)注的具有中國優(yōu)勢的技術(shù)路線。而且可以抗衡國外深度混合動力的常規(guī)混合動力。在成本上,由于并聯(lián)單電機(jī)代替雙電機(jī),綜合油耗較常規(guī)混合動力更大,從40%到80%,在成本上可以跟常規(guī)混合動力競爭。這能夠解決中國長期以來對深度混合動力頭疼問題。
如何實(shí)施混合動力技術(shù)路線?一是從燃油車升級轉(zhuǎn)換后的節(jié)能汽車路線,常規(guī)混合動力到插電式混合動力。另外一個是從純電動汽車轉(zhuǎn)換的混合動力路線,純電動到增程式和純電型插電混合動力。具體來看,要通過模塊化和平臺化的發(fā)展,內(nèi)燃機(jī)動力完全可以通過模塊化發(fā)展到并聯(lián)的三種構(gòu)型,P2、P2.5和P3,最后發(fā)展成并聯(lián)的純電型插電混合動力。純電動力系統(tǒng)方面,我們可以學(xué)習(xí)日產(chǎn),發(fā)展串聯(lián)混合動力,然后到燃料電池串聯(lián)混合動力。我們也可以加上增程式的串聯(lián)型插電式混合動力或者叫增程式電動汽車,總之,中國混合動力技術(shù)的特色和優(yōu)勢仍然是純電驅(qū)動。當(dāng)然純電驅(qū)動包括純電動,但不等于純電動。
另外,必須提到的是混合動力的核心技術(shù)—發(fā)動機(jī)技術(shù)。目前國內(nèi)用于混合動力發(fā)動機(jī)效率為35%-37%,國際水平38%-41%,距離內(nèi)燃機(jī)的極限效率:柴油機(jī)大概55%,汽油機(jī)45-50%,還有很大空間,我們還需要大力創(chuàng)新。在混合動力發(fā)動機(jī)方面,現(xiàn)在國際上有效效率已經(jīng)超過45%,主要的技術(shù)路徑包括提高壓縮比、稀薄燃燒增壓和稀薄燃燒的壓燃。值得一提的是增程式的電動汽車可能會是小功率的增程機(jī),我們現(xiàn)在探索有轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和自由對塞式發(fā)動機(jī)等等,從國際文獻(xiàn)分析和自我研究的角度,我們認(rèn)為主流的技術(shù)路線仍然是小排量四沖程的汽油機(jī)。
第三,燃料電池展望。
燃料電池首先的效益定位,奔馳公司給出的分析,即便選用的基礎(chǔ)內(nèi)燃機(jī)不差,內(nèi)燃混合動力全生命周期4.2升,相當(dāng)于車上的油耗大概3升,但在這種情況下,仍然是純電動和燃料電池效益的碳排放更加優(yōu)異。純電動和燃料電池相比,當(dāng)一次能源為天然氣的時候,燃料電池效益高于純電動,當(dāng)一次能源為可再生能源的時候,燃料電池效益低于純電動很多。另外只有基于可再生能源,才能實(shí)現(xiàn)近零碳排放。
燃料電池和純電動的成本平衡點(diǎn),韓國現(xiàn)代分析乘用車大概是500公里左右,商用車100公里左右。國內(nèi)外的研究表明,氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機(jī),鋰離子電池系統(tǒng)更適合替代汽油機(jī)。從應(yīng)用定位來看,燃料電池系統(tǒng)是卡車和公路客車的長途運(yùn)載工具的最佳選擇,這個分析來自豐田公司,也是燃料電池技術(shù)路線最佳的推崇者,從2009年到2018年,純電動汽車的適合里程范圍雖然擴(kuò)大了,但燃料電池仍然定位在長途的商用車領(lǐng)域,這給我們很多啟示。
中國特色的技術(shù)路線是燃料電池、動力電池、混合型動力系統(tǒng),中國開創(chuàng)了這條技術(shù)路線。燃料電池是國際的主流技術(shù)路線,中國燃料電池商業(yè)化已經(jīng)開始,經(jīng)過多年的示范,我們2017年底累計(jì)運(yùn)行千輛,2018年年產(chǎn)超過1500輛,全國投入運(yùn)營的加氫站達(dá)到12座,另外也有在建的。我們相信在中國的北方寒冷地區(qū)即SUV領(lǐng)域,燃料電池也具有競爭力。
燃料電池目前面臨許多挑戰(zhàn),在燃料電池發(fā)動機(jī)層面主要是膜電機(jī)和空壓機(jī)。另外氫能技術(shù),尤其是車載儲氫技術(shù),比如說儲氫的能量密度仍然是不高的。剛才我們看到鋰離子電池的體積能量密度可以達(dá)到每升800瓦時,系統(tǒng)只能達(dá)到每升600瓦時,氫系統(tǒng)70兆帕的是每升800瓦時,必須發(fā)展新一代的每升1200千瓦時的高能量、低成本的這種儲氫系統(tǒng)。目前的氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù),需要全鏈條各環(huán)節(jié)氫能技術(shù)有新的突破,比如說液化需要進(jìn)一步降低能耗。我們預(yù)計(jì)在2025年到2030年會有新一代的氫能技術(shù)的出現(xiàn)。
總之,根據(jù)中國和全球氫能燃料電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程,我認(rèn)為氫燃料電池汽車相比于純電動汽車,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程大約晚十年左右。在2020年,燃料電池混合動力將會成熟,商用車市場,預(yù)計(jì)在五千到一萬輛,標(biāo)志性的車型是燃料電池車。2025年,燃料電池技術(shù)將會成熟,推廣累計(jì)將會達(dá)到五到十萬輛,標(biāo)志性的車型是燃料電池的大型SUV,目前長城汽車在這方面應(yīng)該說走在前列。2030年,新一代氫能技術(shù)突破,制氫、儲氫、運(yùn)氫全方面突破,燃料電池技術(shù)在交通和能源領(lǐng)域推廣達(dá)到100萬輛,標(biāo)志性車型是燃料電池的長途貨運(yùn)卡車,將會達(dá)到一千公里的長途貨運(yùn)能力,一百萬公里的可靠性和耐久性。
總之,中國燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈目前還很薄弱,但產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢全球最佳,已經(jīng)吸引了全球相關(guān)資源的深度參與,預(yù)計(jì)今后五到十年,有可能達(dá)到與目前中國鋰離子電池的國際地位相當(dāng)?shù)乃健?/p>
第四,電動化與新能源融合發(fā)展的展望。
我們目前叫電動車革命,即將發(fā)生的是新能源革命和人工智能革命。在整車智能化方面,我們更多是在談駕駛智能化,共享出行,其實(shí)還有能源的智能化,能源互聯(lián)網(wǎng)和車網(wǎng)的共享,如果從駕駛共享的角度看,車輛總數(shù)會降低,但是從能源共的角度,家家都應(yīng)該有電動汽車,在家里晚上充電,白天賣電,來賺取差價,這樣所有車輛的總量不會降低,汽車產(chǎn)業(yè)的GDP也不會降低,所以這將是我們未來的出路。
我重點(diǎn)要講的是關(guān)于動力電動化之后的能源革命,電動化革命發(fā)展迅猛,中國首次在全球率先導(dǎo)入高科技領(lǐng)域,增長非常好?，F(xiàn)在從孕育期、導(dǎo)入期進(jìn)入成長期,還會到最后的高速成長期,我們認(rèn)為在2020年之后,尤其是2025年之后,將會是突飛猛進(jìn)的過程。根據(jù)中國汽車工程學(xué)會的預(yù)測,2030年是八千萬到一億輛,大家共同認(rèn)為所有的銷量指標(biāo)都會提前到達(dá),也就是說2025年,保有量就會達(dá)到五千萬到八千萬,這是極有可能的,我們必須提前做好準(zhǔn)備,為能源革命做好準(zhǔn)備。
大家知道光伏技術(shù)是中國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),現(xiàn)在效率普遍達(dá)到20%,下一步是30%。第三代光伏革命正在興起,效率潛力巨大。中國光伏產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn),分布式光伏引領(lǐng)發(fā)展。我們預(yù)計(jì)分布式光伏與電動汽車分布式儲能的組合能源系統(tǒng)將構(gòu)建未來能源交通信息,我們必須為電動車規(guī)?；蟮哪茉锤锩龊脺?zhǔn)備。分布式光伏儲能動力電池、氫燃料電池及電動汽車相互需要,電動汽車需要新能源,新能源也需要電動汽車?！八奈灰惑w”的新能源系統(tǒng),如果按照能源局的規(guī)劃,2030年非化石能源發(fā)電比例為50%,新能源也是50%,電動汽車上的電池將是50億度,再加上儲能電池(比如50億度),可以達(dá)到100億度以上,中國每天消費(fèi)的電也就是140億度,電池電量就可以供應(yīng)中國用電。這將是一場深刻的革命,也將帶來幾萬億到十幾萬億的產(chǎn)業(yè)。
總之,面向2025年,我們展望電動化技術(shù)將會全方位的成熟,不管是鋰離子電池還是燃料電池都會全方位成熟。新能源、可再生能源也是價格性價比的拐點(diǎn),電動車也是性價比的拐點(diǎn),兩個拐點(diǎn)都會在2020年到2025年之間實(shí)現(xiàn)。這兩個是天然的絕配組合,智能化也會突飛猛進(jìn),所以2025年左右是全方位突破的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。我們把新能源汽車分成三個階段,第一個階段是電動汽車,但不是真正的新能源汽車,到了第二階段,新能源電動汽車就是真正的新能源汽車,到了第三個階段就是新能源智能化電動汽車,就是我們最終的全方位革命的完成階段。
