鉅大LARGE | 點擊量：1014次 | 2019年07月05日
面向2035的中國新能源汽車技術(shù)路線展望
經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，世界新能源汽車大會（WNEVC）于2019年7月1-3日在海南博鰲隆重召開。大會著眼于全球汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善，通過聚集全球?qū)＜抑腔酆彤a(chǎn)業(yè)精英，共同交流探討新能源汽車在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、政策創(chuàng)新、市場模式創(chuàng)新等領(lǐng)域的成功經(jīng)驗與發(fā)展趨勢，凝聚產(chǎn)業(yè)共識，明晰汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向，探索電動化、智能化、共享化協(xié)同發(fā)展的有效路徑。在2日下午的全體大會上，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)歐陽明高教授發(fā)表了演講，內(nèi)容如下：
借這個機會，介紹一下《面向2035的中國新能源汽車技術(shù)路線展望》。分三點和大家介紹：
第一，純電與純電驅(qū)動技術(shù)。我要表達(dá)的觀點是新能源汽車發(fā)展十年來，恰逢鋰離子電池能量密度從100Wh/kg提升到300Wh/kg，價格從5塊降低到現(xiàn)在最低0.8元，實現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來革命性突破。從轎車角度來看，體積能量密度比重量能量密度更加重要，鋰離子電池在體積能量密度是具有優(yōu)勢的，其他的高比能量電池在這方面無法和鋰離子電池競爭。我個人認(rèn)為，鋰離子電池有望成為車用電池主流技術(shù)。當(dāng)然便隨比能量的提高出現(xiàn)了一個問題就是安全性，一步主要且緊迫任務(wù)就是如何把安全的平衡點提升到300Wh/kg的能量密度。在安全方面，安全事故應(yīng)該說是當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的致命隱患，我們必須盡快解決。安全事故的本質(zhì)是電池的熱失控，有機械原因、電的原因、熱的原因等等，單體電池上出現(xiàn)的熱失控之后不是致命的，關(guān)鍵是會引發(fā)整個電池系統(tǒng)熱失控蔓延，從而形成事故。
我的團(tuán)隊也一直是從事電池安全研究，我們建立了清華大學(xué)電池安全實驗室。經(jīng)過近十年研究，我們研究發(fā)現(xiàn)了高比能量動力電池三種主要熱失控機理，第一種是負(fù)極析活性鋰，就是快充或者過充引起的。第二種是隔膜刺穿導(dǎo)致內(nèi)短路引發(fā)熱失控。第三種是高比能量電池正級析釋活性氧，析氧密度隨著比能量提升在不斷下降。針對第一種機理和第二種機理主要是預(yù)防誘因，就是電池充電析鋰與快充控制。我們與日產(chǎn)在充電的算法上有合作，通過大量實驗數(shù)據(jù)支撐，并考慮各種各樣的情況，避免了很多熱失控問題，所以我們看到聆風(fēng)是賣最多一款電動車。另外是電池的內(nèi)短路與電池管理問題。內(nèi)短路要通過電池管理手段提前預(yù)防，電池管理還有很多技術(shù)都會對整個電池內(nèi)短路的誘因方面進(jìn)行最好的預(yù)防，電池管理系統(tǒng)要升級為新一代以安全為核心的電池管理。基于第三個機理，也就是高鎳出現(xiàn)之后失氧溫度下降，核心要從單體電池設(shè)計尤其熱設(shè)計著手，新一代電解液添加劑等等。我可以告訴大家，新一代811失氧溫度降低、熱釋放速率大幅度提升，熱失控最高溫度也大幅度提升。我們在學(xué)校大容量電池?zé)崾Э貙嶒灦疾桓医袑W(xué)生做。如果這些問題還不能預(yù)防，就是系統(tǒng)級的防控，即防熱失控蔓延，這就是熱蔓延與熱管理，通過散熱、隔熱相結(jié)合的手段來解決。總之鋰離子動力電池?zé)崾Э氐闹鲃臃揽乜梢曰窘鉀Q電池安全問題，并不是不可解決的。我昨天也和大眾董事長交流，他也信心滿滿。電池?zé)崾Э丶仁怯绊戨妱悠嚳沙掷m(xù)發(fā)展的生命線，也是市場競爭和品牌塑造的一個主旋律。新一代電動汽車不是靠動力性，可能要靠安全性。誰安全可靠，讓用戶放心，誰將來才能贏得客戶，。
基于前面的介紹，我本人對鋰離子動力電池在車用和儲能兩大領(lǐng)域的前景充滿信心，我認(rèn)為會超出預(yù)期。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我認(rèn)為中國可能會提前幾年達(dá)到今天發(fā)布的博鰲共識中的目標(biāo)，即2035年全球新能源汽車達(dá)到年度新車銷量的一半。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線》中的新能源汽車技術(shù)路線圖，我們2030年的目標(biāo)就是45-50%，中國走在全球的全列。參照這個預(yù)估，同時按照儲能市場大規(guī)模爆發(fā)，剛才陳主任說了，可再生能源價格已經(jīng)跟煤電相比了。中國可再生能源產(chǎn)能豐富，一年有1億kW可以裝機。在此基礎(chǔ)上，還有其他交通工具，比如說船，最近我看到一些領(lǐng)先公司已經(jīng)開始做電動船，一個船裝1000-2000度電。交通工具的全面電動化正在興起?；谶@樣的基本趨勢，我個人判斷可能會比這張圖要樂觀。這張圖大概是在2027年左右，全球鋰離子動力電池產(chǎn)量達(dá)到1萬億kWh。我個人認(rèn)為按照現(xiàn)在大眾、寶馬、豐田的電動車推出技術(shù)普遍提前了2-3年。中國原有的估計是在2030年左右達(dá)到1萬億kWh，樂觀估計會提前2-3年，我們要為此做好充分的準(zhǔn)備。
另外一個革命性變化是高功率密度極小體積電機驅(qū)動給整車設(shè)計帶來革命性機遇。日本三菱最近公布了電機公里密度達(dá)到23kW/L，德國做的是電機控制模塊總體加起來100kW/L。慢充以前使用的是交流充電機，車載的，現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)型為直流慢充，非車載的。我們前艙全部空出來了，我們和國外專家交流他們正在研究這些問題。慢充為主，結(jié)合儲能的快充補電將解決充電瓶頸問題。我們始終認(rèn)為慢充解決80%的問題，20%是快充，快速補電，不是快速充滿?？焖俪錆M是有安全風(fēng)險的，快充補電可以速度很快，15分鐘我想是可以接受的，15分鐘充50%。寧德時代比這個指標(biāo)還要好。
據(jù)此，我對中國純電動汽車市場化路線圖展望和陳主任判斷基本一致。2025年會出現(xiàn)性價比的轉(zhuǎn)折點，然后迎來大發(fā)展。當(dāng)然2025年，電池每千瓦時100美元，價格650塊錢甚至還會低，100度電仍然需要6.5萬塊。如果要保證500公里，保證春夏秋冬甚至跑高速，需要80-100度電，大概還得5、6萬塊錢。還有性價比更高的，就是城區(qū)80公里以上的純電，在城區(qū)開車在所有車型中純電動性能最好，高速長途單電機并聯(lián)驅(qū)動，并聯(lián)驅(qū)動是高速公路綜合性能最好的一種驅(qū)動方式，我們把這兩個結(jié)合起來，而且是用單電機不是雙電機，簡化的傳動系統(tǒng)，這可以綜合節(jié)油80%以上。這個系統(tǒng)如果像長里程這是性價比非常高的方案，我非?？春?。目前這種系統(tǒng)跟常規(guī)深度混合動力還有1萬塊左右的成本差別，但是當(dāng)我們的電池從目前的1塊多錢降成6毛多錢的時候，這個成本差異就只有3000-5000塊，這個價格可以通過用電替代油，燃料費省回來的。
對于純電動型插電式，大家對增程式是不陌生的，因為人人都理解增程式是什么東西，一說到插電大家就不知道是什么東西了。這里插電是兩種，一種是在電量下降階段，比方說80公里的純電續(xù)航里程大概裝20度電，在城區(qū)20度電功率足夠拉動我們跑到120公里沒問題。在這種情況下，我們有兩種方式，一種方式是在電量下降的時候，不是純電動，還是有混合動力，但是電量一直下降，這是混合型插電混合動力。當(dāng)電量下降到固定值比，比如30%，進(jìn)入常規(guī)混合常態(tài)，SOC保持穩(wěn)定，這是一種插電。另外一種插電是在前期下降階段，發(fā)動機不起來，只有電量下降到一定程度之后，才進(jìn)入常規(guī)混合動力。這就是純電型插電式。
下面我說一下燃料電池，這也是現(xiàn)在非常熱門的話題，我先聲明一下，我本人的團(tuán)隊既做純電動也做燃料電池，也做混合動力。如果說利益相關(guān)，三種都跟我相關(guān)，我說這個意思是，我想我應(yīng)該會相對中立。燃料電池技術(shù)，剛才說到轎車可能是純電動主體，凡是純電動能干的事，我覺得不要用燃料電池，因為燃料費用本身沒法精準(zhǔn)，所以燃料電池干什么？干純電動不適合干的事情，比如說商用車、長途卡車等等，比如在北方冬季運行的大客車，還有物流車等等，這是可以的。所以我們說新能源燃料電池更適合取代柴油機，鋰離子動力系統(tǒng)更適合取代汽油機，其實也不完全對。因為任何一種說得很通俗的話，往往很難做到非常嚴(yán)謹(jǐn)。所有論文、數(shù)學(xué)公式是最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，但是沒有人能看懂，通俗化可能喪失一點嚴(yán)謹(jǐn)性。
下面我說商用車，中國正好是燃料電池商用車領(lǐng)先國家，我們商用車現(xiàn)在在運行不說多少輛，賣出多少輛沒有意義，關(guān)鍵是多少輛在運行，大體估計現(xiàn)在應(yīng)該有2000輛。我們的燃料電池混合動力還是比較成功的。下面說面向2035，即使是商用車，大家知道商用車和乘用車所要求的氫用量差別很大，一個乘用車大概150公斤足夠，但是一個商用車就算是7.5噸物流車一年也有2噸，2.8米的車一年4噸起，49噸的大卡車一年10噸氫，現(xiàn)在的氫完全滿足2035供氫需求。我國目前富產(chǎn)氫和氣礦、氣風(fēng)、氣水至少做到500萬噸，有人說是800萬噸甚至1000萬噸。
燃料電池發(fā)動機面向2035可以滿足規(guī)模應(yīng)用需求。再過5年，將會趨于成熟，大家到外面看一下，我們有各種不同的燃料電池，最近這幾年進(jìn)展非?？?，大家去看，CCM、膜電極、電堆、全產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)打通，全球資源向中國匯集。問題在哪里呢？面向我們商用車為主體的瓶頸，燃料電池商用車產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸不在兩頭，在中間，就是運氫、車輛儲氫和加氫，大家知道商用車對燃料成本非常敏感，比乘用車車敏感。第二，耗氫量大，意味著車載氫瓶不適應(yīng)，所以車載氫瓶在動力系統(tǒng)中間體積最大，安全最敏感，成本即將變?yōu)樽罡?，這是大家沒想到的。第三，車載儲氫量占用加氫站時間長，占地面積大，一個商用車面積很大，還有安全距離，使單站服務(wù)車數(shù)量減少為乘用車的1/3以下。一個站對應(yīng)1650臺乘用車，但是商用車只能對應(yīng)300多輛車，這二者是差別很大的。
面向2035商用車為主百萬量級推廣的氫儲運瓶頸，現(xiàn)在20兆帕，一個30噸的大卡車裝300-350kg，這是不能支撐氫能大規(guī)模發(fā)展的，急需轉(zhuǎn)型為300個大氣壓，逐步上升為500個大氣壓，減少運輸成本。還有大規(guī)模管道運氫。液態(tài)儲氫是有優(yōu)勢，但是關(guān)鍵部件進(jìn)口，建設(shè)周期較長，總體儲運能力不夠，現(xiàn)在全球氫液化工廠的總能力15-20萬噸，面向2035可能是200、300萬噸，只占我們的十幾分之一。
第二個是車載儲氫瓶，35MPa可以支撐城市公交250公里，中級物流車300公里，70MPa城際客車400公里，重型物流車500公里。新一代想裝得更多就是液氫，但是這個技術(shù)還要5年探索之后才能決定是不是具有大規(guī)模應(yīng)用的可行性。
第三個是加氫站瓶頸，全球360座加氫站，絕大多數(shù)都是小型站，最高每天1.25噸，中國16種，每天總能力8噸，每個站500公斤，最高的是張家口的，我的團(tuán)隊建了中國第一個加氫站，就是北京永豐加氫站，也是全國最大的加氫站，每天服務(wù)1.5噸，服務(wù)50輛客車，因為每天都要加。按照2030供氫200-400萬噸，每年平添500-10000噸，我取中間數(shù)是8000噸，是我說的8噸的1000倍。我們也可以想辦法，現(xiàn)在單站服務(wù)車輛數(shù)量如果全市重型商用車上限就是100-200輛，怎么辦？辦法就是進(jìn)一步降低車的區(qū)號。第二，適當(dāng)改變車型結(jié)構(gòu)，也就是說不能全是商用車，大型SUV是可以的，現(xiàn)在都是按照搞多少車，要求人家給加氫站建多少，這么做加氫站妥當(dāng)了，我們反過來需要根據(jù)加氫能力來決定我們的車。對2016年路線圖做了一個小小的修改，2020年5000輛保持不變，我說的運行輛是真正運行的數(shù)量。2025年基于20Pma各地因地制宜，5-10萬?，F(xiàn)在關(guān)鍵問題是5-10萬變成100萬，這要突破我剛才說的三個瓶頸，然后把各城市連載一起形成全國一條鏈。因為這個數(shù)字有不確定性，原先是2030年100萬，我現(xiàn)在模糊一下變成2030-2035。
最后簡單說一下，新能源汽車與智能化。這幾個數(shù)據(jù)，中國已經(jīng)成為能源第一消費大國，人均消費3個省超過美國，7個省超過歐盟平均水平，《巴黎協(xié)定》2050年溫升不超過1.5度。美國燃煤在全國能源占比降低了15%，中國煤炭2025年石油達(dá)峰7.2億噸，2030年碳達(dá)峰，靠電動汽車和可再生能源結(jié)合。規(guī)模是多少，2030年50%以上，中國肯定要提前到。再和可再生能源結(jié)合，尤其是分布式可再生能源，每年光伏裝機1億kW，構(gòu)成未來能源交通一體化系統(tǒng)。我們以電動汽車大規(guī)模應(yīng)用消費革命推動以太陽能電池為代表能源生產(chǎn)革命。
規(guī)劃2035要迎接新能源汽車智能化電動汽車新時代，除了動力電動化還有整車智能化和能源低碳化，一共三大革命，現(xiàn)在說的四化都只提到網(wǎng)聯(lián)化、共享化、電動化，主要說的是信息，沒有說能源，能源也有網(wǎng)聯(lián)化也有共享化，能源互聯(lián)網(wǎng)，我們電動車可以構(gòu)成移動信息互聯(lián)網(wǎng)，我們可以構(gòu)成移動能源互聯(lián)網(wǎng)，這是需要強調(diào)的。
最后，展望未來，新能源汽車未來將從初級階段經(jīng)歷新能源和智能化雙向并行發(fā)展，進(jìn)入新能源電動汽車新時代。
