歐陽明高深談2035年新能源汽車技術(shù)趨勢(shì)

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1月12日，在2019中國電動(dòng)汽車委員會(huì)百人論壇上，中國科學(xué)院院士高表示:2021年11月，全國政協(xié)召開“雙周座談會(huì)”，有委員提出制定2035年新能源汽車發(fā)展規(guī)劃。目前，2035年新能源汽車發(fā)展規(guī)劃尚未發(fā)布。高從技術(shù)角度介紹了純電力、混合動(dòng)力、燃料電池以及電氣化與新能源融合的前景。

中國科學(xué)院院士高

■鋰電池有潛力成為動(dòng)力電池的主流技術(shù)。

高介紹，從2021年開始，鋰離子動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車上應(yīng)用10年，動(dòng)力電池的能量密度提高了2.5倍。2021年全球動(dòng)力電池能量密度目標(biāo)基本定在300Wh/kg。高認(rèn)為，中國已經(jīng)做好了充分準(zhǔn)備。

從車輛的角度來看，動(dòng)力電池最重要的是體積能量密度，而不是重量能量密度。鋰離子電池在這方面最有優(yōu)勢(shì)。雖然目前鋰硫電池和鋰空氣體電池的理論重量能量密度相對(duì)較高，但體積能量密度仍難以超越鋰離子電池。他說，雖然2021年發(fā)生了一些安全事故，但事故車輛使用的電池基本都是2021年左右生產(chǎn)的NCM523系統(tǒng)。

隨著高鎳的應(yīng)用，電池的熱穩(wěn)定性會(huì)變差，未來的安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大，因此必須采取措施防止安全問題。目前，鋰離子電池從單體層面完全消除熱失控是不現(xiàn)實(shí)的，但從電池系統(tǒng)的熱機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)以及控制設(shè)計(jì)上可以防止誘發(fā)和蔓延，即使單體發(fā)生熱失控，也不會(huì)發(fā)生事故。

為了提高電池本身的安全性，應(yīng)該開發(fā)一種新型的固體電解質(zhì)電池。為了應(yīng)對(duì)中韓兩國電池產(chǎn)業(yè)的崛起，日本正在全國范圍內(nèi)努力研發(fā)下一代固態(tài)電池，政府每年支出50-100億日元。歐美原有的電池產(chǎn)業(yè)相對(duì)薄弱，也在全力研發(fā)新一代固態(tài)電池。

中國電池行業(yè)雖然暫時(shí)獲得了優(yōu)勢(shì)，但國際競爭壓力巨大，有必要追趕固態(tài)電池的前沿技術(shù)。目前國內(nèi)有一些固態(tài)電池，但并不都是固態(tài)電池。預(yù)計(jì)2030年后將實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的大規(guī)模商業(yè)化。

一般來說，電池正極的發(fā)展方向是鈷還原到無鈷，負(fù)極會(huì)是加硅，硅的含量會(huì)逐漸增加，甚至全部是硅。電解液應(yīng)減少有機(jī)溶劑，逐步提高鋰鹽濃度，但全固態(tài)電解液未來可能會(huì)有發(fā)展，但仍有許多技術(shù)瓶頸需要逐步克服和發(fā)展。

■通過增加電池負(fù)載來增加續(xù)航里程不是根本出路。

除了電池，續(xù)航里程也是目前業(yè)界最關(guān)注的問題。高認(rèn)為，解決動(dòng)力電池問題并不能解決續(xù)航里程的所有問題。目前，行駛里程從150公里增加到300多公里，但客戶的投訴并沒有減少，因?yàn)閷?shí)際行駛里程低于預(yù)期。他認(rèn)為，通過增加電池負(fù)載來增加續(xù)航里程并不是根本出路，主流技術(shù)路線是提高電動(dòng)汽車的能效和充電便利性。

能效方面，未來五年將發(fā)生高效電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)變革，即電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將高速、高效、小型化，現(xiàn)在轉(zhuǎn)速可達(dá)18,000 rpm，未來可能達(dá)到20,000 rpm。電機(jī)的體積和重量逐漸減小，電機(jī)的成本也會(huì)由于電機(jī)材料成本的降低而降低。

同時(shí)，以碳化硅為代表的新一代高頻高效電力電子將得到廣泛應(yīng)用，也將支持高速電機(jī)的發(fā)展，使電機(jī)向小尺寸、高效率、低成本方向發(fā)展。據(jù)了解，美國能源部最近為2025年提出了一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo):50kW/L電機(jī)和100kW/L電機(jī)控制器。如果這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，將對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)生革命性的影響。

此外，這是一個(gè)熱管理的問題。新一代熱泵空調(diào)制技術(shù)取得重大突破，開始產(chǎn)業(yè)化推廣。現(xiàn)在有些企業(yè)安裝了汽車，會(huì)降低對(duì)溫度的敏感度，冬季低溫環(huán)境下的行駛里程損失降低2/3，從30%降到10%。

還有車輛能效優(yōu)化和集成技術(shù)的突破。可以說，動(dòng)力消耗是車輛集成技術(shù)水平最重要的指標(biāo)，電動(dòng)汽車的節(jié)能比燃油汽車更重要，應(yīng)該通過法律法規(guī)進(jìn)行管理。

最后是充電的便捷性，包括充電系統(tǒng)的搭建和快充技術(shù)的突破。高認(rèn)為，中國是220伏電壓，這非常適合低功率慢充。現(xiàn)在要努力讓所有國產(chǎn)汽車都配備慢充電樁，這將成為未來的主要供電方式和能源互聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，10-15分鐘的快充是必須的，但快充的定位是應(yīng)急，不是主要的充電方式，快充約占15-20%。

歐陽明認(rèn)為，純電動(dòng)汽車的性價(jià)比將在2025年左右實(shí)現(xiàn)大突破。以生命周期成本為基礎(chǔ)，計(jì)算燃油車、燃油車和電動(dòng)車的價(jià)格和生命周期成本將是相等的。此外，最嚴(yán)格的排放法規(guī)即將實(shí)施，燃油車成本上升，也將加速新能源車與燃油車性價(jià)比拐點(diǎn)的到來。

■純電插電是一條具有中國優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線。

混合動(dòng)力系統(tǒng)很復(fù)雜，尤其是非專業(yè)人士。常規(guī)混合動(dòng)力，即非充電式混合動(dòng)力，日本豐田、本田、日產(chǎn)分別開發(fā)了具有代表性的深混技術(shù)，引領(lǐng)了常規(guī)混合動(dòng)力的國際潮流。另一種是可以從外部充電的混合動(dòng)力，稱為插電式混合動(dòng)力。

插電式混合動(dòng)力可分為純電動(dòng)插電式和混合動(dòng)力插電式。如果將純電插電式混合動(dòng)力按其功能和結(jié)構(gòu)單獨(dú)分析，實(shí)際上混合動(dòng)力有9種，可以串聯(lián)、并聯(lián)或并聯(lián)。按照國內(nèi)對(duì)增程式的定義，其實(shí)是串聯(lián)式純電插電式混合動(dòng)力，是純電插電式混合動(dòng)力的一種。國內(nèi)可能有并聯(lián)和串聯(lián)兩種，混合連接不會(huì)成為主流。

高認(rèn)為，根據(jù)我國乘用車的出行特點(diǎn)，純電動(dòng)插電式混合動(dòng)力可以為城市地區(qū)節(jié)省80%以上的燃油用于短途用電、高速和長途用油。這是中國的優(yōu)勢(shì)技術(shù)路線，是政府50公里以上純電續(xù)航政策帶來的加分項(xiàng)。

對(duì)比這兩種模式發(fā)現(xiàn)，在混動(dòng)模式下，并聯(lián)純電型相比串聯(lián)純電型具有成本和動(dòng)力優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)龍頭企業(yè)正在努力探索低成本純電并聯(lián)插電式混合動(dòng)力。高認(rèn)為，這是一條非常值得關(guān)注的具有中國優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線，可以抗衡國外常規(guī)雜交的深雜交。

■氫燃料電池比純電電池晚十年左右。

燃料電池的第一個(gè)效益取向，奔馳給出的分析，即使基礎(chǔ)內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃混動(dòng)，生命周期為4.2升，相當(dāng)于車輛上3升左右的油耗，但在這種情況下，純電動(dòng)和燃料電池的碳排放效益還是比較優(yōu)異的。與純電燃料電池相比，當(dāng)一次能源為天然氣時(shí)，燃料電池的效率高于純電燃料電池，當(dāng)一次能源為可再生能源時(shí)，燃料電池的效率遠(yuǎn)低于純電燃料電池。

關(guān)于燃料電池和純電動(dòng)汽車的成本平衡點(diǎn)，現(xiàn)代汽車分析乘用車約500公里，商用車約100公里。國內(nèi)外研究表明，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，豐田認(rèn)為燃料電池系統(tǒng)是卡車和公路車的長途車的最佳選擇。2021年至2021年，雖然純電動(dòng)汽車的適用里程范圍有所擴(kuò)大，但燃料電池仍定位于長途商用車領(lǐng)域。

燃料電池是國際主流技術(shù)路線，我國燃料電池商業(yè)化已經(jīng)啟動(dòng)。經(jīng)過多年的示范，2021年底已有近1000輛車在運(yùn)行，2021年年產(chǎn)量超過1500輛。全國有12個(gè)加氫站在運(yùn)行，其他正在建設(shè)中。高認(rèn)為，燃料電池在中國北方寒冷地區(qū)也有競爭力。

然而，燃料電池目前面臨許多挑戰(zhàn)，主要是燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)的膜電極和空壓機(jī)。此外，氫能技術(shù)有待提高，尤其是車載儲(chǔ)氫技術(shù)。目前氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù)，這就要求氫能技術(shù)在全鏈條的各個(gè)環(huán)節(jié)都有新的突破。高表示，預(yù)計(jì)2025年至2030年將出現(xiàn)新一代氫能技術(shù)。

結(jié)合國內(nèi)外氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展歷程，高認(rèn)為，氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程比純電動(dòng)汽車晚十年左右。2021年預(yù)計(jì)將有5000到10000輛車推廣，燃料電池客車是標(biāo)志性車輛。2025年燃料電池技術(shù)成熟，推廣總數(shù)達(dá)到50萬到10萬。標(biāo)志性車型是一款搭載燃料電池的大型SUV。2030年，新一代氫能技術(shù)在制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫各方面取得突破。燃料電池技術(shù)在交通和能源領(lǐng)域推廣到100萬輛，標(biāo)志性車輛是燃料電池長途貨運(yùn)卡車。

最后，高指出，當(dāng)前汽車工業(yè)的時(shí)期是電氣化革命，但是，電氣化之后的能源革命更值得關(guān)注。中國汽車工程學(xué)會(huì)預(yù)測，2030年電動(dòng)汽車將達(dá)到8000萬至1億輛，因此我們必須提前為能源革命做好準(zhǔn)備。他介紹，中國光伏產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn)，預(yù)計(jì)分布式光伏與電動(dòng)汽車分布式儲(chǔ)能的聯(lián)合能源系統(tǒng)將構(gòu)建未來的能源網(wǎng)絡(luò)，兩者結(jié)合的想象空間很大空。