展望未來,新能源汽車未來將從初級階段經曆新能源和智能化雙向並行發展,進入新能源電動汽車新時代。

经国务院批准,世界新能源汽车大会(WNEVC)于2019年7月1-3日在海南博鳌隆重召开。大会着眼于全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善,通过聚集全球专家智慧和产业精英,共同交流探讨新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成功经验与发展趋势,凝聚产业共识,明晰汽车产业转型升级的方向,探索电动化、智能化、共享化协同发展的有效路径。在2日下午的全体大会上,中国科学院院士、清华大学歐陽明高教授发表了演讲,内容如下:

中国科学院院士、清华大学歐陽明高

尊敬的陳清泰理事長,各位嘉賓,大家下午好。

借這個機會,我給大家介紹一下《面向2035的中國新能源汽車技術路線展望》。分三點和大家介紹:

第一,純電與純電驅動技術。我要表達的觀點是新能源汽車發展十年來,恰逢锂離子電池能量密度從100Wh/kg提升到300Wh/kg,價格從5塊降低到現在最低0.8元,實現了蓄電池領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,锂離子電池在體積能量密度是具有優勢的,其他的高比能量電池在這方面無法和锂離子電池競爭。我個人認爲,锂離子電池有望成爲車用電池主流技術。當然便隨比能量的提高出現了一個問題就是安全性,一步主要且緊迫任務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,安全事故應該說是當前新能源汽車發展的致命隱患,我們必須盡快解決。安全事故的本質是電池的熱失控,有機械原因、電的原因、熱的原因等等,單體電池上出現的熱失控之後不是致命的,關鍵是會引發整個電池系統熱失控蔓延,從而形成事故。

我的團隊也一直是從事電池安全研究,我們建立了清華大學電池安全實驗室。經過近十年研究,我們研究發現了高比能量動力電池三種主要熱失控機理,第一種是負極析活性锂,就是快充或者過充引起的。第二種是隔膜刺穿導致內短路引發熱失控。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防誘因,就是電池充電析锂與快充控制。我們與日産在充電的算法上有合作,通過大量實驗數據支撐,並考慮各種各樣的情況,避免了很多熱失控問題,所以我們看到聆風是賣最多一款電動車。另外是電池的內短路與電池管理問題。內短路要通過電池管理手段提前預防,電池管理還有很多技術都會對整個電池內短路的誘因方面進行最好的預防,電池管理系統要升級爲新一代以安全爲核心的電池管理。基于第三個機理,也就是高鎳出現之後失氧溫度下降,核心要從單體電池設計尤其熱設計著手,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。我們在學校大容量電池熱失控實驗都不敢叫學生做。如果這些問題還不能預防,就是系統級的防控,即防熱失控蔓延,這就是熱蔓延與熱管理,通過散熱、隔熱相結合的手段來解決。總之锂離子動力電池熱失控的主動防控可以基本解決電池安全問題,並不是不可解決的。我昨天也和大衆董事長交流,他也信心滿滿。電池熱失控既是影響電動汽車可持續發展的生命線,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,我本人對锂離子動力電池在車用和儲能兩大領域的前景充滿信心,我認爲會超出預期。

我認爲中國可能會提前幾年達到今天發布的博鳌共識中的目標,即2035年全球新能源汽車達到年度新車銷量的一半。根據《節能與新能源汽車技術路線》中的新能源汽車技術路線圖,我們2030年的目標就是45-50%,中國走在全球的全列。參照這個預估,同時按照儲能市場大規模爆發,剛才陳主任說了,可再生能源價格已經跟煤電相比了。中國可再生能源産能豐富,一年有1億kW可以裝機。在此基礎上,還有其他交通工具,比如說船,最近我看到一些領先公司已經開始做電動船,一個船裝1000-2000度電。交通工具的全面電動化正在興起。基于這樣的基本趨勢,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,全球锂離子動力電池産量達到1萬億kWh。我個人認爲按照現在大衆、寶馬、豐田的電動車推出技術普遍提前了2-3年。中國原有的估計是在2030年左右達到1萬億kWh,樂觀估計會提前2-3年,我們要爲此做好充分的准備。

另外一個革命性變化是高功率密度極小體積電機驅動給整車設計帶來革命性機遇。日本三菱最近公布了電機公裏密度達到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,現在正在轉型爲直流慢充,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。慢充爲主,結合儲能的快充補電將解決充電瓶頸問題。我們始終認爲慢充解決80%的問題,20%是快充,快速補電,不是快速充滿。快速充滿是有安全風險的,快充補電可以速度很快,15分鍾我想是可以接受的,15分鍾充50%。甯德時代比這個指標還要好。

據此,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年會出現性價比的轉折點,然後迎來大發展。當然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公裏,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80公裏以上的純電,在城區開車在所有車型中純電動性能最好,高速長途單電機並聯驅動,並聯驅動是高速公路綜合性能最好的一種驅動方式,我們把這兩個結合起來,而且是用單電機不是雙電機,簡化的傳動系統,這可以綜合節油80%以上。這個系統如果像長裏程這是性價比非常高的方案,我非常看好。目前這種系統跟常規深度混合動力還有1萬塊左右的成本差別,但是當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,因爲人人都理解增程式是什麽東西,一說到插電大家就不知道是什麽東西了。這裏插電是兩種,一種是在電量下降階段,比方說80公裏的純電續航裏程大概裝20度電,在城區20度電功率足夠拉動我們跑到120公裏沒問題。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。當電量下降到固定值比,比如30%,進入常規混合常態,SOC保持穩定,這是一種插電。另外一種插電是在前期下降階段,發動機不起來,只有電量下降到一定程度之後,才進入常規混合動力。這就是純電型插電式。

下面我說一下燃料電池,這也是現在非常熱門的話題,我先聲明一下,我本人的團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,三種都跟我相關,我說這個意思是,我想我應該會相對中立。燃料電池技術,剛才說到轎車可能是純電動主體,凡是純電動能幹的事,我覺得不要用燃料電池,因爲燃料費用本身沒法精准,所以燃料電池幹什麽?幹純電動不適合幹的事情,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,锂離子動力系統更適合取代汽油機,其實也不完全對。因爲任何一種說得很通俗的話,往往很難做到非常嚴謹。所有論文、數學公式是最嚴謹的,但是沒有人能看懂,通俗化可能喪失一點嚴謹性。

下面我說商用車,中國正好是燃料電池商用車領先國家,我們商用車現在在運行不說多少輛,賣出多少輛沒有意義,關鍵是多少輛在運行,大體估計現在應該有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,現在的氫完全滿足2035供氫需求。我國目前富産氫和氣礦、氣風、氣水至少做到500萬噸,有人說是800萬噸甚至1000萬噸。

燃料電池發動機面向2035可以滿足規模應用需求。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,最近這幾年進展非常快,大家去看,CCM、膜電極、電堆、全産業鏈已經打通,全球資源向中國彙集。問題在哪裏呢?面向我們商用車爲主體的瓶頸,燃料電池商用車産業鏈瓶頸不在兩頭,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,所以車載氫瓶在動力系統中間體積最大,安全最敏感,成本即將變爲最高,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,使單站服務車數量減少爲乘用車的1/3以下。一個站對應1650台乘用車,但是商用車只能對應300多輛車,這二者是差別很大的。

面向2035商用車爲主百萬量級推廣的氫儲運瓶頸,現在20兆帕,一個30噸的大卡車裝300-350kg,這是不能支撐氫能大規模發展的,急需轉型爲300個大氣壓,逐步上升爲500個大氣壓,減少運輸成本。還有大規模管道運氫。液態儲氫是有優勢,但是關鍵部件進口,建設周期較長,總體儲運能力不夠,現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公裏,中級物流車300公裏,70MPa城際客車400公裏,重型物流車500公裏。新一代想裝得更多就是液氫,但是這個技術還要5年探索之後才能決定是不是具有大規模應用的可行性。

第三个是加氢站瓶颈,全球360座加氢站,绝大多数都是小型站,最高每天1.25吨,中国16种,每天总能力8吨,每个站500公斤,最高的是张家口的,我的团队建了中国第一个加氢站,就是北京永丰加氢站,也是全国最大的加氢站,每天服务1.5吨,服务50辆客车,因为每天都要加。按照2030供氢200-400万吨,每年平添500-10000吨,我取中间数是8000吨,是我说的8吨的1000倍。我们也可以想办法,现在单站服务车辆数量如果全市重型商用车上限就是100-200辆,怎么办?办法就是进一步降低车的区号。第二,适当改变车型结构,也就是说不能全是商用车,大型SUV是可以的,现在都是按照搞多少车,要求人家给加氢站建多少,这么做加氢站妥当了,我们反过来需要根据加氢能力来决定我们的车。对2016年路线图做了一个小小的修改,2020年5000辆保持不变,我说的运行辆是真正运行的数量。 2025年基于20Pma各地因地制宜, 5-10万。现在关键问题是5-10万变成100万,这要突破我刚才说的三个瓶颈,然后把各城市连载一起形成全国一条链。因为这个数字有不确定性,原先是2030年100万,我现在模糊一下变成2030-2035。

最後簡單說一下,新能源汽車與智能化。這幾個數據,中國已經成爲能源第一消費大國,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年石油達峰7.2億噸,2030年碳達峰,靠電動汽車和可再生能源結合。規模是多少,2030年50%以上,中國肯定要提前到。再和可再生能源結合,尤其是分布式可再生能源,每年光伏裝機1億kW,構成未來能源交通一體化系統。我們以電動汽車大規模應用消費革命推動以太陽能電池爲代表能源生産革命。

規劃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,現在說的四化都只提到網聯化、共享化、電動化,主要說的是信息,沒有說能源,能源也有網聯化也有共享化,能源互聯網,我們電動車可以構成移動信息互聯網,我們可以構成移動能源互聯網,這是需要強調的。

最后,展望未來,新能源汽車未來將從初級階段經曆新能源和智能化雙向並行發展,進入新能源電動汽車新時代。谢谢各位。    

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[責任編輯:趙卓然]

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