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中国新能源汽车技术路线回顾与展望
发布时间:2017-07-05 00:45 浏览:
 中国电动汽车百人会执行副理事长指出,2016年是“十二五”电动汽车重点专项的结束年,也是“十三五”国家《新能源汽车》重点专项的启动年,目前第一批项目已经正式启动,第二批项目指南已经发出。2016年还发布了节能新能源汽车技术路线图,对“十四五”、“十五五”都进行了展望。

  一、过去五年来新能源汽车“纯电驱动”技术路线与技术进展

  2016年从国内来看,是电动汽车的技术质量提升年,电动汽车行业的发展特征是技术质量提升、政策结构调整、产业理性增长。

  从全球范围看,2016年是纯电驱动技术转型的标志年。理由有三点:第一,2015年,中国新能源汽车在全球占比第一,销量超过全球50%以上,在国际上引起了强烈反响,无论是政府还是厂家,都感受到了来自中国率先发力的挑战。第二,更值得注意的是,2016年国际上各大汽车厂商的技术转型。如德国大众,今年朝纯电驱动转型非常激进,日本丰田年底也在调整技术路线,加强了对纯电驱动的转型。第三,从学术和技术的层面来看,电动汽车锂离子动力电池的技术进步超出预期。众所周知,锂离子电池发明至今只有20年,锂离子动力电池在电动车上的真正使用还不到10年,2007年第一次在日产凌风上开始使用。可见动力电池的进步非常迅猛。今年以来,大家可能常会有各种各样关于锂离子电池进步的消息,尽管其中有炒作存在,但实际发展中也不乏技术发展的因素。有的论文里面提到了部分技术,但容易被说成是产品,实际上从理论到产品的距离还是比较远的。在部分报道中的确有夸大的成分,但是同时也要看到,其中的技术潜力确实很大。

  以前主流的观点认为,纯电动车跟其他类型电动汽车相比,从性价比来看,其优势主要体现在100到150公里的里程范围,现在随着锂离子电池技术进步,大概提高了一倍,即在300公里的范围内,仍然在性价比方面有着优势的。如果不讲性价比,光靠增加电池,当然可以有更大的里程范围,对于乘用车而言,其主要的限制在于车辆的容积。从技术上来看,在单位重量、单位体积下储存的能量越来越多,成本越来越低,这才能体现出电动汽车的水平和技术。如果只考虑电动汽车的行驶里程,不考虑电池的比能量、车辆的价格等限定条件,是没有技术进步意义的。

  纯电驱动技术路线的确立背景在2009年开始提出,正式发布于2012年,中间经历了比较长的时间,也经过高层很多探讨,最后确定重点发展纯电驱动的电动汽车,包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池电动汽车。2012年3月,科技部“十二五”《电动汽车科技发展规划》正式提出确立“纯电驱动”技术转型战略,《节能与新能源汽车产业发展规划2012—2020》中再次确认了这一战略。纯电驱动真正实现产业化是2014年,当年真正形成了新能源汽车产业化元年,到2015年,新能源汽车的发展实现了爆发式增长,也是电动汽车的比较粗放式的发展年,今年电动汽车的发展逐步趋于理性,总体来看,走到今天,我国电动汽车的发展在国际上取得了一定位置。

  纯电驱动的战略目标是通过纯电动的率先产业化带动各种类型电动汽车的全面发展。对于混合动力来说,传统的汽车强国、汽车大公司比我们更具优势,丰田的路线就是先做混合动力,再做插电混合和燃料电池。而我国是从纯电动开始发展,从车厂的角度来看,混合动力的技术难度更大。我国率先发展纯电驱动,带动电池产业的发展达到了世界前列,电池产业规模达到世界第一,总体水平位列国际前三,在产业链的完整度上也是处于世界第一的水平,我国的动力电池产业链,尤其是电池材料,如正负极材料,在国际市场上的占有率也是第一。前几天《焦点访谈》中提到企业贝特瑞,其负极材料技术水平和市场占有率,都已经走在世界前列。在此基础上,我们以纯电动力系统(电池、电机、电控)为基础平台,再发展混合动力和燃料电池就比较顺利。目前我国从纯电往插电方向的发展,取得了比较好的进展,比亚迪秦,唐,上汽荣威550,以及马上出来的广汽G-MC串并联的混合动力,无论是发动机方面,还是混合动力装置上,都取得了突破。与此同时,燃料电池与动力电池深度混合的燃料电池汽车也取得了较好的进展,下一步也会出现具有国际竞争力的常规深度混合动力。这是一个渐进的发展过程,这种发展方式就避免了电动汽车产业发展初期跟国外厂家在传统车尤其在发动机以及发动机机电耦合装置等方面的直接竞争。发动机和变速器是我国汽车产业的弱项,有效的回避弱项竞争,有利于我国电动汽车产业的发展,有利于实现到2020年之后,我国企业与国外企业能够全方位齐头并进、同步竞争。

  目前,我国自主品牌的燃油轿车发展速度也非常快,已经快要占据半壁江山,大家对自主品牌的看法也发生了改变,我国自主品牌的轿车与其他品牌的汽车如德系、日系等,在市场占有率上已经拉开一定差距。综合考虑以上情况,再经过五年左右,我国自主品牌节能与新能源汽车将会上一个大的台阶。

  现阶段,我国电动汽车的发展也存在一系列挑战与问题,例如在充电基础设施目前仍然和整车的进度不相匹配。主要体现在几个方面:

  一是新旧国标的转换进展缓慢。去年百人会年会专门提到过。新国标在2015年底发布,但是这一年进展不大,根据企业的测试,新国标的车型充电遇到很大困难。近期国家能源局发布文件,要求从明年1月1日起,新车必须按照新国标执行,截止到明年年底,旧的标准必须要更新。

  二是互联互通方面。目前现有的充电服务平台较多,不同平台之间交换信息还比较困难。

  三是充电安全问题,包括功能安全、信息安全、设备安全等。安全是电动汽车百人会2016年的核心议题。目前在电池安全方面,已经取得了较大进展,但是充电安全方面,由于涉及的问题太多,包括设备、消防、信息等多个方面。包括最近发生的关于国网的APP信息安全方面的问题,也暴露出充电方面存在的一些问题。

  四是公共充电基础设施布局不合理。主要体现在两个方面,一是需要充电的车找不到地方充,二是已有的充电设施利用率还不高。据统计,某厂家在北京的充电设施,有接近一半不能用,不是设备存在问题、就是不对外服务。

  五四现有电动车对充电技术要求越来越高,快充的相关设施已无法跟上其发展,如比亚迪的交流快充,直接用电机的逆变器做交流电充,但是交流充电桩的电缆线不行,到了极限很容易发热。除此之外,还有充储一体化,不仅可以充电,还可以往电网回馈电,这种形式现有的充电设施也难以适应。

  二、今后五年新能源汽车电动化、轻量化与智能化发展目标

  “十三五”的技术战略是纯电驱动技术升级战略,具体是“三化”:电动化、轻量化、智能化。今年智能化是热议话题。目前国家没有设置智能汽车专项,智能化放在“十三五”《新能源汽车》重点专项中,将以前的电控变成了智能化。轻量化也是今后的发展重点。在电动汽车发展初期,考虑到市场因素,其研发重点主要在于动力系统的改变,对于整车方面着力不多。下一步将从整车的角度强调轻量化和智能化。这两方面工作虽然开始时间还不长,但也取得了一些进展,例如,12米的大客车,以前一般是在12、13吨,现在最轻的可以做到8.7吨。

  电动化方面,今后五年的目标是进一步让全新正向开发的电动汽车,尤其是纯电动汽车具备商业竞争力。政策角度上,随着补贴的逐渐退坡,未来将实行新能源积分制度;在技术角度,未来将要以有商业竞争力为开发目标。所谓的商业竞争力,就是家用主流A级轿车,在性能价格比上与燃油车竞争。目前全世界都在朝这个方向努力,如特斯拉Model3、通用Bolt,其发展目标都是续驶里程达到350公里左右的具有性价比的电动轿车。要满足这个要求,电池必须降低重量、降低体积,降低成本,因此电池的比能量必须大幅提高,达到300-350瓦时每公斤,这是是下一步攻关的目标。从而实现消费者能够按照性价比来买车,而不是补贴。

  目前我国电池成本每年大约能够下降百分之十几到二十,五年前约是5.5块钱到6块钱,去年平均价格在2.5元左右,今年估计在2.2块钱左右,考虑到大量的电动汽车是大客车,其电池价格相对会比较高一些。现在国内开发中的电动轿车,最低的系统成本是在1.3元每瓦时,单体成本在一块钱左右。美国通用Bolt电动汽车,单体成本为150美元一个千瓦时。对于我国来说,1.3元每瓦时的电池系统成本目前在行业内无法普遍做到,但是按照现在2.2块钱,逐年减少10%到20%,到2020年1.3块钱是系统价格非常普遍的,加上循环再利用做到1块钱以内希望很大,也就是说,一千瓦时电池一千块钱人民币之内,是可以做到的。

  对于A级轿车来说,现在一百公里约耗电约15度,2020年的目标希望在12度点以内,接近10度电一百公里。要实现这个目标,就需要通过整车的轻量化和整个驱动系统和充电的效率优化来降低电耗。目前电耗的降低空间还很大。如果能够实现上述目标,一百公里的成本约在一万块钱,如果电池能达到300公里就是三万块钱,考虑到使用周期内省电和维修省钱,将具有商业竞争力。这是电动化下一步最大的目标。

  电池要突破,首先电池材料要突破。目前我国企业贝特瑞生产的面向300瓦时每公斤电池的硅碳负极材料,已经应用到日本松下的电池上,并配套特斯拉电动汽车。我们精进电动的12000转的高比功率高速电机已经批量出口到美国克莱斯勒,装在它的插电式混合动力车上,最近还获得了美国的一个产品大奖。

  三、电动汽车长期发展技术路线图展望

  从2015—2030的中长期尺度来看,从“十三五”的“三化”,即电动化、轻量化、智能化,要扩大到“六化”,主要体现在以下几个方面:

  第一化,电动化跟能源低碳化结合。电动化如果不跟能源低碳化结合的话,电动车可能无法做到很低碳。低碳的关键在于电的来源要朝可再生能源发展,现在有智能电网规划、能源互联网规划和氢能发展规划。所以我们电动化这一块跟能源结合得很紧密,往能源纵向整合,电动化跟能源低碳化相结合。

  在结合的过程中,将会有更先进的电池出现。石墨烯是今年电池方面的热点,到目前为止,还没有真正意义的石墨烯电池,但是相关的研究很多,最令国人振奋的是最近华为的电池技术突破。华为的电池有三个技术。第一个技术是防止电解液热分解的添加剂技术,第二个技术是提高正极材料的热稳定技术,第三个技术是用石墨烯来提高电池的散热能力。华为利用了石墨烯的高导热性用于电池的迅速散热。高温衰减是电池衰减的重要原因,华为的这三个技术都是围绕热来做的,能让电池使用温度提高10度,电池寿命大幅提高。对于目前的动力电池来说,石墨烯起到的作用像味精一样,是做添加的,而不是主体材料。技术是无止境的,现在学术领域都在探讨石墨烯的应用,将来会出现什么突破,现在无法断言,目前只对现有的技术做一个评估。

  电动化和能源低碳化的结合在充电方面也需要进行变革。电动化和低碳化的结合将实现能源的双向流动,充电不仅仅是充电,电能既可以从电网到电动车,也可以从电动车到电网中。这就要求在充电技术上进行突破,这也是百人会今年要探讨的,充电技术的路线图该怎么定。

  第二个,轻量化和制造的生态化结合。轻量化不仅仅是把东西做轻,其注重的是电动汽车乃至整个汽车工业制造角度的大变革。这和工信部推进的工业4.0智能制造专项紧密相关。将来的销售模式是网上个性化定制、网上下订单。在制造方面,增材制造3D打印会发挥重要作用,如果用了碳纤维之后,以前几大工艺都要变革,材料需要再循环,这些都是下一步需要发展的,现在在这方面还仅仅是起步,而且重视度还不够。

  第三,智能化要跟网联化结合。智能化跟网联化目前基本上还是分开得比较多,目前的网联,主要体现是可以把手机的功能放在车上。目前有部分互联网汽车,把手机所有的功能放在车上,但是跟车的控制本身的联系并不多。未来智能网联的发展将实现通过网络控制,利用网上的大数据进行整车决策的推理。现在用的GPS也还没有融入到汽车的整个控制里面去。因此未来汽车的发展将实现汽车的自动控制和网络紧密地结合在一起,即所谓的智能网联技术。

  智能网联的发展前途很大。在智能网联的时代,中国应该怎么做。现在汽车厂可以自己做一套系统,互联网公司也可以造车,但在这两种模式以外,让互联网企业和汽车企业发挥各自的优势相互融合的第三种模式,显得更加重要。以智能手机为例,安卓的操作系统是一个开放平台,很多APP、软件都可以放在商店里供大家下载。将来汽车是否也能有这样一个开放平台和标准接口协议,实现共用,为中小公司做智能化提供一个开放的平台。智能汽车对软件的要求是非常高的,需要很多人跨领域共同参与,能够通过开放的平台把整个资源整合起来,各自都专业化做好自己擅长的事。这也是下一步电动汽车百人会在2017年对电动汽车技术讨论的一个重点。
 
 
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