展望未来,新能源汽车未来将从初级阶段经历新能源和智能化双向并行发展,进入新能源电动汽车新时代。

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、清华大学欧阳明高教授发表了演讲,内容如下:

中国科学院院士、清华大学欧阳明高

尊敬的陈清泰理事长,各位嘉宾,大家下午好。

借这个机会,我给大家介绍一下《面向2035的中国新能源汽车技术路线展望》。分三点和大家介绍:

第一,纯电与纯电驱动技术。我要表达的观点是新能源汽车发展十年来,恰逢锂离子电池能量密度从100Wh/kg提升到300Wh/kg,价格从5块降低到现在最低0.8元,实现了蓄电池领域百年来革命性突破。从轿车角度来看,体积能量密度比重量能量密度更加重要,锂离子电池在体积能量密度是具有优势的,其他的高比能量电池在这方面无法和锂离子电池竞争。我个人认为,锂离子电池有望成为车用电池主流技术。当然便随比能量的提高出现了一个问题就是安全性,一步主要且紧迫任务就是如何把安全的平衡点提升到300Wh/kg的能量密度。在安全方面,安全事故应该说是当前新能源汽车发展的致命隐患,我们必须尽快解决。安全事故的本质是电池的热失控,有机械原因、电的原因、热的原因等等,单体电池上出现的热失控之后不是致命的,关键是会引发整个电池系统热失控蔓延,从而形成事故。

我的团队也一直是从事电池安全研究,我们建立了清华大学电池安全实验室。经过近十年研究,我们研究发现了高比能量动力电池三种主要热失控机理,第一种是负极析活性锂,就是快充或者过充引起的。第二种是隔膜刺穿导致内短路引发热失控。第三种是高比能量电池正级析释活性氧,析氧密度随着比能量提升在不断下降。针对第一种机理和第二种机理主要是预防诱因,就是电池充电析锂与快充控制。我们与日产在充电的算法上有合作,通过大量实验数据支撑,并考虑各种各样的情况,避免了很多热失控问题,所以我们看到聆风是卖最多一款电动车。另外是电池的内短路与电池管理问题。内短路要通过电池管理手段提前预防,电池管理还有很多技术都会对整个电池内短路的诱因方面进行最好的预防,电池管理系统要升级为新一代以安全为核心的电池管理。基于第三个机理,也就是高镍出现之后失氧温度下降,核心要从单体电池设计尤其热设计着手,新一代电解液添加剂等等。我可以告诉大家,新一代811失氧温度降低、热释放速率大幅度提升,热失控最高温度也大幅度提升。我们在学校大容量电池热失控实验都不敢叫学生做。如果这些问题还不能预防,就是系统级的防控,即防热失控蔓延,这就是热蔓延与热管理,通过散热、隔热相结合的手段来解决。总之锂离子动力电池热失控的主动防控可以基本解决电池安全问题,并不是不可解决的。我昨天也和大众董事长交流,他也信心满满。电池热失控既是影响电动汽车可持续发展的生命线,也是市场竞争和品牌塑造的一个主旋律。新一代电动汽车不是靠动力性,可能要靠安全性。谁安全可靠,让用户放心,谁将来才能赢得客户,。

基于前面的介绍,我本人对锂离子动力电池在车用和储能两大领域的前景充满信心,我认为会超出预期。

我认为中国可能会提前几年达到今天发布的博鳌共识中的目标,即2035年全球新能源汽车达到年度新车销量的一半。根据《节能与新能源汽车技术路线》中的新能源汽车技术路线图,我们2030年的目标就是45-50%,中国走在全球的全列。参照这个预估,同时按照储能市场大规模爆发,刚才陈主任说了,可再生能源价格已经跟煤电相比了。中国可再生能源产能丰富,一年有1亿kW可以装机。在此基础上,还有其他交通工具,比如说船,最近我看到一些领先公司已经开始做电动船,一个船装1000-2000度电。交通工具的全面电动化正在兴起。基于这样的基本趋势,我个人判断可能会比这张图要乐观。这张图大概是在2027年左右,全球锂离子动力电池产量达到1万亿kWh。我个人认为按照现在大众、宝马、丰田的电动车推出技术普遍提前了2-3年。中国原有的估计是在2030年左右达到1万亿kWh,乐观估计会提前2-3年,我们要为此做好充分的准备。

另外一个革命性变化是高功率密度极小体积电机驱动给整车设计带来革命性机遇。日本三菱最近公布了电机公里密度达到23kW/L,德国做的是电机控制模块总体加起来100kW/L。慢充以前使用的是交流充电机,车载的,现在正在转型为直流慢充,非车载的。我们前舱全部空出来了,我们和国外专家交流他们正在研究这些问题。慢充为主,结合储能的快充补电将解决充电瓶颈问题。我们始终认为慢充解决80%的问题,20%是快充,快速补电,不是快速充满。快速充满是有安全风险的,快充补电可以速度很快,15分钟我想是可以接受的,15分钟充50%。宁德时代比这个指标还要好。

据此,我对中国纯电动汽车市场化路线图展望和陈主任判断基本一致。2025年会出现性价比的转折点,然后迎来大发展。当然2025年,电池每千瓦时100美元,价格650块钱甚至还会低,100度电仍然需要6.5万块。如果要保证500公里,保证春夏秋冬甚至跑高速,需要80-100度电,大概还得5、6万块钱。还有性价比更高的,就是城区80公里以上的纯电,在城区开车在所有车型中纯电动性能最好,高速长途单电机并联驱动,并联驱动是高速公路综合性能最好的一种驱动方式,我们把这两个结合起来,而且是用单电机不是双电机,简化的传动系统,这可以综合节油80%以上。这个系统如果像长里程这是性价比非常高的方案,我非常看好。目前这种系统跟常规深度混合动力还有1万块左右的成本差别,但是当我们的电池从目前的1块多钱降成6毛多钱的时候,这个成本差异就只有3000-5000块,这个价格可以通过用电替代油,燃料费省回来的。

对于纯电动型插电式,大家对增程式是不陌生的,因为人人都理解增程式是什么东西,一说到插电大家就不知道是什么东西了。这里插电是两种,一种是在电量下降阶段,比方说80公里的纯电续航里程大概装20度电,在城区20度电功率足够拉动我们跑到120公里没问题。在这种情况下,我们有两种方式,一种方式是在电量下降的时候,不是纯电动,还是有混合动力,但是电量一直下降,这是混合型插电混合动力。当电量下降到固定值比,比如30%,进入常规混合常态,SOC保持稳定,这是一种插电。另外一种插电是在前期下降阶段,发动机不起来,只有电量下降到一定程度之后,才进入常规混合动力。这就是纯电型插电式。

下面我说一下燃料电池,这也是现在非常热门的话题,我先声明一下,我本人的团队既做纯电动也做燃料电池,也做混合动力。如果说利益相关,三种都跟我相关,我说这个意思是,我想我应该会相对中立。燃料电池技术,刚才说到轿车可能是纯电动主体,凡是纯电动能干的事,我觉得不要用燃料电池,因为燃料费用本身没法精准,所以燃料电池干什么?干纯电动不适合干的事情,比如说商用车、长途卡车等等,比如在北方冬季运行的大客车,还有物流车等等,这是可以的。所以我们说新能源燃料电池更适合取代柴油机,锂离子动力系统更适合取代汽油机,其实也不完全对。因为任何一种说得很通俗的话,往往很难做到非常严谨。所有论文、数学公式是最严谨的,但是没有人能看懂,通俗化可能丧失一点严谨性。

下面我说商用车,中国正好是燃料电池商用车领先国家,我们商用车现在在运行不说多少辆,卖出多少辆没有意义,关键是多少辆在运行,大体估计现在应该有2000辆。我们的燃料电池混合动力还是比较成功的。下面说面向2035,即使是商用车,大家知道商用车和乘用车所要求的氢用量差别很大,一个乘用车大概150公斤足够,但是一个商用车就算是7.5吨物流车一年也有2吨,2.8米的车一年4吨起,49吨的大卡车一年10吨氢,现在的氢完全满足2035供氢需求。我国目前富产氢和气矿、气风、气水至少做到500万吨,有人说是800万吨甚至1000万吨。

燃料电池发动机面向2035可以满足规模应用需求。再过5年,将会趋于成熟,大家到外面看一下,我们有各种不同的燃料电池,最近这几年进展非常快,大家去看,CCM、膜电极、电堆、全产业链已经打通,全球资源向中国汇集。问题在哪里呢?面向我们商用车为主体的瓶颈,燃料电池商用车产业链瓶颈不在两头,在中间,就是运氢、车辆储氢和加氢,大家知道商用车对燃料成本非常敏感,比乘用车车敏感。第二,耗氢量大,意味着车载氢瓶不适应,所以车载氢瓶在动力系统中间体积最大,安全最敏感,成本即将变为最高,这是大家没想到的。第三,车载储氢量占用加氢站时间长,占地面积大,一个商用车面积很大,还有安全距离,使单站服务车数量减少为乘用车的1/3以下。一个站对应1650台乘用车,但是商用车只能对应300多辆车,这二者是差别很大的。

面向2035商用车为主百万量级推广的氢储运瓶颈,现在20兆帕,一个30吨的大卡车装300-350kg,这是不能支撑氢能大规模发展的,急需转型为300个大气压,逐步上升为500个大气压,减少运输成本。还有大规模管道运氢。液态储氢是有优势,但是关键部件进口,建设周期较长,总体储运能力不够,现在全球氢液化工厂的总能力15-20万吨,面向2035可能是200、300万吨,只占我们的十几分之一。

第二个是车载储氢瓶,35MPa可以支撑城市公交250公里,中级物流车300公里,70MPa城际客车400公里,重型物流车500公里。新一代想装得更多就是液氢,但是这个技术还要5年探索之后才能决定是不是具有大规模应用的可行性。

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。

最后简单说一下,新能源汽车与智能化。这几个数据,中国已经成为能源第一消费大国,人均消费3个省超过美国,7个省超过欧盟平均水平,《巴黎协定》2050年温升不超过1.5度。美国燃煤在全国能源占比降低了15%,中国煤炭2025年石油达峰7.2亿吨,2030年碳达峰,靠电动汽车和可再生能源结合。规模是多少,2030年50%以上,中国肯定要提前到。再和可再生能源结合,尤其是分布式可再生能源,每年光伏装机1亿kW,构成未来能源交通一体化系统。我们以电动汽车大规模应用消费革命推动以太阳能电池为代表能源生产革命。

规划2035要迎接新能源汽车智能化电动汽车新时代,除了动力电动化还有整车智能化和能源低碳化,一共三大革命,现在说的四化都只提到网联化、共享化、电动化,主要说的是信息,没有说能源,能源也有网联化也有共享化,能源互联网,我们电动车可以构成移动信息互联网,我们可以构成移动能源互联网,这是需要强调的。

最后,展望未来,新能源汽车未来将从初级阶段经历新能源和智能化双向并行发展,进入新能源电动汽车新时代。谢谢各位。    

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