中國新能源汽車技術(shù)路線回顧與展望

歐陽明高

全國政協(xié)常委、清華大學學術(shù)委員會副主任，中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長。

長期從事節(jié)能與新能源汽車研究，多次獲國家及國際技術(shù)成果與成就獎。先后擔任“十一五”863《節(jié)能與新能源汽車》重大項目和“十二五”《電動汽車》重點科技專項總體專家組組長，申美《電動汽車》合作研究聯(lián)盟申方首席科學家。

2016年是“十二五”電動汽車重點專項的結(jié)束年，也是“十三五”國家《新能源汽車》重點專項的啟動年，目前第一批項目已經(jīng)正式啟動，第二批項目指南已經(jīng)發(fā)出。2016年還發(fā)布了節(jié)能新能源汽車技術(shù)路線圖，對“十四五”、“十五五”都進行了展望。我分三個時間尺度，從三個方面來談。

一、過去五年來新能源汽車“純電驅(qū)動”技術(shù)路線與技術(shù)進展

2016年從國內(nèi)來看，是電動汽車的技術(shù)質(zhì)量提升年，電動汽車行業(yè)的發(fā)展特征是技術(shù)質(zhì)量提升、政策結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)理性增長。

從全球范圍看，2016年是純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型的標志年。理由有三點：第一，2015年，中國新能源汽車在全球占比第一，銷量超過全球50%以上，在國際上引起了強烈反響，無論是政府還是廠家，都感受到了來自中國率先發(fā)力的挑戰(zhàn)。第二，更值得注意的是，2016年國際上各大汽車廠商的技術(shù)轉(zhuǎn)型。如德國大眾，2016年朝純電驅(qū)動轉(zhuǎn)型非常激進，日本豐田年底也在調(diào)整技術(shù)路線，加強了對純電驅(qū)動的轉(zhuǎn)型。第三，從學術(shù)和技術(shù)的層面來看，電動汽車鋰離子動力電池的技術(shù)進步超出預(yù)期。眾所周知，鋰離子電池發(fā)明至今只有2。年，鋰離子動力電池在電動車上的真正使用還不到10年，2007年第一次在日產(chǎn)凌風上開始使用。可見動力電池的進步非常迅猛。2016年以來，大家可能常會有各種各樣關(guān)于鋰離子電池進步的消息，盡管其中有炒作存在，但實際發(fā)展中也不乏技術(shù)發(fā)展的因素。有的論文里面提到了部分技術(shù)，但容易被說成是產(chǎn)品，實際上從理論到產(chǎn)品的距離還是比較遠的。在部分報道中的確有夸大的成分，但是同時也要看到，其中的技術(shù)潛力確實很大。

以前主流的觀點認為，純電動車跟其他類型電動汽車相比，從性價比來看，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在100到150公里的里程范圍，現(xiàn)在隨著鋰離子電池技術(shù)進步，大概提高了一倍，即在300公里的范圍內(nèi)，仍然在性價比方面有著優(yōu)勢的。如果不講性價比，光靠增加電池，當然可以有更大的里程范圍，對于乘用車而言，其主要的限制在于車輛的容積。從技術(shù)上來看，在單位重量、單位體積下儲存的能量越來越多，成本越來越低，這才能體現(xiàn)出電動汽車的水平和技術(shù)。如果只考慮電動汽車的行駛里程，不考慮電池的比能量、車輛的價格等限定條件，是沒有技術(shù)進步意義的。

純電驅(qū)動技術(shù)路線的確立背景在2009年開始提出，正式發(fā)布于2012年，中間經(jīng)歷了比較長的時間，也經(jīng)過高層很多探討，最后確定重點發(fā)展純電驅(qū)動的電動汽車，包括純電動汽車、插電式混合動力汽車、燃料電池電動汽車。2012年3月，科技部“十二五”《電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃》正式提出確立“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃2012-2020》中再次確認了這一戰(zhàn)略。純電驅(qū)動真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是2014年，當年真正形成了新能源汽車產(chǎn)業(yè)化元年，到2015年，新能源汽車的發(fā)展實現(xiàn)了爆發(fā)式增長，也是電動汽車的比較粗放式的發(fā)展年，2016年電動汽車的發(fā)展逐步趨于理性，總體來看，走到今天，我國電動汽車的發(fā)展在國際上取得了一定位置。

純電驅(qū)動的戰(zhàn)略目標是通過純電動的率先產(chǎn)業(yè)化帶動各種類型電動汽車的全面發(fā)展。對于混合動力來說，傳統(tǒng)的汽車強國、汽車大公司比我們更具優(yōu)勢，豐田的路線就是先做混合動力，再做插電混合和燃料電池。而我國是從純電動開始發(fā)展，從車廠的角度來看，混合動力的技術(shù)難度更大。我國率先發(fā)展純電驅(qū)動，帶動電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展達到了世界前列，電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到世界第一，總體水平位列國際前三，在產(chǎn)業(yè)鏈的完整度上也是處于世界第一的水平，我國的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是電池材料，如正負極材料，在國際市場上的占有率也是第一。《焦點訪談》曾提到企業(yè)貝特瑞，其負極材料技術(shù)水平和市場占有率，都已經(jīng)走在世界前列。在此基礎(chǔ)上，我們以純電動力系統(tǒng)（電池、電機、電控）為基礎(chǔ)平臺，再發(fā)展混合動力和燃料電池就比較順利。目前我國從純電往插電方向的發(fā)展，取得了比較好的進展，比亞迪秦、唐，上汽榮威550，以及馬上出來的廣汽G-MC串并聯(lián)的混合動力，無論是發(fā)動機方面，還是混合動力裝置上，都取得了突破。與此同時，燃料電池與動力電池深度混合的燃料電池汽車也取得了較好的進展，下一步也會出現(xiàn)具有國際競爭力的常規(guī)深度混合動力。這是一個漸進的發(fā)展過程，這種發(fā)展方式就避免了電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期跟國外廠家在傳統(tǒng)車尤其在發(fā)動機以及發(fā)動機機電耦合裝置等方面的直接競爭。發(fā)動機和變速器是我國汽車產(chǎn)業(yè)的弱項，有效的回避弱項競爭，有利于我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有利于實現(xiàn)到2020年之后，我國企業(yè)與國外企業(yè)能夠全方位齊頭并進、同步競爭。

目前，我國自主品牌的燃油轎車發(fā)展速度也非常快，已經(jīng)快要占據(jù)半壁江山，大家對自主品牌的看法也發(fā)生了改變，我國自主品牌的轎車與其他品牌的汽車如德系、日系等，在市場占有率上已經(jīng)拉開一定差距。綜合考慮以上情況，再經(jīng)過五年左右，我國自主品牌節(jié)能與新能源汽車將會上一個大的臺階。

現(xiàn)階段，我國電動汽車的發(fā)展也存在一系列挑戰(zhàn)與問題，例如在充電基礎(chǔ)設(shè)施目前仍然和整車的進度不相匹配。主要體現(xiàn)在幾個方面：

一是新舊國標的轉(zhuǎn)換進展緩慢。上屆百人會年會專門提到過。新國標在2015年底發(fā)布，但是這一年進展不大，根據(jù)企業(yè)的測試，新國標的車型充電遇到很大困難。近期國家能源局發(fā)布文件，要求從2017年1月1日起，新車必須按照新國標執(zhí)行，截止到年底，舊的標準必須要更新。

二是互聯(lián)互通方面。目前現(xiàn)有的充電服務(wù)平臺較多，不同平臺之間交換信息還比較困難。

三是充電安全問題，包括功能安全、信息安全、設(shè)備安全等。安全是電動汽車百人會2016年的核心議題。目前在電池安全方面，已經(jīng)取得了較大進展，但是充電安全方面，由于涉及的問題太多，包括設(shè)備、消防、信息等多個方面。包括最近發(fā)生的關(guān)于國網(wǎng)的APP信息安全方面的問題，也暴露出充電方面存在的一些問題。

四是公共充電基礎(chǔ)設(shè)施布局不合理。主要體現(xiàn)在兩個方面，一是需要充電的車找不到地方充，二是已有的充電設(shè)施利用率還不高。據(jù)統(tǒng)計，某廠家在北京的充電設(shè)施，有接近一半不能用，不是設(shè)備存在問題、就是不對外服務(wù)。

五是現(xiàn)有電動車對充電技術(shù)要求越來越高，快充的相關(guān)設(shè)施已無法跟上其發(fā)展，如比亞迪的交流快充，直接用電機的逆變器做交流電充，但是交流充電樁的電纜線不行，到了極限很容易發(fā)熱。除此之外，還有充儲一體化，不僅可以充電，還可以往電網(wǎng)回饋電，這種形式現(xiàn)有的充電設(shè)施也難以適應(yīng)。

二、今后五年新能源汽車電動化、輕量化與智能化發(fā)展目標

“十三五”的技術(shù)戰(zhàn)略是純電驅(qū)動技術(shù)升級戰(zhàn)略，具體是“三化”：電動化、輕量化、智能化。2016年智能化是熱議話題。目前國家沒有設(shè)置智能汽車專項，智能化放在“十三五”《新能源汽車》重點專項中，將以前的電控變成了智能化。輕量化也是今后的發(fā)展重點。在電動汽車發(fā)展初期，考慮到市場因素，其研發(fā)重點主要在于動力系統(tǒng)的改變，對于整車方面著力不多。下一步將從整車的角度強調(diào)輕量化和智能化。這兩方面工作雖然開始時間還不長，但也取得了一些進展，例如，12米的大客車，以前一般是在12、13噸，現(xiàn)在最輕的可以做到8.7噸。

電動化方面，今后五年的目標是進一步讓全新正向開發(fā)的電動汽車，尤其是純電動汽車具備商業(yè)競爭力。政策角度上，隨著補貼的逐漸退坡，未來將實行新能源積分制度；在技術(shù)角度，未來將要以有商業(yè)競爭力為開發(fā)目標。所謂的商業(yè)競爭力，就是家用主流A級轎車，在性能價格比上與燃油車競爭。目前全世界都在朝這個方向努力，如特斯拉Mode13、通用Bolt，其發(fā)展目標都是續(xù)駛里程達到350公里左右的具有性價比的電動轎車。要滿足這個要求，電池必須降低重量、降低體積，降低成本，因此電池的比能量必須大幅提高，達到300-350瓦時每公斤，這是下一步攻關(guān)的目標。從而實現(xiàn)消費者能夠按照性價比來買車，而不是補貼。

目前我國電池成本每年大約能夠下降百分之十幾到二十，五年前約是5.5塊錢到6塊錢，2015年平均價格在2.5元左右，2016年估計在2.2塊錢左右，考慮到大量的電動汽車是大客車，其電池價格相對會比較高一些。現(xiàn)在國內(nèi)開發(fā)中的電動轎車，最低的系統(tǒng)成本是在1.3元每瓦時，單體成本在一塊錢左右。美國通用Bolt電動汽車，單體成本為150美元一個千瓦時。對于我國來說，1.3元每瓦時的電池系統(tǒng)成本目前在行業(yè)內(nèi)無法普遍做到，但是按照現(xiàn)在2.2塊錢，逐年減少10%到20%，到2020年1.3塊錢是系統(tǒng)價格非常普遍的，加上循環(huán)再利用做到1塊錢以內(nèi)希望很大，也就是說，一千瓦時電池一千塊錢人民幣之內(nèi)，是可以做到的。

對于A級轎車來說，現(xiàn)在一百公里約耗電約15度，2020年的目標希望在12度電以內(nèi)，接近10度電一百公里。要實現(xiàn)這個目標，就需要通過整車的輕量化和整個驅(qū)動系統(tǒng)和充電的效率優(yōu)化來降低電耗。目前電耗的降低空間還很大。如果能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標，一百公里的成本約在一萬塊錢，如果電池能達到300公里就是三萬塊錢，考慮到使用周期內(nèi)省電和維修省錢，將具有商業(yè)競爭力。這是電動化下一步最大的目標。

電池要突破，首先電池材料要突破。目前我國企業(yè)貝特瑞生產(chǎn)的面向300瓦時每公斤電池的硅碳負極材料，已經(jīng)應(yīng)用到日本松下的電池上，并配套特斯拉電動汽車。我們精進電動的12000轉(zhuǎn)的高比功率高速電機已經(jīng)批量出口到美國克萊斯勒，裝在它的插電式混合動力車上，最近還獲得了美國的一個產(chǎn)品大獎。

三、電動汽車長期發(fā)展技術(shù)路線圖展望

從2015-2030的中長期尺度來看，從“十三五”的“三化”，即電動化、輕量化、智能化，要擴大到“六化”，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一化，電動化跟能源低碳化結(jié)合。電動化如果不跟能源低碳化結(jié)合的話，電動車可能無法做到很低碳。低碳的關(guān)鍵在于電的來源要朝可再生能源發(fā)展，現(xiàn)在有智能電網(wǎng)規(guī)劃、能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃和氫能發(fā)展規(guī)劃。所以我們電動化這一塊跟能源結(jié)合得很緊密，往能源縱向整合，電動化跟能源低碳化相結(jié)合。

在結(jié)合的過程中，將會有更先進的電池出現(xiàn)。石墨烯是2016年電池方面的熱點，到目前為止，還沒有真正意義的石墨烯電池，但是相關(guān)的研究很多，最令國人振奮的是最近華為的電池技術(shù)突破。華為的電池有三個技術(shù)。第一個技術(shù)是防止電解液熱分解的添加劑技術(shù)，第二個技術(shù)是提高正極材料的熱穩(wěn)定技術(shù)，第三個技術(shù)是用石墨烯來提高電池的散熱能力。華為利用了石墨烯的高導(dǎo)熱性用于電池的迅速散熱。高溫衰減是電池衰減的重要原因，華為的這三個技術(shù)都是圍繞熱來做的，能讓電池使用溫度提高10度，電池壽命大幅提高。對于目前的動力電池來說，石墨烯起到的作用像味精一樣，是做添加的，而不是主體材料。技術(shù)是無止境的，現(xiàn)在學術(shù)領(lǐng)域都在探討石墨烯的應(yīng)用，將來會出現(xiàn)什么突破，現(xiàn)在無法斷言，目前只對現(xiàn)有的技術(shù)做一個評估。

電動化和能源低碳化的結(jié)合在充電方面也需要進行變革。電動化和低碳化的結(jié)合將實現(xiàn)能源的雙向流動，充電不僅僅是充電，電能既可以從電網(wǎng)到電動車，也可以從電動車到電網(wǎng)中。這就要求在充電技術(shù)上進行突破，這也是百人會要探討的，充電技術(shù)的路線圖該怎么定。

第二個，輕量化和制造的生態(tài)化結(jié)合。輕量化不僅僅是把東西做輕，其注重的是電動汽車乃至整個汽車工業(yè)制造角度的大變革。這和工信部推進的工業(yè)4.0智能制造專項緊密相關(guān)。將來的銷售模式是網(wǎng)上個性化定制、網(wǎng)上下訂單。在制造方面，增材制造3D打印會發(fā)揮重要作用，如果用了碳纖維之后，以前幾大工藝都要變革，材料需要再循環(huán)，這些都是下一步需要發(fā)展的，現(xiàn)在在這方面還僅僅是起步，而且重視度還不夠。

第三，智能化要跟網(wǎng)聯(lián)化結(jié)合。智能化跟網(wǎng)聯(lián)化目前基本上還是分開得比較多，目前的網(wǎng)聯(lián)，主要體現(xiàn)是可以把手機的功能放在車上。目前有部分互聯(lián)網(wǎng)汽車，把手機所有的功能放在車上，但是跟車的控制本身的聯(lián)系并不多。未來智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)展將實現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)控制，利用網(wǎng)上的大數(shù)據(jù)進行整車決策的推理?，F(xiàn)在用的GPS也還沒有融入到汽車的整個控制里面去。因此未來汽車的發(fā)展將實現(xiàn)汽車的自動控制和網(wǎng)絡(luò)緊密地結(jié)合在一起，即所謂的智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)。

智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)展前途很大。在智能網(wǎng)聯(lián)的時代，中國應(yīng)該怎么做?，F(xiàn)在汽車廠可以自己做一套系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)公司也可以造車，但在這兩種模式以外，讓互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和汽車企業(yè)發(fā)揮各自的優(yōu)勢相互融合的第三種模式，顯得更加重要。以智能手機為例，安卓的操作系統(tǒng)是一個開放平臺，很多APP、軟件都可以放在商店里供大家下載。將來汽車是否也能有這樣一個開放平臺和標準接口協(xié)議，實現(xiàn)共用，為中小公司做智能化提供一個開放的平臺。智能汽車對軟件的要求是非常高的，需要很多人跨領(lǐng)域共同參與，能夠通過開放的平臺把整個資源整合起來，各自都專業(yè)化做好自己擅長的事。這也是下一步電動汽車百人會在2017年對電動汽車技術(shù)討論的一個重點。