中國(guó)新能源汽車技術(shù)路線的展望

我國(guó)新能源汽車技術(shù)路線經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的演變，從節(jié)能與新能源汽車到純電驅(qū)動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，再到新能源汽車強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。今天我們從技術(shù)角度來(lái)展望一下未來(lái)的發(fā)展。

純電動(dòng)力技術(shù)展望

自2008年鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車已經(jīng)10年，實(shí)際裝車產(chǎn)品的能量密度提高了2.5倍，實(shí)現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來(lái)革命性的突破。2020年我們的目標(biāo)是300瓦時(shí)/公斤，這是全球的共同目標(biāo)，而中國(guó)也已經(jīng)完全做好了準(zhǔn)備。

從車用角度看，最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度，鋰離子電池在這個(gè)方面是最具優(yōu)勢(shì)的?，F(xiàn)在的鋰硫電池、鋰空氣電池，雖然理論重量能量密度比較高，但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。

在這個(gè)方面，我們認(rèn)為鋰離子電池具有成為動(dòng)力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但發(fā)展瓶頸是高比能量動(dòng)力電池的安全性。2018年出現(xiàn)了一些安全事故，這些事故車輛使用的電池基本上是在2016年左右生產(chǎn)的，大概是NCM523體系。隨著高鎳的應(yīng)用，電池的熱穩(wěn)定性將會(huì)變差，未來(lái)安全性風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大，所以必須采取手段來(lái)預(yù)防安全性問(wèn)題。

首先，當(dāng)前鋰離子電池從單體層面完全杜絕熱失控是不太現(xiàn)實(shí)的，我們可以從電池系統(tǒng)的熱機(jī)電設(shè)計(jì)與控制設(shè)計(jì)來(lái)防止誘發(fā)和蔓延，即便單體出現(xiàn)熱失控也不會(huì)發(fā)生事故。

其次，從改善電池本身安全性出發(fā)，要發(fā)展新型的固態(tài)電解質(zhì)電池。最近我們與日本專家討論，日本為應(yīng)對(duì)中國(guó)和韓國(guó)電池產(chǎn)業(yè)的崛起，舉全國(guó)之力研發(fā)下一代固態(tài)電池，每年政府經(jīng)費(fèi)達(dá)到50億～100億日元。美國(guó)和歐洲原有的電池產(chǎn)業(yè)是比較薄弱的，他們也在全力開(kāi)發(fā)新一代固態(tài)電池，以實(shí)現(xiàn)超越。

中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)雖然暫時(shí)取得優(yōu)勢(shì)，但國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)壓力巨大，需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術(shù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)也有一些固態(tài)電池，但還不是全固態(tài)電池，全固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化估計(jì)在2025—2030年才會(huì)真正實(shí)現(xiàn)，需要我們持續(xù)的努力。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的形勢(shì)，總體來(lái)看，電池正極發(fā)展方向是減鈷到無(wú)鈷，負(fù)極將是加硅，硅的含量將逐步提升，甚至是全硅。電解質(zhì)要減少有機(jī)溶劑，逐步提高鋰鹽的濃度，但是未來(lái)可能要開(kāi)發(fā)全固態(tài)電解質(zhì)，但是全固態(tài)電解質(zhì)目前還有很多技術(shù)瓶頸需要克服，需要逐步開(kāi)展。

除了電池，大家目前關(guān)注的可能是續(xù)航里程，解決了電池并不能解決續(xù)駛里程的全部問(wèn)題，目前續(xù)航里程已經(jīng)從150公里提高到普遍300公里以上，但是客戶的抱怨并沒(méi)有隨之而減少，因?yàn)閷?shí)際的續(xù)航里程低于期望值。靠增大電池裝載量來(lái)增加續(xù)航里程不是根本出路，主流技術(shù)路線是提高電動(dòng)汽車能效和充電便利性。

首先，在能效方面，高效電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)變革將會(huì)在未來(lái)5年發(fā)生，即電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高速化、高效化、小型化，現(xiàn)在轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到1.8萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘，未來(lái)可能會(huì)到2萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘;電機(jī)的體積、重量逐步減少，由于電機(jī)材料成本下降，電機(jī)成本也會(huì)下降。

其次，以碳化硅為代表的新一代高頻、高效電力電子將普遍使用，這也將會(huì)支撐高速電機(jī)的發(fā)展，使電機(jī)向小型、高效、低成本方向發(fā)展。

另外是熱管理，新一代熱泵空調(diào)技術(shù)已經(jīng)取得重大突破，并開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化推廣，現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)裝車，這會(huì)降低對(duì)氣溫的敏感性，使冬季低溫環(huán)境下續(xù)航里程的損失比現(xiàn)在降低2/3，從30%降到10%。還有就是整車能效優(yōu)化集成技術(shù)的突破，可以說(shuō)電耗是整車集成技術(shù)水平最重要的指標(biāo)，電動(dòng)車的節(jié)能比燃油車更重要，應(yīng)該采用法規(guī)來(lái)管理。

再一個(gè)就是充電的便利性，一是充電體系的建設(shè)，二是快充技術(shù)的突破。中國(guó)是220伏的電壓，非常適合小功率慢充?，F(xiàn)在應(yīng)該盡量使家用轎車都配置慢充樁，這將成為主體的供電模式，未來(lái)成為能源互聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn);10～15分鐘的快速充電是必備的，但快充的定位是應(yīng)急，不是主體充電的模式，快充占比大概承擔(dān)15%～20%?，F(xiàn)在的350千瓦直流快充和換電代價(jià)都太大了，還不理想。預(yù)計(jì)今后5～7年，安全可靠的快充技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)，這一塊創(chuàng)新空間很大。

面向未來(lái)，我們對(duì)電動(dòng)汽車市場(chǎng)化路線圖做一個(gè)簡(jiǎn)單展望。國(guó)內(nèi)外研究顯示，2025年電池系統(tǒng)的價(jià)格將會(huì)達(dá)到100美元/千瓦時(shí)左右，其實(shí)我國(guó)的磷酸鐵鋰時(shí)代會(huì)提前達(dá)到?；谌芷诘某杀?，計(jì)算燃油汽車的價(jià)格和全生命周期的費(fèi)用，燃油車和電動(dòng)汽車將會(huì)持平，另外最嚴(yán)格的排放法規(guī)即將實(shí)施，燃油機(jī)的成本將會(huì)上升，拐點(diǎn)即將到來(lái)。我們認(rèn)為在2025年左右，純電動(dòng)汽車性價(jià)比會(huì)實(shí)現(xiàn)大的突破。

混合動(dòng)力技術(shù)展望

混合動(dòng)力一般來(lái)講是比較復(fù)雜的，尤其是對(duì)于非汽車、非發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)人來(lái)說(shuō)，容易混淆。首先是常規(guī)混合動(dòng)力，即不可充電的混合動(dòng)力，日本豐田、本田、日產(chǎn)分別開(kāi)發(fā)了代表性的深混技術(shù)，引領(lǐng)了國(guó)際常規(guī)混合動(dòng)力的潮流。但我們也看到，去年以來(lái)，日本試產(chǎn)串聯(lián)式的日產(chǎn)E-power的銷量和油耗可以跟普瑞斯的功率分流產(chǎn)品相媲美，這說(shuō)明我們不一定要走功率分流的路線，對(duì)中國(guó)來(lái)講串聯(lián)相對(duì)簡(jiǎn)單。

另外就是可以外界充電的混合動(dòng)力，我們叫插電式混合動(dòng)力。插電式混合動(dòng)力分成兩個(gè)階段，在電量維持階段是常規(guī)混合動(dòng)力。但充完電之后，率先使用的是電池，這一段非常重要。這要分為兩個(gè)部分，一是純電型插電式，就是全部用電，在充滿電之后的第一階段就是純電動(dòng)，但是還有部分是混合型插電，前面仍然是混合動(dòng)力。我們認(rèn)為，純電插電混合動(dòng)力在城區(qū)短途用電，高速、長(zhǎng)途用油，根據(jù)中國(guó)的乘用車出行特征，可以省油80%以上，這是中國(guó)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線。如果將純電型的插電混合動(dòng)力按功能和結(jié)構(gòu)分開(kāi)分析，其實(shí)有九類混合動(dòng)力，純電型混合動(dòng)力既可以串聯(lián)、并聯(lián)，也可以混聯(lián)。根據(jù)中國(guó)對(duì)增程式的定義，實(shí)際上串聯(lián)的純電型插電混合動(dòng)力，是純電插電混合動(dòng)力中的一類。中國(guó)可能主要是并聯(lián)和串聯(lián)兩種，混聯(lián)不會(huì)成為主流。

比較這兩種方式發(fā)現(xiàn)，在混合動(dòng)力模式下，并聯(lián)純電型相較于串聯(lián)純電型，具有成本和動(dòng)力優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)正在著力探索低成本的純電并聯(lián)式插電混合動(dòng)力，我認(rèn)為這是一個(gè)非常值得關(guān)注的具有中國(guó)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線。

如何實(shí)施混合動(dòng)力技術(shù)路線？一是從燃油車升級(jí)轉(zhuǎn)換后的節(jié)能汽車路線，常規(guī)混合動(dòng)力到插電式混合動(dòng)力。另外一個(gè)是從純電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)換的混合動(dòng)力路線，純電動(dòng)到增程式和純電型插電混合動(dòng)力。具體來(lái)看，要通過(guò)模塊化和平臺(tái)化的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力完全可以通過(guò)模塊化發(fā)展到并聯(lián)的三種構(gòu)型，P2、P2.5和P3，最后發(fā)展成并聯(lián)的純電型插電混合動(dòng)力。

總之，中國(guó)混合動(dòng)力技術(shù)的特色和優(yōu)勢(shì)仍然是純電驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然純電驅(qū)動(dòng)包括純電動(dòng)，但不等于純電動(dòng)。

另外，必須提到的是混合動(dòng)力的核心技術(shù)，即發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)用于混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)效率為35%～37%，國(guó)際水平38%～41%，距離內(nèi)燃機(jī)的極限效率：柴油機(jī)大概55%，汽油機(jī)45～50%，還有很大空間，我們還需要大力創(chuàng)新。

在混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)方面，現(xiàn)在國(guó)際上有效效率已經(jīng)超過(guò)45%，主要的技術(shù)路徑包括提高壓縮比、稀薄燃燒增壓和稀薄燃燒的壓燃。值得一提的是增程式的電動(dòng)汽車可能會(huì)是小功率的增程機(jī)，我們現(xiàn)在探索有轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和自由對(duì)塞式發(fā)動(dòng)機(jī)等等，從國(guó)際文獻(xiàn)分析和自我研究的角度，我們認(rèn)為主流的技術(shù)路線仍然是小排量四沖程的汽油機(jī)。

（本文根據(jù)中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高在電動(dòng)汽車百人會(huì)第五屆論壇的演講整理而成，未經(jīng)本人確認(rèn)。）