新能源汽车“十三五”展望

近日，全国政协常委、中国电动汽车百人会理事会执行副理事长，清华大学教授欧阳明高在2014电动汽车科技创新国际论坛上，代表百人会介绍了中国新能源汽车发展现状，并展示了百人会正在进行的“十三五”科技发展战略规划研究的初步结果。目前国内正处于“十二五”向“十三五”的过渡阶段，未来“十三五”的科技规划战略走向如何？发展重点和研发格局有哪些调整？这其中透露的信息对新能源汽车产业而言尤为重要。

从四大变革看技术大势

首先，从技术发展的趋势与需求来分析，目前全球汽车技术正在经历四大变革：第一是底盘电动化，在汽车发展的初期我们曾经出现过汽车动力的多元化，但是之后主流选择逐渐突出。一百年后的今天又出现了动力的多元化，究竟将来会如何发展，现在还很难确立，但是不管怎样，我们中国选择什么道路，将对整个格局产生很大的影响。

第二个技术变革就是车身的轻量化。电动汽车比传统汽车更需要轻量化，更能平衡轻量化材料导致的成本上升，更能带动轻量化的规模应用。尤其是轻量化的材料和车身电池的结合将是未来的理想化目标。

第三个变革是智能化，自动驾驶的智能化电动汽车。电动汽车应该说是智能化的最佳平台，智能化也能有效地克服电动车的弱点，所以它们是相互促进的。有专家估计，人类几千年的智能基本没有变化，但是电脑的智能在不断提升，所以未来机器替代人类是一个趋势，而且不会遥远。

第四个就是以新能源汽车为终端的车网融合所导致的交通网联化。这四大技术变革在推动着我们向前发展。同时，低碳化和绿色化的发展要求也形成一个倒逼机制，比如全球交通领域二氧化碳在2050年要减少到基数的三分之一，这是国际能源署的展望，未来尤其是在2020年之后会产生很大的变化，这是一个国际趋势。

从三大挑战看产业机遇

我们认为中国汽车产业现在发展面临的挑战和任务有三个：第一就是汽车产业由大到强转型的挑战。显然，汽车产业是一个支柱产业，怎么转型，我国的总书记曾明确指出发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，所以，这是第一个挑战和历史任务。

第二个挑战和历史任务就是汽车排放污染治理的挑战。大气污染控制的国家行动计划倒逼零排放汽车的发展。第三是汽车保有量快速上升与能源安全的挑战，我们现在已经进入汽车保有量快速上升期，带来能源对外依存度越来越高，现在已经接近60%，所以，我们出台了油耗法规，到2020年平均油耗要降到百公里5升，油耗法规不断加严也倒逼新型动力的发展。

中国的交通体系特色和电动车辆应用已经取得一系列成就，我们称之为“点线面模型”。所谓“点”就是大城市集群，所谓“线”就是这些大城市和大城市集群之间连起来，还有“面”就是广大的中小农村和小城镇。在这样的“点线面”上，我们已有的优势是在大城市“点”上，新能源汽车是世界第一；在“线”上，我们的高铁是世界第一；在“面”上，我们的电动自行车是世界第一。所以我们的电气化程度已经普及到各个方面。在这样的基础上，我们再来发展电气化的汽车，应该说是有非常好的基础。所以，我们认为在未来，中国交通二氧化碳排放空间就这么大，为了满足这一要求，我们跟全球的趋势一样，2020年之后也会发生重大的转变。

“三纵三横”与四个层次

国内在“十五”期间就开展电动汽车重大课题专项，确定了电动汽车“三纵三横”的基本技术体系，即燃油电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车，以及电池、电机、电控。“十一五”基本继续，但扩大了这方面内容。“十二五”期间，我们提出了纯电驱动的转型战略，继续坚持“三纵三横”，但是内涵发生了很大的变化，同时我们增加三大平台，即示范、基础设施和测试评价。“十二五”以来，我们在纯电驱动的技术战略转型的指导下，在车型开发方面，重点在大中型城市客车和小型电动车，家用轿车的混合动力及插电式混合动力车型在滚动发展。

尤其是今年以来，国家加大了政策的扶持力度，2014年发布了一系列利好政策，所以，我们的新能源汽车在这些年来逐步上升。2010年以来，国内新能源汽车的年增长率都是百分之百以上，今年是新能源汽车进入家庭的元年，我们在9月销量接近10000辆，这是国产的数量，如果加上进口车型，一共是14000辆，预计今后三、五年内仍然将保持百分之百以上的增长速度。例如国内车企比亚迪的e6和“秦”在销售方面都位居前列，“秦”上市不到一年，销量已经过万，月销量1700辆，今年按照这个速率，“秦”可能会卖到13000—15000辆，说明国内市场的上升势头非常好。我们规划了“三步走”的产业战略，大体符合这个趋势。

2008年开始了第一步，即以奥运会示范为基础的第一步。2010年以“十城千辆”示范推广工程为第二步，主要在公共交通领域；现在马上进入第三步，就是乘用车增长高峰马上要来了。第一步是酝酿期，第二步是导入期，新能源汽车销量将达到汽车总销量的1%左右，我们估计，明后年应该可以达到1%左右，然后会进入快速成长期。

现在我们在从“十二五”向“十三五”过渡，总体原则是要继续坚持“三纵三横”，坚持纯电驱动技术转型战略，支撑电动汽车全产业链发展，同时抓住新能源、新材料科技发展机遇，超前研发下一代技术。我们为“十三五”的新能源汽车发展布局了四个层次，在原有的“三纵三横”基础上，“三纵”是系统集成技术，在上面有一个基础科学问题层面，下面还有集成开发与示范层面，组成四个不同层面，中间的核心层次还是“三纵三横”，重点是燃料电池动力系统、混合动力系统和纯电动力系统，这是基本的重点。“三横”包括动力电池与电力管理、电机驱动与电力电子以及电子控制与智能技术，将会把智能汽车技术加进电控的内容里。在基础科学层面，主要是能源科学、材料科学和信息科学，电动化主要是能源科学，同时我们的电池材料、轻量化材料和燃料电池材料这都属于材料科学。新一代的自动驾驶自动化汽车主要是信息科学。我们把基础科学问题引入其中。endprint

“三个平台”内涵生变

另外，我们继续坚持三个平台，这三个平台的内涵发生了变化，第一个是基础设施平台，第二个是集成开发平台，第三个是国际合作平台，我们现在把国际合作放在更加重要的位置，这就是总的“十三五”新能源汽车战略规划的布局，就是发展的重点。

首先，第一个层次是基础科学问题。在能源科学方面，我们的重点任务包括电化学动力系统学，主要是燃料电池和锂电池系统，不包括单体和系统。还有高温电力电子学和混合动力发动机系统学，主要面向混合动力新型发动机的技术研究。比如，车用动力电池系统热失控的触发、扩展、演化机制与安全管理就是一个典型问题。在我们遇到短路的情况时，会逐步扩展到整体一组电池，引起整个电池系统的安全问题，其扩展触发的机制、扩展的机理和演化的过程，以及安全管理的措施，我们需要进行深入的基础研究。

在材料科学方面，重点主要是动力电池的材料新体系，燃料电池的材料新体系以及结构轻量化材料。比如新体系的电池，包括锂硫电池等。

在信息科学方面，重点是汽车电子学、车辆智能化和交通网联化中间的技术科学问题。比如复杂交通环境和恶劣行驶工况下的智能汽车自主驾驶的关键问题，我们必须进行深入的基础研究。

推进共性核心技术的目标与思路

第二个层次是共性核心技术，首先是动力电池和电池管理。从我国目前锂离子电池的现状总体来看，第一代动力电池的材料产业已趋于成熟，我们的材料已经实现国产化并进入日韩动力电池制造企业，我们有较完整的材料产业链，而且国际供货。我国磷酸铁锂动力电池2014年产量预计达到20亿瓦时，广泛应用于各种新能源汽车，锰酸锂电池也进入小批量生产。

总体发展思路是要完善动力电池的产业链，重点加强设计制造和系统集成能力，我们目前的情况是电池单体不如材料，系统不如单体。因此这是我们的重点任务，包括轿车用高比能量锂离子单体电池技术，客车用高功率长寿命电池技术，单体动力电池工艺和装备技术，动力电池系统管理技术和动力电池组和安全性技术等，这些都是我们下一步要重点研究的。

轿车高比能量单体电池技术的发展路线图是，明年将会达到200瓦时/公斤，比2010年提高一倍。2020年的目标还会再上一个台阶。

关于客车用高功率长寿命电池的技术指标与路线，从我们进行的公交客车调研工作来看，我们认为公交客车必须采用高功率长寿命电池技术，普通轿车用的电池在公交车上不适合，因为公交车的行驶里程是轿车的8倍左右，同时需要快速充电和大功率自动回馈能力，所以我们专门把客车用的高功率长寿命电池这个技术拿出来研究，重点是正极还是一样的，主要是负极是由石墨和钛酸锂等材料构成。另外，针对高比能量电池发展我们也制订了二次规划。

共性核心技术的第二部分就是电机驱动与电力电池。现在中国的电机还是不错的，但是我们的高速电机还是薄弱环节。另外，我们的电机控制器功率密度比国外差一倍，国外能达到12—14，我们仅有7—8，主要原因是我们的基础元器件无法在底层封装，都是买的模块。

还有一个现在很好的技术趋势是第三代半导体碳化硅在新能源汽车领域开始应用，碳化硅是更好的新一代半导体，总体来看，可以将控制器的体积降低20%，控制器的损耗也可以大幅度降低。例如，丰田做的每升30—60千瓦的控制器将会在2020年进入产业化阶段。

所以，这是我们“十三五”的机遇，要抓住新一代电力电池的半导体器件技术，进一步发展我们新一代的控制器，这样，我们就可以跨越国外IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）的阶段。

未来这一领域发展的总体思路是构建电驱动技术创新体系，开发出满足国内需求和有全球竞争力的电机驱动和电力电子装置。重点有三项任务，一是高速电机，二是高功率的控制器，三是第三代半导体，破解中国长期跟随研发的困境，实现电机系统车载电机电子的与时俱进。

共性核心技术的第三方面是电子控制与智能技术。如果将国内外在智能汽车领域做一个对比，如拿出谷歌、奔驰和国内企业智能汽车研发现状做比较，从中可以看出我们无论是在路径规划、信息融合、决策控制还是知识经验库等方面，都与国外有相当的差距。从发展趋势来看，智能汽车技术的发展在飞快地加速，比我们原先预想的快很多。美国SAE规定，在2025年实现轿车通勤上下班的驾驶。总之，我们发展的总体思路是通过跨行业、跨领域的协同创新开发，尽快形成自主智能驾驶汽车平台技术，应对国际上汽车技术的新一轮竞争。重点任务包括体系架构、信息安全、系统集成与测试等。

“三纵”的重点任务

从国际燃料电池汽车的发展水平来看，以丰田为例，其燃料电池车型马上要上市，已经实现三分钟充满氢、零下30度启动、60%的车辆效率、大于500公里的续驶里程以及15年的耐久性这些目标，主要是价格偏高一点，在第一期销售的车辆价格是7万美元，马上开始销售。总体来看，国内的发展水平还是跟国外有相当的差距，例如上汽的燃料电池轿车跟丰田的燃料电池轿车比较，比如加氢的时间、低温启动还有车辆效率等都还有差距。

所以，为此，我们要做几件事情，重点来讲就是五件事：一个是关键材料零部件电堆和系统技术研发，第二是燃料电池的寿命和可靠性，第三是燃料电池的产业链降低成本的问题，第四是提高技术水平，实现批量生产，第五是加氢站的建设。针对第一个任务，即关键零部件、电堆和系统的技术路线图是，从2014—2019年，膜电极、双极板、电堆、燃料电池系统等都需要一步一步在技术上进行革新，比如电堆的波载量，现在有0.6克，国外水平能达到0.3克，而国外的最终目标是0.1克，我们还有一定的工作要做。第二，针对燃料电池成本降低的规划路径，用什么措施，怎么改，我们分了三个阶段。还有一个任务就是燃料电池的批量生产，希望到2020年能够达到1000辆的水平。endprint

关于混合动力系统，目前国内的代表性车型是比亚迪秦，卖得非常好，采用了一个比较适合中国国情的构型，即并联构型。从对插电式混合动力乘用车的国内外发展水平的比较来看，我们在有些方面有优势，比如百公里加速时间、综合油耗、续驶里程等等，我们还要进一步降低插电式混合动力车在混合动力阶段的油耗，所以总体思路是坚持纯电驱动技术路线，大力发展插电式乘用车，优化主流插电式混合动力性能，同时开发功率密度高的增程式发动机。

重要任务首先是主流插电式轿车的混合动力性能优化，其次是新型高性价比乘用车混合动力系统开发，第三是新型高性价比商用车混合动力系统开发，第四是混合动力发动机开发，第五是增程器系统的开发。

关于纯电动力系统，从国内外比较来看，国外的轻量化、底盘一体化和智能化水平都高于国内。所以下一步的趋势是一体化底盘平台、轻量化车身以及整车智能化控制，对标车型将会是宝马i3。

其中轻量化技术将会采用碳纤维等新型技术。另外还有纯电动客车技术，我们希望是采用快充电池，多种充电方式，包括充电桩快充、无线充电等等。

集成开发与示范的规划

还有一个层次是集成开发与示范，一方面是基础设施平台，目前国内的基础设施网络与国外相比要差一些，美国的充电站数量现在增长迅速。我们的总体目标是要建立点线面结合的能源供给体系，也就是在面上以现有的电网基础设施用车载充电器进行小功率慢充来覆盖家用乘用车，在线上建立快充，在点上以现有销售维修网络为基础建立换电站。

具体任务包括充电设备的系列化、标准化，要研发新型无线充电技术。并开发新型的智能充电网络和服务平台，这也是作为基础设施建设非常重要的工作。

另一方面是集成示范平台，我们将有三个大型的示范，一个是燃料电池的示范，一个是微型智能化电动车与车联网的示范。比如我们已经由联合国UNDP/GEF资助的燃料电池城市客车示范项目，主要针对北上广和郑州。我们还将选择一个中等城市进行智能化微型电动车与车联网的开发示范。此外，还有城市电动交通多车型开发与一体化集成示范，包括双源快充电动客车、无线充电电动汽车、路灯系统充电微型电动客车等。

第四个就是国际合作平台，我们任务包括中德电动汽车的合作平台和中美电动汽车合作平台。下一步就会将这种松散的合作变得越来越具有实质性，比如，我们现在的高铁已经在德国、美国建立了研究中心，我们希望电动车也会在德国和美国真正建立实体的研究中心。endprint