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欧阳明高 展望纯电动力技术

2019-06-12

中国汽车界 2019年2期
关键词:全固态锂离子固态

在2025年左右,纯电动汽车性价比会实现大的突破。

我国新能源汽车技术路线经过了长时间的演变,从节能与新能源汽车到纯电驱动技术转型战略,再到新能源汽车强国战略。2018年11月,全国政协召开了“双周座谈会”,一些委员提出了一些新的建议,提出要面向2035年制定新能源汽车发展规划。

我们首先从技术角度来展望一下未来的发展。

自2008年锂离子动力电池应用于电动汽车已经10年,实际装车产品的能量密度提高了2.5倍,实现了蓄电池领域百年来革命性的突破。2020年我们的目标是300瓦时/公斤,这是全球的共同目标,中国也已经完全做好了准备。

从车用角度看,最重要的是体积能量密度而不是重量能量密度,锂离子电池在这个方面是最具优势的,现在的锂硫电池、锂空气电池,虽然理论重量能量密度比较高,但体积能量密度目前还很难超越锂离子电池。在这个方面,我们认为锂离子电池具有成为动力电池主流技术的潜质和前景,但瓶颈是高比能量动力电池的安全性。2018年出现了一些安全事故,这些事故车辆使用的电池基本上是在2016年左右生产的,大概是NCM523體系。随着高镍的应用,电池的热稳定性将会变差,未来安全性风险会更大,所以必须采取手段来预防安全性问题。

从改善电池本身安全性出发,要发展新型的固态电解质电池。最近我们与日本专家讨论,日本为应对中国和韩国电池产业的崛起,举全国之力研发下一代固态电池,每年政府经费达到50-100亿日元。美国和欧洲原有的电池产业是比较薄弱的,他们也在全力开发新一代固态电池,以实现超越。中国电池产业虽然暂时取得优势,但国际竞争压力巨大,需要全力追赶固态电池前沿技术。当前国内也有一些固态电池,但还不是全固态电池,全固态电池大规模商业化估计在2025-2030年(或以后)才会真正实现,需要我们持续的努力。

根据国内外的形势,“十三五”新能源汽车总体专家组提出了路线图的展望。总体看,电池正极发展方向是减钴到无钴,负极将是加硅,硅的含量将逐步提升,甚至是全硅。电解质要减少有机溶剂,逐步提高锂盐的浓度,但是未来可能要开发全固态电解质,但是全固态电解质目前还有很多技术瓶颈需要克服。

解决了电池并不能解决续驶里程的全部问题,目前续驶里程已经从150公里普遍提高到300公里以上,但是客户的抱怨并没有减少,因为实际的续驶里程低于期望值。实际的续驶里程对气温和驾驶风格是非常敏感的。靠增大电池装载量来增加续驶里程不是根本出路,主流技术路线是提高电动汽车能效和充电便利性。

在能效方面,高效电驱动系统的技术变革将会在未来5年发生,即电机驱动系统高速化、高效化、小型化。其次,以碳化硅为代表的新一代高频、高效电力电子将普遍使用,这也将会支撑高速电机的发展,使电机向小型、高效、低成本方向发展。据了解,美国能源部最近提出面向2025年极具挑战性的目标:电机达到50千瓦/L,电机控制器100千瓦/L。这个目标如果实现,将对电动车产生革命性的影响。

另外是热管理,新一代热泵空调技术已经取得重大突破,并开始产业化推广,现在已经有企业装车,这会降低对气温的敏感性,使冬季低温环境下续驶里程的损失比现在降低2/3,从30%降到10%。还有就是整车能效优化集成技术的突破,可以说电耗是整车集成技术水平最重要的指标,电动车的节能比燃油车更重要,应该采用法规来管理。日产聆风是一个标杆车型,小型车NEDC工况接近10度电/百公里,装载40-60度电可以行驶400-500公里,降低了电池的装载量。

再一个就是充电的便利性,一是充电体系的建设,二是快充技术的突破。中国是220伏的电压,非常适合小功率慢充。现在应该尽量使家用轿车都配置慢充桩,这将成为主体的供电模式,未来成为能源互联网的终端节点;10-15分钟的快速充电是必备的,但快充的定位是应急,不是主体充电的模式,快充占比大概承担15%-20%。现在的350千瓦直流快充和换电代价都太大了,还不理想。预计今后5-7年,新一代与储能结合、安全可靠的快充技术将会出现,这一块创新空间很大。

面向未来,我们对电动汽车市场化路线图做一个简单展望。国内外研究显示,2025年电池系统的价格将会达到100美元/千瓦时左右,其实我国的磷酸铁锂会提前达到。基于全生命周期的成本,计算燃油汽车的价格和全生命周期的费用,燃油车和电动汽车将会持平,另外最严格的排放法规即将实施,燃油机的成本将会上升,拐点即将到来。我们认为在2025年左右,纯电动汽车性价比会实现大的突破。

特斯拉进入中国,这是当前对纯电动汽车市场最重大的事件。应该说,特斯拉的纯电动战略正在趋于成熟,它会带来重大的机遇和挑战。Modle3作为一个标杆车型,是特斯拉最成功的一个车型,也是全面进入家庭的一个车型,现在每个月量产2万辆以上,尤其可贵的是它全面升级了动力系统的核心技术,包括电池、电机和智能化技术。总之,市场的开放和技术竞争将会加强技术创新,加速市场推广,加快成本下降。所以纯电动面临的不是收缩和退出,而是抓住机遇,直面挑战。

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