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欧阳明高谈:纯电车过冬、特斯拉革新、德系三车企集体电动化

2019-08-11来源:五服茶馆

三千大千世界,论道须弥山。2019年3月30日,第二届须弥山大会在江苏常州举行。会议由江苏省新能源汽车智慧能源装备创新中心主办,星星充电、江苏智行未来汽车研究院共同承办。会议围绕“智慧能源,电动时代”展开主旨探讨,与会嘉宾涵盖政产学研媒八百多人。


欧阳明高谈:纯电车过冬、特斯拉革新、德系三车企集体电动化


中国科学院院士、清华大学欧阳明高教授发表了题为“新能源汽车技术路线展望”的主旨演讲。内容实录如下:

各位同行大家上午好,非常高兴到这来跟大家交流一下。我题目是针对最近一些热点问题做一些评述和展望。近期我们有三个问题比较热,第一个就是前一段时间春节期间,有一些纯电动车在冬季长途运行暴露出一些问题。另外特斯拉进入中国带来的冲击,当然还有这几天补贴下降50%,还有这两天德国的三家车企掀起了一轮关于电动化讨论热潮,首先是德国大众的总裁出去要搞纯电动。结果是一片反对,受到很大压力。随后宝马、奔驰、大众三个老总在一块,最后确定纯电动是他们要走的方向,这也是近期很大的新闻。

另外两会期间氢能成为非常大的热点,大家也知道,这好像是各界都出来,汽车界、化工界、能源界、煤炭界、钢铁界等等。今天我们的主题智慧能源,智能电网和电动汽车协调发展,今今天我想对这几个问题做一个评述。

首先是对第一个问题,我想首先我们要对纯电动的电池应该充满信心,我们中国确定纯电驱动技术转型路线是在2009年,应该说在全球确定比较早的。恰好从2009-2019年,锂离子动力电池从100瓦时/公斤增加300瓦时/公斤。尤其它的体积能量接近每升800瓦时,这个应该说没有任何其他的电池能跟锂离子电池竞争。所以说,我们中国做纯电驱动技术转型战略的时机是非常好,所以在这十年中国应该引领全球纯队驱动的潮流,很多国际大企业对这么一个新的技术的估计偏低。因为他们以前从电池百年没有变化,没有想到锂离子电池的出现真正带来一次重大的变革,应该是动力电池领域百年的大变革。而且现在发展还在持续,还有很大的潜力,我们认为锂离子电池对汽车来讲可能会是一个主流技术。

当然这中间有一个问题就是锂离子能量越来越高,比方说我们下面到500公里,这些都是可以的。目前来说都是没有问题,比如说国内电池进展也非常好,应该说中国电池目前全球前10名有6名是中国,前3名中间中国有2个。所以总的来看是不错的,但是中间有一个问题就是安全,能量越提越高的时候,材料的热稳定性就变成一个问题。目前看里电子单体电池材料本身完全杜绝热失控还不大现实,虽然我们一直在努力。我们在清华专门有电池安全实验室,我现在我的学生和博士后大概有30人做电池安全,就是说从材料本身目前看还是有问题的。所以我们更多还是要系统角度来解决这个问题,目前从系统角度是完全可以解决的。

另一方面,我们从长计议,把材料层次解决,对解决的方式就是把电解质变成固体的,从液态变成固态。但是这个过程可能经历一个相当长的阶段,不是一年两年就能解决,这是我们未来技术路线电池图的展望,从正极材料会持续从现在不断提升,同时负极碳到硅碳,到硅的比例逐步提高,这个也是确定的技术路线,当然最终核心的还是电解质从液态逐步减少了有机溶剂,逐步变成向固体方向发展,这个可能需要5-10年时间才有可能达到这个目标,这是非常值得的。

另一方面,我们从整车的角度来考虑,我们担心就是续驶里程,一个方面电质性的提高,另一方面当然车上集成的效率也很重要,我们不能光靠不断的增加电池,这不是一个办法,所以对整车集成角度来讲在同样的电池条件下,谁能走得最远,这是整车集成的第一核心技术。就好比我们动力电池安全是第一核心技术一样,所以我们从电池来讲安全是最核心的,整车技术来讲节能是最重要的。包括高效的电驱动,高效的热管理,以及高效的整车集成,这些都是我们需要做的。

最近出现很多好的技术,比如说热泵对冬天这个续驶里程的减少抑制作用非常强。另外我们要解决充电的问题,最近我们政府工作报告或者补贴政策都向充电倾斜,充电的角度应该是取得了很大的成绩,我们从技术的角度,比方说互联互通,有序充电这些都有一系列的进步。我们从未来展望来看,我个人认为尤其是乘用车来讲,主体是慢充。有很多好处,尤其未来跟智能电网结合的时候,我们车一直插电,不光是为了充电,也是为了平衡电网的波动,起到储能的作用,同时甚至还可以电网回送电。所以慢充肯定是必须,将来车一定会连在电网上的,这也是肯定的。所以我们所说的快充只是应急用的比如高速公路走完,没办法。

我们认为快充只是一种应急,只是少部分时间,比方说20%是快充,既然快充是一种应急辅助的手段,我们就要考虑这种投入的成本,我们为了这么一个辅助应急快充,如果这个成本非高,我们觉得中间要考虑考虑了。比如说我们现在为了快,我们可以换电,我们现在有350千瓦的快充,甚至500千瓦都可以。你要从充电器角度,充电机的角度你做多大都没事。原先我们说有事儿是因为怕对电网冲击大,我们现在没关系了,我们现在加一个储能电池,就对电网不会有什么冲击。所以只要加储能350千瓦充电对电网没有什么太大影响。所以充电机角度是没有问题,但是问题是整车和电池麻烦了。

首先,你想要快充,不是充电机功率有多大?我就能接受多大。最核心的是我电池的倍率决定这个是没有办法,电池的充电倍率是一个瓶颈。现在随着比能量不断提高,我们机片做得越来越厚,极化越来越严重,所以我们的倍率实际上在降低的。大家知道电池有能量性电池,功率性电池。功率性电池一般极片非常薄,所以极化是非常小的。所以倍率是可以比较大的,比方说功率性电池,我是10C、20C、30C都可以,但是我一个高比能量电池现在3C都充电很困难,这种情况下我们就要考虑不光是充电机这一侧,更多要考虑电池这一层。当然还有考虑整车比如说大功率充电就要高压,电压提高一倍。比如说提高1000伏,这1000伏问题对整车各方面影响非常大,这是基础性的影响。因为电压将改变一切,这个成本太高了。我们所有的安全标准都得变,所以针对这么一个应急快充,我们需要有更多的技术创新。

我举几个例子,比如说现在保时捷做了350千瓦快充,但是它可以不提高电压,就是靠电池系统内部的串并联就可以解决。这就是很好的创新,我不用提高电压。再比如特斯拉推出250千瓦的超级快充,号称250千瓦,实际上不可能250千瓦一直用,这是不可能的。

他怎么做的?他实际上SOC10-20%的时候是240千瓦,但是到SOC50%的时候就已经降到150千瓦,到70%的时候就已经降到100千瓦以内,只有88个千瓦。所以它的平均功率实际上只有120,130个千瓦,这已经很好了。120个千瓦相当于一个小时120度电,那也就是半个小时60度电,我们现在大多数的电动车也就是60度电。

当然这个刚才说了,只是SOC只到了70%,真正到70%往下的时候,那功率急剧下降,那时间当然拉的很长了,所以我们快充的时候,不是要把电池充到100%,充到100%是不可能很快的。刚才说从10%-20%这个SOC,你功率非常大,你要到50%这功率也很大,差不多180个千瓦,所以它可以保证你对特斯拉这个车一分钟充10公里,这已经不错了,我们15分钟能够跑150公里,那已经完全可以了,应急,应急不是把电完全的充满。

所以这种情况也是一个技术创新,最近还有一个很大的问题,冬天的充电就更麻烦了,大家都有体会,充不进去。这也有很多技术创新,比如说我们一般认为充电的过程中温度是逐步上升的,我们就是怕温度高了,其实我刚才说的超级快充最大的限制因素就是温度,温度不能高了,所以它要反馈温度,但是在低温快充的时候可以反其道而行之,先把温度加上去,加的很高。如果加到40度,在充电的过程中温度反倒是下降的,这就是跟我们一般的理念完全不一样,这些都需要技术创新,不能简简单单定一个标准,也就是这个地方创新的空间还非常非常大。

仅仅从做充电机的角度是不行的,这个必须跟电池,跟整车紧密配合,为什么特斯拉能把充电器做好呢?就是因为他对电池及其熟悉,为什么保时捷能想出这个办法呢?因为它对车非常熟悉,所以这是关于充电,因为今天是充电的会,我多说几句。

关于纯电动未来市场展望,我给你几张片子,第一个是关于动力电池的需求和成本。我这里给出了一个国外执行公司的报告。这个地方是说2025年,大概全球,当年的产量应该到10000亿瓦时,乐观估计。它这个当然没说这么多,它这个定义方,它只说了大概是6000亿,我从车的角度算,大概能够到1万亿,因为你可以算出来比方说我们去年多少车,去年中国大概是六七百亿瓦时,那个大概是100多万。


欧阳明高谈:纯电车过冬、特斯拉革新、德系三车企集体电动化


我们大概2025年大概是700万,也就是至少差不多涨7倍,全球我们大概占一半,另外一半,当然还有储能,还有其他的,不光是车。乐观估计应该是在8000-10000亿的样子,在2025年。成本大概是在100美元左右的样子,现在大家估计都是100,那天我们再一个小范围开会的时候,也有大电子厂的老总也表态是可以做到的。

另外一个,我们从车的角度来看,到2025年也是一个非常大的突破点,最近国外大气公司转型的速度,要引起大家足够的重视,不光是奔驰,宝马,大众,还有美国的通用,通用最近放弃了一个车型,直接搞纯电动,也是跟德国三大汽车公司的想法是很像的。

我只是提醒大家,对这个不要再一次失误对它的估计过于悲观,我这给出的2025年我认为是可以实现大突破的,爆发式增长,这是关于电池。

那么纯电动,另外一个问题就是跟纯电动很相关的,在城里纯电动,在高速公路混合动力这种车型我认为也是很有前景的。如果我们有70公里,80公里的纯电动在城里,比方说15度电,完全可以在城里就是纯电动,性能完全不受影响。而在高速公路你可以做混合动力,高速公路长途运行完全可以混合动力,这样你15度电,再加一个并联混合动力就可以了。那么这是我认为很有希望的一种车型,我叫纯电动型的插电式混合动力,也就是所谓短途纯电动,长途油电混合,这个也是很好的车型。

这就给我们解决我们春节回家的问题,大家知道去年对纯电动,购并最多的就是春节回家,春节回家有问题,还要用个车给它充电。你要有这个很简单就解决了,干嘛搞这些复杂呢?尤其是到2020年之后,补贴已经没有了,但也不用考虑那么多事了,完全是市场驱动的时候,我想这种车型一定会受到亲睐。这种车,是我举出来动力系统的,大家一定有几个车厂在做,它的成本是可以跟普锐斯深度混合动力竞争的,因为它是单电机,不是双电机,单电机,单离合器,另外它用电比较多,拼刺80,90%都是用电,只有10%,20%,是用油,综合成本是可以竞争的,很有前路的。

第二部分关于氢能燃料电池,这个也是一个热点。首先我们要肯定的是氢能燃料电池车的发动机,燃料电池发动机已经取得重大技术进步,重大技术进步,我今年过完春节就到丰田去了,丰田对我们非常开放,所有的实验室我都看过了。因为现在我们清华丰田研究院马上要成立,4月份,下一个月我们就要成立,也会在这方面进行全方位的合作,全方位深入的合作。

合作模式各方面我们基本上都达成很多共识了,也就是说燃料电池发动机的技术很快就要成熟了,三五年之后我想一定会成熟,国内虽然有差距,但是进步很快,现在吸引资源很多,大家都到中国来了,所以前景是看好的,五年左右应该是同步。我要说的是车载储氢相对来说问题多一点,我们现在车载储氢主要是70兆帕,是轿车的主流技术,那么它能储多少能量呢?大概一升0.8个千瓦时,刚才我说了,锂离子电池也是一样,锂离子单体电池的比的能量也是可以达到每升800瓦时,也就是说,我们储氢跟储电的体积能量密度相当的。

当然了,我刚才说单体电池如果是电池系统,这个差不多要降一半。同时,因为我储氢储的能量要比纯电动要多一倍,为什么呢?因为有一个燃料电池的效率是50%,对纯电动讲没有这个问题,直接就到电机去了。所以这样一来,还是相当的。储电和储氢还是相当,这样一来我们就有一个问题,燃料电池的轿车的总体积是会大于纯电动。因为燃料电池电力系统不光是储氢瓶,还有燃料电池发动机,还有辅助电池。所以这个燃料电池轿车的体积尤其对紧凑型轿车,这是一个挑战。当然对SUV可能不是一个问题,对卡车液氢,但是用到轿车上是很难的。因为轿车经常要放到地下车库,因为液氢有可能会蒸发,所以这个是不行,只能现在的主流技术就是这个。

另外成本,我们大概目前储一斤氢1000美元,这个算下来千瓦时大概200元人民币,如果按照有效能量每千瓦时400元人民币,这个跟十年前的电池比大概1/8,对现在的电池比大概是1/3,这个当然还有成本优势的。所以燃料电池汽车里程比较长,你要是短了,肯定成本肯定比纯电动贵,你要多少才能贵,轿车至少500公里之上,卡车至少要200公里以上,所以它是适合长途重载大型这样的车,这是我要说的。

时间的关系还有一个问题要讲,这个就不多说,中国燃料电池主要做商用车,因为燃料电池主要适合用商用车,中国发展正好就是商用车。我们现在保有量3500辆商用车,全球第一。

我们现在的挑战恰恰是氢能技术,燃料电池技术没有问题了,氢能技术落后于燃料电池技术,我们氢能技术都是100年以前的技术。我们需要全方位革新,因为成本偏高,效率偏低。这个在化工是可以到汽车不行,这是成本很敏感的区域。

现在怎么来解决成本问题?就只能废气氢,比如说上不了网的风电,利用不了水电,把这些电用来制氢,或者是化工副产氢。这是经济可行的,所以从长远来看,我们还要发展新一代制氢技术,这都是科学层面已经突破,但是估计需要10年才能新一代的高效低成本制氢、运氢、储氢的技术才会完全成熟。

目前,中间这十年应该是一个过渡,为什么氢能这么热?我给大家解释一个理由,所有的化工企业,钢铁行业、能源行业煤炭行业,所有的石化行业,都跟这件事有关。钢铁炼焦有氢气,化工氯碱产氢气,煤也可以液化也可以产生氢气,石油炼油也是氢气,所以他们都跟氢气相关。而这些行业目前是国家叫供给侧结构改革要压产能的一些行业,这些行业有多大?这个行业大概比汽车行业还要大30倍,也就是大概30万亿的产值。石油化工行业15万亿的产值,还有钢铁煤炭。这么大的产业,他们要寻求绿色发展的出路,氢是一个很好自然的选择,这是其中很重要的理由。所以就是产业链非常长,这是产业链长,参与人多,利益相关者多,当然对产业推动是非常好。

对未来展望,我仍然坚持2020年大概只有5000-10000辆,2025年,估计在5-10万辆。这是累计不是当年的产量,我们目标是到2030年,这是目标100万。我们这是2016年的技术路线图,马上今年正要开始新一轮技术路线图,我目前判断这个数可能还基本上还是这样。关于氢能,我们不能仅仅定位在汽车行业,必须定位到整个能源行业,刚才说了能源化工行业,我们新能源汽车设计三个大领域,混合动力是热力工程领域,我们氢能是能源化工领域,我们今天开会的主体是电力和电池领域,这一个电工和热工,一个化工,这个领域其实不一样,学科方面差别比较大。

新能源电动车规模月不增大,规模的增大会带来规模效应,我们2030年这也是节能新能源车技术路线图预测2030年新能源汽车的市场大概占到40-50%,总量会8000万-1个亿,这会引发一个很重要的事情就是能源。我们需要电动汽车来推动能源革命,大家知道中国的光伏也是发展非常快,我只是作为引子。规模化的电动汽车与分布式储能组合能源系统将构建未来能源交通一体化体系,这是我们的口号以电动汽车大规模应用为代表的能源消费革命,将推动以太阳能电池为代表的能源生产革命。


欧阳明高谈:纯电车过冬、特斯拉革新、德系三车企集体电动化


因为太阳能电池需要储能,新能源电动汽车也需要太阳能新能源,这两个是绝配,而且是同步发展。到2030年大概化石能源发电也在占到50%,我们的新能源汽车也是40%、50%,这两个非常匹配非常好。既然有大规模,就需要电动汽车跟新能源有一个协调的问题,这是我们近期做的一个研究。近中期我们认为是以功率调节为主,电池浅充浅放,以需求响应的形式参与电网的调峰,类似于电动汽车中间混合动力里头电池的作用。

混合动力就是功率性电池,从长远来看,不仅不仅要功率调节,可能还要参与能量调节。也就是说我们要坚持功率和能量调节功能,电池会深充深放。电动汽车与分布式微网构成移动能源互联网,类似于纯电动汽车的混合模式。

从这个角度来看,我们认为这种互动会逐步从无序充电到有序充电,然后再到车网互动和融合,这是我们未来一个展望2035,现在正在做2035的规划。我的口号是规划2035迎接新能源智能化电动汽车新时代,我们当前都叫四化,电动化、智能化、网联化、共享化。但是我们不要忽略,我们现在说的共享化都是大家一块滴滴出行,我们说的网联都是车联网,其实我们电动汽车既是出行工具,也是能源装置。所以我们要从智能出行革命和新能源革命双重角度来看待网联化和共享化。

网联化里头我们不仅是车联网还有移动人员互联网,共享化不仅仅是出行共享,我们将来,我们所有的车的车都会挂在电网上,这也是一种共享,如果从出行共享角度大家都很悲观,说将来汽车不要这么多了,因为共享了,要这么多干嘛?如果说人员共享的大家都挂在网上它不仅仅是交通工具,还是一个赚钱机器的话,这个量就不会下来。

所以我说我们现在进行的只是动力电动化的革命,很快有能源低碳化的革命,当然还有整车智能化的革命,所以这是我们未来一个基本展望。

我们现在的电动汽车只是新能源汽车的一个初级阶段,我们下面会经历新能源和智能化这种并行双向发展,进入新能源智能化电动汽车时代。那么我们预计2025年,刚才说是一个关键转折点,2035年会初步进入成熟阶段的一个重要节点,这包括2035年我个人的判断是基本实现电气化,而不是纯电动化,所谓电气化就是至少有一个参与驱动的电机。不管电机多小,比方说微混合,它也有一个电机起停,自动起停也叫参与驱动了。

包括这些,可以认为全部都是,全部都带有一个电机来参与驱动,不管你参与多少,不论你多少全部算进去那就是所有都是。另外,会全面实现能源低碳化,也就是非化石能源发电会形成一个主体,第三个,基本全面实现智能化,也就是各种不同层次的自动驾驶,我们不是说无人驾驶,是不同层次的自动驾驶,各种车都会带,所有车都会带,这是一个基本判断。

有的人可能会不同意我这个判断,我就选一张最稳健的汽车公司,日本丰田,这是日本丰田公司电气化路线图,我们看2035年,不包括微混合,占到90%。90%只到像普锐斯这样的混合动力就已经是90%了,我这个主要是为了说明,不是我瞎说的,我拿一个最稳健的汽车公司的例子来给大家印证一下我说的话,谢谢各位。

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