中國新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)的展望

我國新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)經(jīng)過(guò)了長(cháng)時(shí)間的演變,從節能與新能源汽車(chē)到純電驅動(dòng)技術(shù)轉型戰略,再到新能源汽車(chē)強國戰略。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)力電池應用于電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)10年,實(shí)際裝車(chē)產(chǎn)品的能量密度提高了2.5倍,實(shí)現了蓄電池領(lǐng)域百年來(lái)革命性的突破。2020年我們的目標是300瓦時(shí)/公斤,這是的共同目標,而中國也已經(jīng)*做好了準備。
從車(chē)用角度看,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)方面是具優(yōu)勢的?，F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年出現了一些安全事故,這些事故車(chē)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(zhù)高鎳的應用,電池的熱穩定性將會(huì )變差,未來(lái)安全性風(fēng)險會(huì )更大,所以必須采取手段來(lái)預防安全性問(wèn)題。
首先,當前鋰離子電池從單體層面*杜絕熱失控是不太現實(shí)的,我們可以從電池系統的熱機電設計與控制設計來(lái)防止誘發(fā)和蔓延,即便單體出現熱失控也不會(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。近我們與日本專(zhuān)家討論,日本為應對中國和韓國電池產(chǎn)業(yè)的崛起,舉全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池,每年政府經(jīng)費達到50億～100億日元。美國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)現超越。
中國電池產(chǎn)業(yè)雖然暫時(shí)取得優(yōu)勢,但競爭壓力巨大,需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術(shù)。當前國內也有一些固態(tài)電池,但還不是全固態(tài)電池,全固態(tài)電池大規模商業(yè)化估計在2025—2030年才會(huì )真正實(shí)現,需要我們持續的努力。
根據國內外的形勢,總體來(lái)看,電池正極發(fā)展方向是減鈷到無(wú)鈷,負極將是加硅,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)注的可能是續航里程,解決了電池并不能解決續駛里程的全部問(wèn)題,目前續航里程已經(jīng)從150公里提高到普遍300公里以上,但是客戶(hù)的抱怨并沒(méi)有隨之而減少,因為實(shí)際的續航里程低于期望值?？吭龃箅姵匮b載量來(lái)增加續航里程不是根本出路,主流技術(shù)路線(xiàn)是提高電動(dòng)汽車(chē)能效和充電便利性。
首先,在能效方面,電驅動(dòng)系統的技術(shù)變革將會(huì )在未來(lái)5年發(fā)生,即電機驅動(dòng)系統高速化、化、小型化,現在轉速能夠達到1.8萬(wàn)轉/分鐘,未來(lái)可能會(huì )到2萬(wàn)轉/分鐘;電機的體積、重量逐步減少,由于電機材料成本下降,電機成本也會(huì )下降。
其次,以碳化硅為代表的新一代高頻、電力電子將普遍使用,這也將會(huì )支撐高速電機的發(fā)展,使電機向小型、、低成本方向發(fā)展。
另外是熱管理,新一代熱泵空調技術(shù)已經(jīng)取得重大突破,并開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化推廣,現在已經(jīng)有企業(yè)裝車(chē),這會(huì )降低對氣溫的敏感性,使冬季低溫環(huán)境下續航里程的損失比現在降低2/3,從30%降到10%。還有就是整車(chē)能效優(yōu)化集成技術(shù)的突破,可以說(shuō)電耗是整車(chē)集成技術(shù)水平重要的指標,電動(dòng)車(chē)的節能比燃油車(chē)更重要,應該采用法規來(lái)管理。
再一個(gè)就是充電的便利性,一是充電體系的建設,二是快充技術(shù)的突破。中國是220伏的電壓,非常適合小功率慢充?，F在應該盡量使家用轎車(chē)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)的終端節點(diǎn);10～15分鐘的快速充電是*的,但快充的定位是應急,不是主體充電的模式,快充占比大概承擔15%～20%?，F在的350千瓦直流快充和換電代價(jià)都太大了,還不理想。預計今后5～7年,安全可靠的快充技術(shù)將會(huì )出現,這一塊創(chuàng )新空間很大。
面向未來(lái),我們對電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化路線(xiàn)圖做一個(gè)簡(jiǎn)單展望。國內外研究顯示,2025年電池系統的價(jià)格將會(huì )達到100美元/千瓦時(shí)左右,其實(shí)我國的磷酸鐵鋰時(shí)代會(huì )提前達到?；谌芷诘某杀?/span>,計算燃油汽車(chē)的價(jià)格和全生命周期的費用,燃油車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)將會(huì )持平,另外嚴格的排放法規即將實(shí)施,燃油機的成本將會(huì )上升,拐點(diǎn)即將到來(lái)。我們認為在2025年左右,純電動(dòng)汽車(chē)性?xún)r(jià)比會(huì )實(shí)現大的突破。
混合動(dòng)力技術(shù)展望
混合動(dòng)力一般來(lái)講是比較復雜的,尤其是對于非汽車(chē)、非發(fā)動(dòng)機行業(yè)人來(lái)說(shuō),容易混淆。首先是常規混合動(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),了常規混合動(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(xiāo)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(xiàn),對中國來(lái)講串聯(lián)相對簡(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混合動(dòng)力。但充完電之后,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(mǎn)電之后的階段就是純電動(dòng),但是還有部分是混合型插電,前面仍然是混合動(dòng)力。我們認為,純電插電混合動(dòng)力在城區短途用電,高速、長(cháng)途用油,根據中國的乘用車(chē)出行特征,可以省油80%以上,這是中國優(yōu)勢的技術(shù)路線(xiàn)。如果將純電型的插電混合動(dòng)力按功能和結構分開(kāi)分析,其實(shí)有九類(lèi)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)。根據中國對增程式的定義,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(lèi)。中國可能主要是并聯(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,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,國內企業(yè)正在著(zhù)力探索低成本的純電并聯(lián)式插電混合動(dòng)力,我認為這是一個(gè)非常值得關(guān)注的具有中國優(yōu)勢的技術(shù)路線(xiàn)。
如何實(shí)施混合動(dòng)力技術(shù)路線(xiàn)?一是從燃油車(chē)升級轉換后的節能汽車(chē)路線(xiàn),常規混合動(dòng)力到插電式混合動(dòng)力。另外一個(gè)是從純電動(dòng)汽車(chē)轉換的混合動(dòng)力路線(xiàn),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)模塊化和平臺化的發(fā)展,內燃機動(dòng)力*可以通過(guò)模塊化發(fā)展到并聯(lián)的三種構型,P2、P2.5和P3,后發(fā)展成并聯(lián)的純電型插電混合動(dòng)力。
總之,中國混合動(dòng)力技術(shù)的特色和優(yōu)勢仍然是純電驅動(dòng)。當然純電驅動(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)機技術(shù)。目前國內用于混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機效率為35%～37%,水平38%～41%,距離內燃機的極限效率:柴油機大概55%,汽油機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)機方面,現在上有效效率已經(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(chē)可能會(huì )是小功率的增程機,我們現在探索有轉子發(fā)動(dòng)機和自由對塞式發(fā)動(dòng)機等等,從文獻分析和自我研究的角度,我們認為主流的技術(shù)路線(xiàn)仍然是小排量四沖程的汽油機。