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我國新能源汽車技術發展趨勢分析

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我國新能源汽車技術發展趨勢分析

發布日期:2018-11-16 作者: 點擊:

我國新能源汽車技術發展趨勢分析 

摘要:目前,我國新能源汽車產業發展進入了成長期,新能源汽車的產銷量得到了大幅增長。在技術路線的發展上,“三化一體”的趨勢逐漸明顯,產品在性能、成本、安全性等各個方面取得了一定的技術進步。隨著電動化的進一步加強,汽車與能源、電力等行業的關系日益緊密,儲能與V2G技術將成為下一步發展重點,對充電技術的研究和基礎設施的規劃也在進行中。中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高在“鋰產業國際高峰論壇”上針對以上問題進行了分析,本文為歐陽明高發言整理。

“十二五”以來,中國新能源汽車市場經歷了一個快速的增長過程,2011年—2016年,我國新能源汽車產銷量從不足5000輛發展到51萬輛,保有量從1萬輛提升到100萬輛,在5年間實現了產量、銷量的100倍增長,占全球新能源汽車產銷量的50%,新能源汽車的銷量到2016年已經超過總銷量的1.8%,今年還將繼續增長,預計將達到70萬輛左右。

政府推出的一系列政策,促使新能源汽車產業經過了初期的培育期,進入了成長期。最近新一輪的政策出臺,為新能源汽車從培育期到成長期過渡奠定了良好的政策基礎。目前,中國新能源汽車產業已進入到重要的發展節點。

一、新能源汽車技術取得了新進展

1.以鋰離子動力電池為代表的核心技術取得重大突破。中國動力電池的技術發展經歷了三個五年計劃:“十五”是錳酸鋰電池,“十一五”是磷酸鐵鋰電池,“十二五”是三元電池,“十三五”是高比能量的新一代鋰離子動力電池。系統的比能量是在逐年的提升,在過去五年間提高了近一倍,同時,動力電池系統的成本也在逐年的下降,在過去五年間下降了一倍以上,預計到2020年,將在動力電池的成本方面實現1元/瓦時的目標。目前,我國的動力電池產業取得了重大突破,從2015年全球排名前十名中占據四位到2016年六個企業進入前十強。

2.在“純電驅動”動力系統集成技術上取得快速發展。我國從2013年開始在大中型客車和微小型電動轎車起步,現在已經進入常規的家用主流轎車。乘用車平均續駛里程從150公里現在已經提高到300公里以上;純電動商用車的總體技術水平在全球處于領先地位,并且實現了批量出口。

3.在插電式混合動力技術逐步成熟。目前各大汽車廠家都有比較成型的混合動力汽車的構型,基本上攻克了核心技術。

4.燃料電池開始起步。我國在燃料電池路線上選擇的是燃料電池混合動力汽車,包括商用車的燃料電池深度混合動力和轎車的增程式燃料電池汽車。今年將會是燃料電池商用化的元年,其發展規模和速度不會像鋰電池電動汽車一樣迅速,而將會是一個長期穩步的發展過程。

二、新能源汽車技術發展的現狀

1.確定了“三化一體”的發展方向

在“十三五”新能源汽車科技研發上,我們制定了新能源汽車技術升級戰略,實現電動化、智能化、輕量化相結合,三個戰略相互關聯。另一方面,將從基礎科學、共性核心技術、系統集成、集成開發示范分為四個層次進行全方位的開發,系統集成仍然是三大動力系統,對于共性核心技術的內涵還將進行進一步的挖掘。從動力電池的角度,進一步強調電池管理;在電機驅動的角度,進一步強調電力電子;在電控的角度,將其轉型為智能化技術,在基礎科學和示范考核方面繼續推進,實現全創新鏈一體化推進。

2.重視高性價比產品的開發

未來五年,純電驅動方面的主要目標是提高家用主流轎車的性價比,使其具備技術競爭力。家用主流轎車指的是性價比相對比較高的轎車,也是電動汽車跟傳統汽車競爭最為激烈、難度最大的一個區域。對于家用主流轎車來說,性價比就是里程成本比,即在提升里程的前提下盡量減少成本的升高。要實現這個目標,我們不僅需要改進電池性能,減少整車電耗,提高整體效率,還需要實現充電設施的便利以及安全管理。

為了實現高性價比,在技術方面,我們下一步的主要技術目標是A級,尤其是A0級的轎車,其電耗降到接近百公里10度電,產業化后,續駛里程為300公里左右的車型,能夠和傳統轎車競爭。目前根據車型和結構不同,相應的續駛里程也不一樣。比較合理的里程分布是,A00級轎車為200公里,A0級為300公里左右,A級以上為350-400公里,少數豪華車500公里。

3.加強電池性能的提升

要實現合理的里程的分布,最重要的是要提升電池的性能。目前的電池比能量是180瓦時/公斤,預計到2020年,將提高到300瓦時/公斤,體積比能量達到500—600瓦時/升,這將滿足各類轎車的使用需求。

在300瓦時/公斤比能量電池的研發中,正極材料是NCA、NCM,負極材料是硅碳,目前正在開發的過程中。國內已有部分負極材料企業,如貝特瑞等,已經把硅碳材料用在了300瓦時/公斤的電池上。

4.安全管理取得重大進展

我們在高比能量安全性方面也取得了重大進展。以電池的安全性為例,最容易發生事故的不僅僅是單體熱失控,而是單體熱失控之后的整個系統擴展,如果不加以預防和控制,將造成重大事故。

在這方面我國做的工作處于全球領先地位。無論是串聯電池熱失控的擴展、測試和建模預測,還是并聯熱失控的擴展、蔓延,都是我們最早做出來的,并且在此基礎上進行了大型的機理分析。在熱穩定性方面,我們通過DSC來研究各種材料的熱穩定性,并且通過測試分析找到各種材料的熱穩定性的特性,目前已經能夠做到在電池設計階段就預測它的熱失控特性。同時,我們也已經找到防止熱擴展的技術,避免熱失控的擴展,從而避免事故。

5.降低電池成本仍是研究重點

電池的成本是現在行業關注的最重要的問題。要降低成本,需要全產業鏈發力,并在重點環節突破。在原材料方面,目前,碳酸鋰的價格出現大幅上漲,達到15—17萬元/噸。行業專業人士認為,合理價格應該是3—5萬元/噸。原材料價格的高企是目前電池成本增高的一個最重要的環節,除此之外,和電池成本相關的還存在生產制造的良品率和一致性提高以及材料回收和再循環的問題。以鈷資源為例,這些稀有資源基本上以進口為主,必須要回收利用。在電池成本中,材料成本占了50%,有效減少原材料成本是降低電池成本的重要方面。

在電池總成本方面,新能源汽車對于電池成本的目標要求可以按照燃油車的內燃機動力系統來進行等價計算,即電池系統大概在100美元/千瓦時,可以跟傳統內燃機動力完全等價。目前,全球電池系統每千瓦時平均價格,在2020年大約在1000元人民幣、100美元和100歐元之間。目前我們的目標是2020年達到1000元人民幣/千瓦時,但是國外有可能實現100歐元/千瓦時,要使我們的產品更有競爭力,下一步要努力的方向是實現100美元/千瓦時的價格。

三、新能源汽車技術發展的趨勢

1. 動力電動化和能源低碳化相結合

對于電動汽車而言,評判其碳排放高低的指標,關鍵在于它使用的電從何而來。電動汽車要做到低碳排放,也必須跟低碳能源相結合,做到近零排放。另一方面,電動汽車和可再生能源結合的重點在于儲能。現在由于沒有儲能,棄風、棄水、棄光問題非常嚴重。據統計,2016年的棄風、棄光、棄水量達到1500億瓦時,如果能夠利用起來,可以滿足1億輛電動轎車的用電需求,換算成電池大約是50億千瓦時的電池;如果用功率來算,2倍倍率就是100億千瓦,按照目前中國10幾億千瓦的裝機量來算,將能夠實現十倍的裝機量。習主席說,要推動能源生產與消費的革命,新能源汽車是可以推動能源變革的重要途徑之一。特斯拉已經在這方面作出了很好的典范,他們跟太陽能SolarCity合作,已經在進行這方面的嘗試。因此,目前雖然有各種各樣的儲能的手段,但是從規模、成本各方面來看,儲能最終的出路還是要靠鋰離子電池和電動汽車,電動汽車的儲能功能可以說是解決可再生能源間隙性的根本出路。

2.V2G技術前景可觀

為了實現電動汽車的儲能功能,V2G技術的發展極為必要。V2G技術是以車輛的蓄電功能為基礎,支持智能電網工作的一種應用方式,電網可以給電動汽車充電,電動汽車也可以給電網回饋電。將電動汽車作為電網的儲能裝置,是我們未來的發展目標。在這方面,比亞迪公司已經進行了一些探索,取得了一定的成績,他們的交流快充就具備這個功能。根據中國汽車工程協會《節能與新能源技術路線圖》最新的預測,2020年,我國新能源汽車的產銷量將在200萬輛左右,之后將進入到高速的成長期;到2025年,我國新能源汽車的產銷量大約在800萬輛左右;到2030年,我國新能源汽車的產銷量將達到汽車總銷量40%,大約為1500萬輛,全球新能源汽車產銷量的平均值大約占汽車總銷量的30%,這對于電動汽車的V2G技術而言將有一個很好的發展前景。

四、我國新能源汽車技術面臨的挑戰與建議  

汽車動力電動化幾起幾落、多元探索,不同的行業有不同的角度和不同的取向。中國的模式是以純電動為基礎平臺,在此基礎上發展插電式混合動力、燃料電池混合動力,最后突破常規的混合動力技術和全功率燃料電池技術。中國新能源汽車產業化率先發力,得益于鋰離子電池的后來居上、技術進步超出預期,我國的技術路徑得到了全球范圍的跟隨。

2016年是全球純電驅動技術轉型的標志性年份,各個汽車工業的發達國家都進入了轉型期,福特、通用、本田、豐田、大眾等各大車企都在進行轉型,開始跟隨我們的路徑,但是采取新的戰略。以歐洲汽車廠商為代表的國際大汽車公司提出到2020年后,新能源汽車實現與燃油車的全方位競爭:車輛續駛里程500公里、電池容量到100度電、充電時間15分鐘跑500公里、快充功率350千瓦……這將是技術門檻不斷提高的過程,尤其是安全性的挑戰將會全方位的倍增,這是我們中國新能源汽車面臨的新挑戰。

為了應對這個挑戰,我們的建議是:

第一,評估大功率直流快充的安全性技術門檻。要實現350千瓦的充電,電動汽車的電壓將提高到1000V,充電電流為350安,這會對整車電氣安全、電池安全、充電安全、電網安全帶來重大技術挑戰,所以我們要充分考慮中國國情,制定科學合理的充電技術標準。

第二,制定充電技術與基礎設施中長期發展規劃。目前我國新能源汽車發展最大的短板在于充電,即現有的充電設施不能滿足新能源汽車發展的需求,而新一代的充電技術又在挑戰我們的安全風險,所以我們在這方面必須要進行充分的研究。今年中國電動汽車百人會在技術角度重點研討的就是大功率直流快充以及充電基礎設施的發展,將通過組織行業內的專業人士進行充分的研討,為政府的標準制定和政策發布提供良好的參考建議。

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