鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1485次 | 2021年04月27日
有關(guān)純電動、燃料動力電池、混合動力三技術(shù)路線解析
先回顧一下新能源汽車的技術(shù)路線，汽車動力電氣化幾起幾落、多元探索。從行業(yè)的視角看，汽車行業(yè)一般認(rèn)為是混合動力、插電、燃料動力電池的發(fā)展路徑。信息行業(yè)是純電動、信息化共享、智能化共享。能源行業(yè)，尤其是電網(wǎng)，以前是純電動、換電池、電池租賃、智能電網(wǎng)?，F(xiàn)在慢慢的三個行業(yè)三股力量在競爭融合。以前的戰(zhàn)略取向在汽車行業(yè)里有兩種，一種是發(fā)動機(jī)路線戰(zhàn)略，就是把技術(shù)門檻越做越高，另外一個戰(zhàn)略就是純電動戰(zhàn)略。外行進(jìn)入汽車行業(yè)的時候基本上都采用這個戰(zhàn)略，因為門檻相比較較低一點(diǎn)。
我國該怎么選擇一直有很多爭論，也有很多搖擺，當(dāng)然最終確立純電驅(qū)動戰(zhàn)略應(yīng)該是2012年。
特斯拉-典型的純電動戰(zhàn)略，從豪華電動汽車，最后到家用的電動汽車-Model3。豐田，正好是代表汽車行業(yè)非常典型的，就是發(fā)動機(jī)路線戰(zhàn)略，也叫高門檻戰(zhàn)略。從燃油車，到普銳斯，到燃料動力電池，是這條路線。我國的純電驅(qū)動的路徑跟豐田是剛好相反的。發(fā)動機(jī)戰(zhàn)略是先做一個混合動力的平臺，比方說豐田的普銳斯，然后再基于這個平臺做各種車型，插電式就是在普銳斯基礎(chǔ)上電池加一點(diǎn)點(diǎn)就可以了，燃料動力電池也是在普銳斯基礎(chǔ)上把發(fā)動機(jī)換成燃料動力電池。
我國模式，基本上是新能源汽車先做純電動，做純電動的基礎(chǔ)上做插電式和深度混合的燃料動力電池，最終在比較多的電池插電式基礎(chǔ)上再減少電池，再做一般的混合動力，在燃料動力電池深度混合的基礎(chǔ)上再減少電池，加大難度，再做全功率燃料動力電池。我們是一種從易到難的做法，豐田是逐步加大技術(shù)難度的做法，是不相同的。
我們是先發(fā)展電池核心技術(shù)，并形成具有競爭力的市場最大規(guī)模電池產(chǎn)業(yè)。這些年最大的成就就是發(fā)展出了我國具有全球競爭力的電池產(chǎn)業(yè)。所有今天取得的成就最大的成就就是這個，有了這個才有突破，假如沒有它我們寸步難行。我們以純電動力為突破口和基礎(chǔ)平臺，帶動混合動力汽車、燃料動力電池汽車全方位發(fā)展，形成新能源汽車總體競爭優(yōu)勢。確立這個戰(zhàn)略是2012年三月份《電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃》，全面推動純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，這也是專家組最先提出，《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》也再次強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。在十五、十一五兩個五年全面探索之后，在純電驅(qū)動和常規(guī)混合動力選擇了以純電驅(qū)動發(fā)展為新能源汽車率先推進(jìn)的占突破口，是在2012年正式確立的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
確立了這個戰(zhàn)略之后，我國新能源汽車進(jìn)入了快速發(fā)展的軌道，大家可以看到，2011年2016年從不足5千輛發(fā)展到51萬輛，保有量從1萬輛提升到100萬輛，100倍的上升，同時這兩個都占全球的一半，處于領(lǐng)先地位。所以到2016年，我們看到了一個全球純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型的標(biāo)志年。
電動汽車曾經(jīng)幾起幾落多元探索，鋰離子電池后來居上，技術(shù)進(jìn)步超出預(yù)期。關(guān)鍵的核心是鋰離子電池后來居上，技術(shù)進(jìn)步超出預(yù)期，前面有鉛酸電池，有鎳氫電池，都不盡如人意，阻擋了發(fā)展，進(jìn)入了鋰離子電池之后就開始快速發(fā)展。我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)率先發(fā)力，從產(chǎn)品導(dǎo)入期進(jìn)入產(chǎn)業(yè)成長期，全球純電驅(qū)動汽車發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)，全球的工業(yè)汽車強(qiáng)國開始轉(zhuǎn)型。
下面我分別說一下純電動、燃料動力電池、混合動力三個技術(shù)路線。
首先是純電動。
電池的能量密度不斷提升，成本持續(xù)下降。五年之間，單體比能量提升了1倍，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到200瓦時/公斤，以前預(yù)測今年系統(tǒng)成本大概是1.7元，實際現(xiàn)在已經(jīng)低于這個數(shù)，應(yīng)該在1.5元、1.4元，大大超出預(yù)期。而且這個數(shù)，電池廠的純利潤還在10%以上，原先預(yù)測2020年也是偏高的，后來也把它改了，估計是在1元以內(nèi)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
純電動汽車的引入，我們叫兩頭擠，大客車和微型電動轎車逐步向中級家用轎車發(fā)展，兩頭往中間擠，這個局面也已經(jīng)完全形成了。當(dāng)初大家對純電動產(chǎn)品的里程都是100多公里，現(xiàn)在300公里以上的車已經(jīng)非常多了。
純電動商用車的總體水平在全球處于領(lǐng)先地位，產(chǎn)品的規(guī)模出口，中車時代的電動汽車也開始出口了。充電基礎(chǔ)設(shè)施也在去年開始出現(xiàn)拐點(diǎn)，前面發(fā)展基本上都是平的，到了去年就開始出現(xiàn)拐點(diǎn)了，到去年是15萬個充電樁。從去年年底開始，現(xiàn)在每個月大概在1萬多個，所以今年年底就會到達(dá)30萬個。這是公共的，私人買車是自帶充電樁的。由于電動汽車進(jìn)入市場之后，整個充電樁產(chǎn)業(yè)也開始快速發(fā)展了，出現(xiàn)拐點(diǎn)。
下一步目標(biāo)是家用主流轎車的性價比車型技術(shù)形成競爭力，當(dāng)然這中間關(guān)鍵取決于電池，純電動汽車的性價比就是里程跟成本的比值，因為多100公里續(xù)駛里程就得多裝100公里的電池，電池成本是比較高的。
我們做的事情包括幾個方面：有電池成本的下降，當(dāng)然也有整車電耗的下降，這就靠今天討論的驅(qū)動系統(tǒng)，另外就是充電設(shè)施的便利。還有一個是安全管理。最后希望達(dá)到的目標(biāo)是在A級車、A0級車百公里電耗降到10度，續(xù)駛里程達(dá)到300公里左右的小型電動汽車取消補(bǔ)貼，到2020年綜合成本可以跟燃油車競爭。全球也都在朝這個方向努力，比如說通用、特斯拉Model3也是這樣的。
究竟多少續(xù)駛里程是合適的呢？跟車型有密切的關(guān)系，比如一個2.5米長的微型電動汽車，續(xù)駛150公里足夠了。奔馳Smart沒有必要搞500公里，也裝不了那么多電池，因為體積就那么小。A00級，像QQ這么大的，200公里是合理的。到A0級車，家用轎車像伊蘭特這么大的，300公里是合適的。到A級車，比方說捷達(dá)那么大的車，400公里是合理的。B級、C級中高檔轎車可能要500公里。從調(diào)查看，日本消費(fèi)者對續(xù)駛里程300公里的車接受度70%，在歐洲要500公里，因為歐洲開車速度非常高，行駛里程也相對長，所以各個地方市場是不相同的，而且沒有特別小的車。
另外，要不要超快速充電，比方說350千瓦，15分鐘充電跑500公里，這是歐洲的提法。日本就認(rèn)為這個指標(biāo)是過度的，這是歐洲部分車企針對部分車型的策略，什么車型的策略呢？B級、C級豪華車這個范圍是要的，顯然（B級以下）都是不要的。而且隨著充電基礎(chǔ)設(shè)施的高速發(fā)展和普及，反而大家會降低對里程的要求，假如充電非常方便是沒有必要的。另外，我國要實現(xiàn)的雙積分管理，對過高的里程沒有優(yōu)惠，350公里是上限，350公里拿5分，再高也是5分，所以估計未來350公里可能會是大家比較用得多的一個里程，也就是超過350公里，比方說360公里，這樣的車會比較多，因為它有政策引導(dǎo)，同時它也是比較合理的一個范圍。
另外，為了提高里程，電池的體積必須降下來，假如你電池體積很大，你想裝也裝不上去。一般一個家用轎車的體積多少呢？220L，比如3噸重的SUV它裝電池的體積400L，這個標(biāo)準(zhǔn)定了。電池的體積是多大呢？體積能量密度，每升多少能量，跟重量能量密度是對應(yīng)的。比方說250瓦時/公斤，大概是每升500瓦時。所以不同的能量密度也決定了里程的長短，比如SUV要做500、600、700、800都是可能的，但是轎車體積有限制，假如說QQ那么大的車，非要它跑500公里，不現(xiàn)實，沒有體積，裝不了。
電池是可以裝上去，但把體積也提上去怎么辦呢？現(xiàn)在是在逐步的提升電池能量密度，到2020年可以達(dá)到300瓦時/公斤，每升大概接近600瓦時，就可以極大的解決這個問題。這個技術(shù)路線已經(jīng)完全確立，也就是說從現(xiàn)在的200瓦時/公斤提到300瓦時/公斤是沒有問題的，而且有些產(chǎn)品已經(jīng)做出來了，比方說貝特瑞的材料已經(jīng)用在松下的電池上了。
另還有一個是成本問題，裝那么多電池成本怎么辦？成本要全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)力重點(diǎn)環(huán)節(jié)突破。首先，最為薄弱的環(huán)節(jié)是原材料，百人會剛在青海做了一個電池材料的研討會。電池材料重要在青海那邊，一噸碳酸鋰成本1萬2萬，賣15萬17萬，這是高額利潤。合理的價格在多少呢？3萬5萬，假如到達(dá)這個價格電池成本還有可能大幅下降。另外一個就是生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)降成本，電池良品率還不夠高，一致性還不夠好。
第三個，材料回收和再循環(huán)利用，鈷是非常稀有的材料，全球就那么七八萬噸總的儲量，所以必須回收。現(xiàn)在一輛特斯拉還要用十幾公斤鈷，是很大的數(shù)。到了2020年，鎳的比例提高、鈷的比例會下降，但是5公斤是要的，所以必須要回收。
總之，材料的成本是最關(guān)鍵的，而且材料的漲價也是最不容易控制的，因為材料是資源問題。
究竟降到多少才算低呢？可以按照內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)的價格來反算純電動力系統(tǒng)的價格，反算一下，比方說這邊是發(fā)動機(jī)、變速器、油箱等等，這邊DC/DC、逆變器、電機(jī)其加起來電池用60千瓦時，能走多遠(yuǎn)？到2020年可以走400公里一點(diǎn)問題沒有，這樣算出來價格要等價的話，電池必須每千瓦時102美元，就是100美元，六七百人民幣一度電就可以跟內(nèi)燃機(jī)等價。這個價格什么時候能達(dá)到呢？我個人估計2020年每千瓦時大概在1000人民幣，100美元之間，但是很難做到100美元，可能有的公司做到，有的公司做不到，平均做不到。2025年大概在100歐元跟100美元之間，就是2025年是可以做到的，所以估計是在2020年2025年做到這個價格。
一旦做到這個價格，就是拐點(diǎn)全方位出現(xiàn)，所以估計純電動汽車推廣的進(jìn)程大概是這樣的：第一階段，20102015年，示范考核公共領(lǐng)域政府第一推動。第二階段，20142017年，政府補(bǔ)貼+政府限購老百姓被動吃螃蟹。第三階段，20172020年，充電設(shè)施后來居上破解雞與蛋的關(guān)系，現(xiàn)在拐點(diǎn)已經(jīng)出現(xiàn)。第四階段，20192025年，雙積分政策，現(xiàn)在進(jìn)入市場的電動汽車反饋還是不錯的，沒有太多人抱怨電動汽車，所以會形成市場和政策雙輪驅(qū)動。真正純電動汽車突破性價比在2025年左右會實現(xiàn)大發(fā)展，這就是純電動的技術(shù)路線。
有一個問題要特別提醒注意，剛才說的都是好事，但是有一件事不太好，高比能量動力鋰電池安全性挑戰(zhàn)，比能量越大，安全性越差。
這就是動力鋰電池會熱失控，溫度上來，連鎖反應(yīng)，溫度到達(dá)1000度就會燃燒爆炸，尤其是一個單體燃燒之后像放鞭炮相同，電池一般都有幾百只到上千只，大客車是幾千只，假如讓它在整個系統(tǒng)里面蔓延出去，那大事故就來了。大家了解，100節(jié)電池的能量就是50公斤TNT，所以這是要解決的。為此清華大學(xué)團(tuán)隊做什么呢？全方位做安全。建立安全實驗室，包括電池碰撞，也包括電池的化學(xué)，還有電池的集成?，F(xiàn)在不僅僅是國內(nèi)的廠家關(guān)注這個問題，全球優(yōu)秀級的廠家都在跟我們合作，奔馳、寶馬、日產(chǎn)，其實最開始引入我們進(jìn)入安全領(lǐng)域的是寶馬?，F(xiàn)在保持要我們給它轉(zhuǎn)讓知識產(chǎn)權(quán)，說明這塊我國做的并不慢，因為出的問題最早，當(dāng)然做的也就最早，所以什么事情都有一個先發(fā)優(yōu)勢，后發(fā)優(yōu)勢是很難形成的，先發(fā)優(yōu)勢還是可以的，所以現(xiàn)在他們來找我們要轉(zhuǎn)讓知識產(chǎn)權(quán)。
比方說熱失控的擴(kuò)展，我們可以防止它，一個熱失控了，第二個、第三個等等后續(xù)一個一個接著來，系統(tǒng)可以控制住，不能熱失控。以前說大客車，200瓦時/公斤的不可能上去的，現(xiàn)在200瓦時/公斤的三元電池，系統(tǒng)是150瓦時/公斤的，這個已經(jīng)比例非常高了，已經(jīng)做出來了。以前大客車基本上用磷酸鐵鋰，三元根本就不敢上，三元150瓦時/公斤都不敢上，現(xiàn)在我們200瓦時/公斤都可以。
第二方面，燃料動力電池技術(shù)路線。
我國燃料動力電池的技術(shù)路線跟國外不相同，覺得也還是有一定優(yōu)勢的，國外的大客車是純?nèi)剂蟿恿﹄姵仳?qū)動，轎車是全部燃料動力電池，燃料動力電池搞的很大。我國的是燃料動力電池跟動力鋰電池的深度混合大客車，燃料動力電池做輔助動力的增程式燃料動力電池轎車，這是我國的技術(shù)路線。這么做的好處是成本降低，因為目前燃料動力電池比電池要貴，最重要的是耐久性的提高，燃料動力電池最大的問題是耐久性，但現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)做出了燃料動力電池發(fā)動機(jī)。去年是一個啟動年，今年有可能成為我國燃料動力電池汽車全方位商業(yè)化的元年。
這中間一個核心問題是怎么突破燃料動力電池，現(xiàn)在燃料動力電池混合動力大家都會做，因為常規(guī)混合動力都會做，都不是問題。但是燃料動力電池還是根本的，雖然混合動力解決了一堆問題，但是燃料動力電池本身還是很重要的。經(jīng)歷了很多年的研發(fā)，燃料動力電池的技術(shù)路線是從底向下，做催化劑、再做膜、再做極板、再做堆、再做發(fā)動機(jī)，一般搞電化學(xué)催化劑的的人在做，再做發(fā)動機(jī)，再做車，這種模式走了十多年，說明產(chǎn)業(yè)化走這條路是有問題的，所以技術(shù)路線是從上至下，先做動力系統(tǒng)，這個已經(jīng)實現(xiàn)了。
第二步，研發(fā)燃料動力電池發(fā)動機(jī)電堆外協(xié)，這已經(jīng)完成了，現(xiàn)在研發(fā)燃料動力電池膜電極外協(xié)?，F(xiàn)在搞電驅(qū)動，IGBT是最難的，技術(shù)是長期積累的結(jié)果，膜電極相當(dāng)于芯片，所以在我們的技術(shù)路線中，芯片是最后在攻克。現(xiàn)在已經(jīng)做到第三步，現(xiàn)在在籌劃第四步，靠什么？靠人。沒有人怎么辦？引進(jìn)國外最高端的人才，現(xiàn)在人才已經(jīng)搞定了，下一步朝這個方向發(fā)展。這就是燃料動力電池的混合動力系統(tǒng)，電池、燃料動力電池、控制，這里頭的控制器是株洲所的，現(xiàn)在已經(jīng)換成了輪邊電機(jī)，DC/DC我們自己開發(fā)了。經(jīng)歷了2008年示范、新加坡示范、燃料動力電池有軌客車，最后到燃料動力電池發(fā)動機(jī)，去年是100臺的銷售?，F(xiàn)在電池客車5個通告，其中有4個是億華通的燃料動力電池發(fā)動機(jī)。
未來的走向，說燃料動力電池不能局限在汽車領(lǐng)域里頭，燃料動力電池是能源前沿技術(shù)，不僅僅是汽車的前沿技術(shù)，假如局限在汽車?yán)?，這件事情是很難成功的，應(yīng)該是是全方位的。燃料動力電池有點(diǎn)像我們的柴油發(fā)動機(jī)，不是汽油機(jī)，汽油機(jī)可以由電池完全取代，但是柴油機(jī)用途非常廣，不光是汽車，坦克、飛機(jī)、船舶、發(fā)電全都有柴油機(jī)，所以燃料動力電池定位在一個通用型的動力機(jī)械，這是發(fā)改委能源革命創(chuàng)新行動計劃有關(guān)燃料動力電池的一個路線圖。
我去年稍稍比較保守，為何比較保守呢？因為國內(nèi)這個產(chǎn)業(yè)太熱了。比較理想和正常的應(yīng)該是2020年1萬輛、2025年10萬輛、2030年100萬輛，這是未來要形成的。
最近我國燃料動力電池代表團(tuán)剛剛訪問日本回來，觀感有幾點(diǎn)，第一，日本仍然還是比較緩慢的，基礎(chǔ)設(shè)施還是比規(guī)定進(jìn)展的要遲緩。另外，他們挑戰(zhàn)了技術(shù)難度過高的乘用車，現(xiàn)在每天大概生產(chǎn)13臺。他們公交車公司又太小，沒辦法來更換新能源車，這是他們的弱點(diǎn)。美國應(yīng)該說今年的預(yù)算，2018年的預(yù)算，明年的預(yù)算比今年還要有所下降，因為特朗普上臺之后對所有的預(yù)算都在往下減。我國活躍，資本市場運(yùn)作興盛。我們有一個最好的，就是以公交車、物流車、出租車為突破口，我們完全有希望后來居上，我相信2020年之前燃料動力電池車也會在全球第一。
第三點(diǎn)，混合動力技術(shù)路線。
混合動力技術(shù)路線相對來說是最復(fù)雜的，為何呢？因為這里頭很多東西只有內(nèi)行看得明白。
經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國典型混合動力構(gòu)型已經(jīng)出現(xiàn)了，比方說比亞迪后并聯(lián)，上汽、廣汽的雙電機(jī)串并聯(lián)，還有比亞迪四驅(qū)電橋構(gòu)型，還有科力遠(yuǎn)的功率分流。
一直以來豐田的功率分流在業(yè)內(nèi)被奉為神圣，但是現(xiàn)在應(yīng)該走下神壇，為何？
首先，豐田的功率分流，為何能夠省油呢？發(fā)動機(jī)總在最高效率點(diǎn)，不管你在哪兒我都給你弄過來，怎么弄過來的呢？我們有兩個電機(jī)、一個發(fā)動機(jī)，接了三個輪子，太陽輪、行星輪、齒輪架，要調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速靠什么呢？靠發(fā)電機(jī)，這叫ECVT，就是電的CVT，普銳斯是津津樂道被大家崇拜的?，F(xiàn)在出現(xiàn)了什么呢？比方說本田的串并聯(lián)，照樣也可以來優(yōu)化這個點(diǎn)，不管在哪里，都可以把你做到最佳點(diǎn)，照樣可以，不是說只有普銳斯可以。
還有，現(xiàn)在最簡單的一種并聯(lián)式P2構(gòu)型，所謂P2構(gòu)型就是說發(fā)動機(jī)、離合器、電機(jī)接著變速器，但是接在變速器前面，剛才那個是后并聯(lián)接在變速器后面，這是一個DCT雙離合器變速器，它也可以來優(yōu)化，怎么優(yōu)化呢？用變速器橫縱調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到這個點(diǎn)，再用電機(jī)調(diào)節(jié)，再把它可以縱向調(diào)，橫向、縱向也可以調(diào)，不是只有普銳斯能調(diào)。但是這種結(jié)構(gòu)就非常簡單，傳統(tǒng)車稍稍改一下就可以了，模塊化非常好，不要重新來。
這是剛才P2構(gòu)型起亞的，這些豐田的，這是燃油車的，茫茫一片。最低油耗是誰呢？不是豐田的功率分流，而是起亞的P2，而它的價格比豐田普銳斯還低。
還有一個，大家以前看不起的串聯(lián)，說串聯(lián)油耗太高，經(jīng)常出現(xiàn)爭議。那時候為何油耗高呢？電池不好，鉛酸電池，鎳氫電；電機(jī)不好，都不好當(dāng)然就不好了?，F(xiàn)在電池好了，發(fā)動機(jī)油耗也低了，可以達(dá)到多少呢？37.2公里/升，在日本一上市就是暢銷車型，超過普銳斯，所以普銳斯不是神話，現(xiàn)在串聯(lián)、并聯(lián)都可以達(dá)到。
所以比較不同混合動力的特性，發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)優(yōu)化、動態(tài)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)、全工況適應(yīng)性、安裝適應(yīng)性、動力性、經(jīng)濟(jì)性兼顧等等，都有辦法，不是功率分流一家。但是有一個共同的點(diǎn)，就是高效發(fā)動機(jī)是必須的，沒有這個其他都免談。
新能源汽車的平臺化和模塊化，我個人認(rèn)為只有兩個平臺是最好的，要實現(xiàn)模塊化。第一，從內(nèi)燃機(jī)、雙離合器、多檔變速器動力系統(tǒng)，然后接著機(jī)電耦合P2構(gòu)型混合動力，一般是縱置，橫置減檔。另外就是插電式混合動力。另外純電驅(qū)動平臺，動力鋰電池純電動力系統(tǒng)，然后串聯(lián)增程式/插電式，然后串聯(lián)式混合動力，然后到燃料動力電池串聯(lián)混合動力。
燃油車是一個平臺，純電動是另一個平臺，中間兩者再結(jié)合。所以只要走兩個平臺在中間的斜線，就可以把汽車所有的動力系統(tǒng)連成一片，不要搞十樣、二十樣。大家了解，當(dāng)初搞客車的時候，一年改一個樣子，每年都變化，現(xiàn)在怎么樣？都過去了，電池好了，沒必要了。所以減少我國發(fā)展的彎路，我認(rèn)為最終的平臺就是這兩個，這樣能實現(xiàn)模塊化、平臺化、成本最低、可持續(xù)發(fā)展。
