中國儲能網(wǎng)訊：9月23日，中國新能源汽車發(fā)展高層論壇（2022）在“中國車谷”武漢經(jīng)開區(qū)成功舉辦。論壇特邀多位政府主管部門領(lǐng)導(dǎo)、兩院院士、行業(yè)頭部企業(yè)代表等發(fā)表精彩主題演講，以下為中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高發(fā)言內(nèi)容。
中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的歷程，從2011年算起，當(dāng)年是6000輛，發(fā)展到今年預(yù)計600萬輛，增長了1千倍，這是一個偉大的成就，中國首次在全球率先大規(guī)模導(dǎo)入高科技民用大宗消費品，引領(lǐng)全球汽車發(fā)展方向，連美國總統(tǒng)拜登也是承認(rèn)的。我們經(jīng)歷了前期的導(dǎo)入，后面的成長，現(xiàn)在進(jìn)入快速增長階段。進(jìn)入新階段也會迎來一系列新挑戰(zhàn)，比如電池的問題，還有充電的問題，還有電驅(qū)底盤的問題，以及電動重卡如何發(fā)展的問題，還有基礎(chǔ)器件的問題。今天針對前面四個方面的問題，結(jié)合清華大學(xué)新能源動力系統(tǒng)研究團(tuán)隊的研究進(jìn)展談?wù)勏乱徊降陌l(fā)展趨勢，分兩方面:電動乘用車的技術(shù)發(fā)展趨勢和新能源重卡的技術(shù)研發(fā)趨勢。
一
電動轎車的發(fā)展趨勢
1、動力電池發(fā)展趨勢
中國動力電池產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展趨勢將是低碳化——低能耗、低排放、低損耗；高端化——高品質(zhì)、高安全、高技術(shù)；智能化——智能設(shè)計、智能制造、智能控制。
低碳化:材料合成電池生產(chǎn)，其能耗還是比較大的，也有排放，如何解決這個問題？關(guān)鍵要抓住動力電池材料回收，經(jīng)過回收可以降低成本，也可以降低排放和能耗。這是解決問題的關(guān)鍵?，F(xiàn)在有各種各樣的回收方式，濕法回收、物理回收，物理回收潛力最大，也是目前技術(shù)創(chuàng)新最活躍的部分。通過物理回收可以使它的碳排放降低一半以上，結(jié)合綠電可以使整個過程實現(xiàn)近零碳排放。現(xiàn)在電池產(chǎn)業(yè)朝西部綠電比較多的地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移正在進(jìn)行之中。
高端化:我國電池創(chuàng)新要逐步從現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新發(fā)展到材料體系創(chuàng)新，這是一個必然趨勢。全世界正在興起新一輪電池材料體系創(chuàng)新突破的大競爭，進(jìn)入百花齊放的新階段。2025年之前現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池實現(xiàn)350Wh/kg的能量密度。2030年之前，逐步從液態(tài)向固態(tài)的過渡實現(xiàn)400Wh/kg。2035年之前實現(xiàn)500Wh/kg新體系電池的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，包括全固態(tài)鋰金屬電池、鋰硫電池等等。雖然液態(tài)鋰離子電池可能還將長期占據(jù)電池市場的主導(dǎo)地位，而且新體系電池的技術(shù)難度也非常大，但是我們必須突破?，F(xiàn)在中國電池產(chǎn)量占全球電池的70%，很多國家都在進(jìn)行技術(shù)顛覆性創(chuàng)新，從而改變市場格局，我們必須做好充分的準(zhǔn)備，突破新一代電池技術(shù)。
智能化：歐盟提出動力電池2030計劃就是瞄準(zhǔn)新一代智能電池，我們也必須加大力度，面向2030，實現(xiàn)動力電池材料選擇、電池設(shè)計、制造、使用、回收的全鏈條自動化，比如將人工智能和大數(shù)據(jù)引入材料篩選擇、智能設(shè)計、智能制造、智能管理到最后的智能回收。清華大學(xué)新能源動力系統(tǒng)團(tuán)隊也開展了一系列的研發(fā)工作，成立了清華大學(xué)電池安全實驗室，清華本部有100多人開展相關(guān)研究。研究重點是三個方面，一是在電池系統(tǒng)層面通過熱安全系統(tǒng)的研究，開發(fā)安全電池；二是在電池單體層面，從材料學(xué)、化化學(xué)、熱科學(xué)學(xué)科交叉的角度開展本征安全研究，最終研發(fā)全固態(tài)電池；三是在電池單體和系統(tǒng)的綜合層面，開發(fā)電池智能設(shè)計軟件、研究基于新型嵌入式分布傳感器的智能電池前沿技術(shù)、開展電池制造缺陷的研究和產(chǎn)線大數(shù)據(jù)管理及工藝仿真與數(shù)字孿生、研發(fā)全生命周期電池智能管理與智能回收技術(shù)。
2、整車技術(shù)的創(chuàng)新趨勢
電動車的底盤平臺正在快速迭代，從初期的基于燃油車的改裝，到進(jìn)一步的優(yōu)化，逐步出現(xiàn)電動車的專用平臺，到現(xiàn)在的CTV、CTC底盤電池一體化以及滑板底盤。電池系統(tǒng)最新動態(tài)就是CTC從單體電池直接到底盤，國內(nèi)也開展的一系列研發(fā)。驅(qū)動系統(tǒng)方面，小型化、集成化的趨勢非常明顯?，F(xiàn)在正在規(guī)模推廣的是電機(jī)驅(qū)動控制和車軸的一體化，下一步將會進(jìn)一步發(fā)展到電驅(qū)動跟車輪的一體化，就是輪邊或輪轂電機(jī)集成驅(qū)動系統(tǒng)。
近期清華大學(xué)在滑板底盤方面開展了研究工作，開發(fā)出轎車滑板底盤樣機(jī)，包括800伏高壓電壓的快充CTC的電池集成，以及加熱系統(tǒng)，還有多合一的碳化硅電機(jī)控制器、高密度輪轂電機(jī)電動輪，以及整車綜合熱管理系統(tǒng)。
3、充電系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新趨勢
中國首次主導(dǎo)了國際認(rèn)可的直流充電標(biāo)準(zhǔn)——CHAOJI?，F(xiàn)在客戶比較關(guān)注的快充問題，比如大功率快充350千瓦，還有雙向充電等等，都在標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中體現(xiàn)出來。2025年之前可以進(jìn)入大規(guī)模的應(yīng)用，現(xiàn)在各個廠家都在開發(fā)快充技術(shù)。
清華開發(fā)的全氣候安全快充成套技術(shù)，包括無析鋰的安全快充技術(shù)，5分鐘充200公里，350千瓦快充。另外，低溫脈沖加熱技術(shù)，尤其在北部地區(qū)，冬天每分鐘可以加熱7攝氏度，另外夏天外部的強(qiáng)制冷卻，保證電池系統(tǒng)溫度低于45攝氏度。目前快充系統(tǒng)已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化，與殼牌合作進(jìn)行推廣應(yīng)用。
慢充技術(shù)的趨勢是有序充電、雙向充電與車網(wǎng)互動。電動車的量越來越大，無序充電電網(wǎng)無法承受，首先要發(fā)展有序充電。為了進(jìn)一步發(fā)揮電動車作為儲能裝置的作用，要發(fā)展雙向充電，也就是V2G，既可以充也可以放。V2G有各種形式，比方說車作為儲能裝置與車、車與家，車與寫字樓，與微網(wǎng)，與配電網(wǎng)，都可以進(jìn)行電能互動，這種互動的效果就是使用電動車可以不花電費。
清華大學(xué)面向新一代雙向充電車網(wǎng)互動開發(fā)了一系列新技術(shù)，比如面向城市居民小區(qū)的車網(wǎng)互動技術(shù)，成本很低，我們叫智能交流充電插座。另外，面向市郊的車跟家互動的光儲充系統(tǒng)的軟硬件和通信技術(shù)。還有面向園區(qū)的V2X智慧系統(tǒng)技術(shù)，包括帶儲能集群式充電等等。
二
新能源重卡技術(shù)發(fā)展趨勢
重卡電動化是下一步重要的技術(shù)趨勢。主要有兩方面：第一換電重卡，這是目前正在蓬勃發(fā)展的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，換電重卡今年會發(fā)展到1萬輛以上。另外，氫能重卡研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化也正在加速。下面以我的團(tuán)隊的工作作為例子介紹這兩方面的趨勢。
換電重卡，重卡換電是進(jìn)行電池租賃的，賣車不賣電池，車跟傳統(tǒng)車成本接近，電池由電池運(yùn)營商來進(jìn)行運(yùn)營。運(yùn)營的電池租賃費用加電費跟柴油油費競爭，目前在大多數(shù)地區(qū)比柴油更具競爭力。我們培育的智鋰物聯(lián)公司開發(fā)了機(jī)械手式側(cè)換換電模式。4分鐘換一輛車，其中，車載換電電池包系統(tǒng)重量更輕，比現(xiàn)有的系統(tǒng)輕20%。另外就是電池包與底盤的鎖緊力更強(qiáng)，達(dá)到1萬牛米。此外，開發(fā)了重卡換電的數(shù)字化應(yīng)用解決方案，進(jìn)行電池資產(chǎn)的管理、換電運(yùn)營和調(diào)度以及電池安全的監(jiān)控和運(yùn)維等等。
還有一個問題，換電重卡的標(biāo)準(zhǔn)化。為此我們發(fā)起成立了中國換電重卡聯(lián)盟，來推動標(biāo)準(zhǔn)體系的建立。經(jīng)過一年多的努力，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，包括團(tuán)標(biāo)、汽標(biāo)、國標(biāo)等等，都已經(jīng)基本到位。在此基礎(chǔ)上通過互換性的標(biāo)準(zhǔn)，正在推動龍頭企業(yè)互換性的換電合作，開展側(cè)換和頂換的互換性運(yùn)營示范，比如智鋰物聯(lián)與啟源芯動力、玖行、寧德時代等等。
在此基礎(chǔ)上，快換站會跟快充站進(jìn)一步整合，卡車快換與轎車快充進(jìn)行耦合。350千瓦快充，不宜直接從電網(wǎng)取電，必須用儲能電池，卡車換電的備用電池正好作為轎車快充的儲能放電電池，再加上光伏給儲能電池充電，這就是我們提出的互補(bǔ)性的快速綜合能量補(bǔ)給系統(tǒng)。我們與殼牌合作在全球建立了首個綜合示范平臺，在北京冬奧會張家口賽區(qū)進(jìn)行展示，非常成功。
氫能重卡，中國氫燃料電池商用車保有量已經(jīng)達(dá)到近1萬輛，處于全球領(lǐng)先水平，下一步的重點是氫燃料電池重卡，這也是正在開展的國家燃料電池汽車示范工程的重點。
清華億華通團(tuán)隊氫能燃料電池團(tuán)隊經(jīng)過20年的研發(fā)，從開始的動力系統(tǒng)研發(fā)，發(fā)展到燃料電池發(fā)動機(jī)研發(fā)，到電堆，到膜電極，現(xiàn)在膜電極完全自己研發(fā)，經(jīng)歷了20年剝洋蔥，一層一層剝，所有都實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。整個發(fā)動機(jī)的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)已經(jīng)與豐田為代表的國際一流水平完全對標(biāo)。清華大學(xué)作為牽頭單位，承擔(dān)了科技部“氫能出行”科技冬奧示范項目，整個冬奧會投入1200臺燃料電池汽車，建設(shè)了20多個加氫站，全部使用張家口風(fēng)電制氫廠的綠氫。
我們孵化的科創(chuàng)板上市公司億華通，現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)氫能全鏈條布局，從源頭的風(fēng)電到風(fēng)電制氫廠，到燃料電池汽車電力系統(tǒng)，到燃料電池發(fā)動機(jī)、燃料電池電堆、燃料電池膜電極等等，我們也有兩家制氫設(shè)備廠家，也正在籌建包頭—鄂爾多斯—張家口—北京的氫走廊。240千瓦的重卡發(fā)動機(jī)，已經(jīng)由清華-億華通團(tuán)隊開發(fā)出來，并裝配福田重卡，在世界新能源汽車大會上也展出后獲得強(qiáng)烈反響。
當(dāng)然，氫燃料電池重卡下一步要在效率和成本上繼續(xù)改進(jìn)。目前初期進(jìn)入市場的燃料電池重卡的氫耗還是偏高的。下一步通過優(yōu)化可以把49噸重卡氫耗降到百公里10公斤，這樣氫燃料電池重卡才有競爭優(yōu)勢。此外要不斷降低成本，預(yù)計系統(tǒng)成本2025年降到每千瓦1000元，2030年進(jìn)一步降到每千瓦200至500元之間，主要通過規(guī)模化和國產(chǎn)化來降低成本。
最后做一下小結(jié)，預(yù)計現(xiàn)在的新能源汽車快速發(fā)展勢頭會繼續(xù)保持，中國汽車總銷量中，燃油車已經(jīng)達(dá)到頂峰，下面持續(xù)快速下降，而新能源汽車銷量會持續(xù)快速地增長，2030年之前市場滲透率肯定會超過50%，
新能源汽車的保有量預(yù)計也會快速成長，在2025年估計會接近5000萬輛，2030年到1.2億輛，2035年超過2億輛，2040年接近3億輛，這是我們團(tuán)隊根據(jù)數(shù)據(jù)做的預(yù)測?？傊?，我們對新能源汽車的前景充滿信心，希望大家共同努力，通過創(chuàng)新研發(fā)，保持新能源汽車的可持續(xù)快速增長。
