我和大家分享的內(nèi)容是：面向2035的中國新能源汽車技術(shù)路線展望。分三點(diǎn)介紹：
第一，純電與純電驅(qū)動技術(shù)。新能源汽車發(fā)展十年來，恰逢鋰離子電池能量密度從100Wh/kg提升到300Wh/kg，價格從5元/瓦時降低到現(xiàn)在最低0.8元/瓦時，實(shí)現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來革命性突破。
從轎車角度來看，體積能量密度比重量能量密度更加重要，鋰離子電池在體積能量密度是具有優(yōu)勢的，其他的高比能量電池在這方面還無法和鋰離子電池競爭。我個人認(rèn)為，鋰離子電池有望成為車用電池主流技術(shù)。當(dāng)然隨著比能量的提高出現(xiàn)了一個問題就是安全性，一個主要且緊迫任務(wù)就是如何把安全的平衡點(diǎn)提升到300Wh/kg的高比能量電池。安全事故可以說是當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的致命隱患，必須盡快解決。安全事故的本質(zhì)是電池的熱失控，有機(jī)械原因、電的原因、熱的原因等等，單體電池上出現(xiàn)的熱失控還不是致命的，關(guān)鍵是會引發(fā)整個電池系統(tǒng)熱失控蔓延，從而發(fā)生事故。
我的團(tuán)隊一直從事電池安全研究，我們建立了清華大學(xué)電池安全實(shí)驗室。經(jīng)過近十年研究，發(fā)現(xiàn)了高比能量動力電池三種主要熱失控機(jī)理，第一種是負(fù)極析活性鋰；第二種是隔膜破壞導(dǎo)致內(nèi)短路引發(fā)熱失控；第三種是高比能量電池正極釋活性氧，析氧溫度隨著比能量提升在下降。針對第一種機(jī)理和第二種機(jī)理防控主要是預(yù)防誘因，就是針對充電析鋰的電池快充控制和針對電池內(nèi)短路的電池管理問題。內(nèi)短路要通過電池管理手段提前預(yù)防，電池管理還有很多技術(shù)都會對熱失控電誘因進(jìn)行預(yù)防，電池管理系統(tǒng)要升級為新一代以安全為核心的電池管理。基于第三個機(jī)理，也就是高鎳三元正極材料出現(xiàn)之后釋氧溫度下降的問題，核心要從單體電池設(shè)計尤其熱設(shè)計著手，正極材料的包覆、摻雜以及正極與電解液界面優(yōu)化，如新一代電解液添加劑等等。如果這兩個措施還不能預(yù)防，就要上升到系統(tǒng)級的防控，即防熱失控蔓延抑制，就是針對熱蔓延的綜合熱管理，通過散熱、隔熱相結(jié)合的手段來解決?？傊?，鋰離子動力電池?zé)崾Э氐闹鲃臃揽厥强梢越鉀Q電池安全問題的。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是電池?zé)崾Э丶仁怯绊戨妱悠嚳沙掷m(xù)發(fā)展的生命線，也是市場競爭和品牌塑造的主旋律。新一代電動汽車不是靠動力性取勝，要靠安全性。誰安全可靠，讓用戶放心，誰將來才能贏得客戶。
基于前面的介紹，我本人對鋰離子動力電池在車用和儲能兩大領(lǐng)域的前景充滿信心，我認(rèn)為會超出預(yù)期。我認(rèn)為中國可能會提前幾年達(dá)到今天發(fā)布的博鰲共識中的目標(biāo)，即2035年全球新能源汽車達(dá)到年度新車銷量的一半。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線》預(yù)測，我國2030年新能源汽車市場占有率目標(biāo)就是45-50%，中國走在全球的前列。同時國際大公司大眾、寶馬、豐田的電動車大規(guī)模推出時間普遍提前了2-3年。
交通工具的全面電動化也正在興起，比如說船，最近我看到一些領(lǐng)先公司已經(jīng)開始做電動船，一個船裝1000-2000度電。
同時還有儲能市場大規(guī)模爆發(fā)，因為可再生能源價格已經(jīng)跟煤電相當(dāng)了，中國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，僅光伏一年有1億kW裝機(jī)?；谶@樣的基本趨勢，我個人判斷動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)?？赡軙葞啄昵皣鈾?quán)威咨詢公司的預(yù)測圖要樂觀。這張圖的預(yù)測值大概是在2027年左右，全球動力電池產(chǎn)量達(dá)到1萬億Wh。中國電池總需求量原有的估計是在2030年左右達(dá)到1萬億Wh。樂觀估計會提前2-3年，我們要為此做好充分的準(zhǔn)備。
另外一個革命性變化是高功率密度極小體積電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)給整車設(shè)計帶來革命性機(jī)遇。日本三菱最近公布了電機(jī)功率密度達(dá)到23kW/L，德國國家項目的目標(biāo)是電機(jī)與控制模塊總體加起來功率密度達(dá)到100kW/L。另外慢充以前使用的是車載交流充電機(jī)，現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)型為直流慢充，非車載的。我們前艙全部空出來了，我們和國外專家交流，他們正在研究這些對整車設(shè)計帶來的重大機(jī)遇。關(guān)于充電，慢充為主，結(jié)合儲能的快充補(bǔ)電將解決充電瓶頸問題。我個人始終認(rèn)為慢充解決80%的充電需求，20%是快速補(bǔ)電，不是快充充滿。快速充滿是有安全風(fēng)險的，快充補(bǔ)電可以速度很快，15分鐘充50%。寧德時代比這個指標(biāo)還要好。
據(jù)此，我對中國純電動汽車市場化路線圖大體預(yù)測是：2025年會出現(xiàn)性價比的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，然后迎來大發(fā)展，國內(nèi)領(lǐng)先公司，如BYD可能會提前達(dá)到。當(dāng)然，2025年，電池每千瓦時100美元，價格650塊錢甚至還會更低。但如果要保證500公里續(xù)駛里程，保證春夏秋冬甚至跑高速，需要80-100度電，大概還得5、6萬塊錢。還有性價比更高的，就是在城區(qū)開車純電動，其實(shí)在城區(qū)駕駛所有車型中純電動性能最好，高速長途單電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動，并聯(lián)驅(qū)動是高速公路綜合性能最好的一種驅(qū)動方式。可以把這兩個結(jié)合起來，比方說80公里的純電續(xù)航里程大概裝20度電，在城區(qū)20度電電池能夠放出的功率足夠驅(qū)動車跑到120公里/小時，而且是用單電機(jī)不是雙電機(jī)，簡化的傳動系統(tǒng)，成本相對低，還可以綜合節(jié)油80%以上。從長里程高性價比角度看，這是非常好的方案。目前這種系統(tǒng)跟常規(guī)雙電機(jī)深度混合動力還有1萬塊左右的成本差別，但是當(dāng)我們的電池從目前的1塊多錢降成6毛多錢的時候，這個成本差異就只有3000-5000塊，這個差價可以通過用電替代油，燃料費(fèi)省回來的。我把這種車叫純電型插電式混合動力。對這個名稱我要解釋一下。大家對增程式是不陌生的，因為人人都容易理解增程式是什么，一說到插電很多人就不知道是什么了。插電式就是可以外接充電的混合動力。有兩類，一類方式是在充滿電后，第一階段即電量下降的時候，不是純電動，是混合動力，這是混合型插電式混合動力。當(dāng)電量下降到比如30%，就進(jìn)入電量保持階段，進(jìn)入常規(guī)混合動力。另外一類插電混合動力是在前期電量下降階段，發(fā)動機(jī)不啟動，純電動運(yùn)行，只有電量下降到一定程度之后，才進(jìn)入常規(guī)混合動力。這就是純電型插電式混合動力。
第二，關(guān)于氫能燃料電池，這也是現(xiàn)在非常熱門的話題，我先聲明一下，我本人的團(tuán)隊既做純電動也做燃料電池，也做混合動力。如果說利益相關(guān)，三種都跟我相關(guān)，我說這個意思是，我想我應(yīng)該會相對中立。燃料電池技術(shù)，剛才說到轎車可能是純電動為主體，凡是純電動能干的事，我覺得不要用燃料電池，因為性加比很難競爭。燃料電池干什么？干純電動不適合干的事情，比如說商用車、長途卡車等等，比如在北方冬季運(yùn)行的大客車，還有物流車等等，這是可以的。所以我們說氫燃料電池更適合取代柴油機(jī)，鋰離子電池動力系統(tǒng)更適合取代汽油機(jī)。這是一種很通俗和粗略的說法。
下面我重點(diǎn)說說燃料電池商用車，中國正好是燃料電池商用車的領(lǐng)先國家，我們商用車現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行的大體估計有2000輛左右。我們的燃料電池混合動力還是比較成功的。面向2035，首先是氫燃料供應(yīng)問題。大家知道商用車和乘用車所要求的氫用量差別很大，一個乘用車大概每年150公斤氫足夠，但是一個商用車就算是7.5噸物流車一年也要2噸氫，12米的大客車一年4噸左右氫，49噸的大卡車一年需要10噸氫。目前的氫產(chǎn)量完全滿足2035供氫需求。我國目前副產(chǎn)氫和棄光、棄風(fēng)、棄水的電至少做到500萬噸，有人說是800萬噸甚至1000萬噸。
燃料電池發(fā)動機(jī)技術(shù)面向2035可以滿足規(guī)模應(yīng)用需求。再過5年，將會趨于成熟，大家到外面展臺看一下，展出了各種燃料電池產(chǎn)品和技術(shù)，最近這幾年中國燃料電池進(jìn)展非?？?，膜電極、電堆、發(fā)動機(jī)全產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)打通，全球資源向中國匯集。
問題在哪里呢？氫燃料電池商用車產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸不在兩頭，在中間，就是車下運(yùn)氫、車載儲氫和氫能加注。首先大家知道商用車對燃料成本非常敏感，比乘用車敏感。第二，耗氫量大，意味著車載氫瓶多，所以車載氫瓶在動力系統(tǒng)中體積最大，安全最敏感，成本即將變?yōu)樽罡?，這是大家沒想到的。第三，加氫占用加氫站時間長，占地面積大，一個商用車本來體積就大，還有安全距離，使單站服務(wù)車數(shù)量減少為乘用車的1/3以下。大家知道我國一個加油站對應(yīng)1650臺乘用車，但是商用車只能對應(yīng)300多輛車，這二者是差別很大的。
首先談?wù)勱P(guān)于面向2035商用車為主百萬量級推廣的氫輸運(yùn)瓶頸?，F(xiàn)在20兆帕長管拖車運(yùn)氫，一個30噸的大卡車裝300-350kg氫，這從經(jīng)濟(jì)角度是不能支撐氫能大規(guī)模發(fā)展的，急需轉(zhuǎn)型為300個大氣壓，逐步上升為500個大氣壓，減少運(yùn)輸成本。還有大規(guī)模管道運(yùn)氫。液態(tài)儲氫是有優(yōu)勢，但是關(guān)鍵部件進(jìn)口，建設(shè)周期較長，總體儲運(yùn)能力不夠，現(xiàn)在全球氫液化工廠的總能力15-20萬噸，面向2035可能需要200、300萬噸，只占我們的十幾分之一。
第二個是車載儲氫瓶，35MPa可以支撐城市公交250公里左右續(xù)駛里程，中級物流車300公里，70MPa城際客車400公里，重型物流車500公里。想裝得更多就是車載液氫和深冷氣氫，但是這個技術(shù)還要5年探索之后才能決定是不是具有大規(guī)模應(yīng)用的可行性。
第三個是加氫站瓶頸，全球360座加氫站，絕大多數(shù)都是小型站，最高每天1.25噸，中國16座，每天總加氫能力8噸，每個站500公斤，最高的是張家口加氫站。我的團(tuán)隊建了中國第一個加氫站，就是北京永豐加氫站?，F(xiàn)在張家口加氫站是全球加注能力最大的加氫站，每天1.5噸，服務(wù)50輛客車，因為每天都要加。按照2030供氫200-400萬噸，每天平均5000-10000噸，我取中間數(shù)是8000噸，是我說的現(xiàn)有8噸的1000倍。基于我國的經(jīng)驗，綜合考慮各種因素，單站服務(wù)車輛數(shù)量如果全是中重型商用車上限就是100-200輛。怎么辦？辦法就是進(jìn)一步提高動力系統(tǒng)效率，降低車的氫耗。第二，適當(dāng)改變車型結(jié)構(gòu)，也就是說不能全是商用車，大型SUV是可以的?，F(xiàn)在都是規(guī)劃發(fā)展多少車，要求建多少加氫站。我們也可以反過來根據(jù)加氫能力來決定我們的車的規(guī)模。因此我對2016年路線圖做了一個小小的修改，2020年5000輛保持不變，我說的車是真正運(yùn)行的車數(shù)量。2025年前基于20PMa運(yùn)氫，35MPa車載儲氫，各地因地制宜，輻射半徑150公里，車輛規(guī)模達(dá)到5-10萬輛?，F(xiàn)在關(guān)鍵問題是從5-10萬輛上升到100萬輛，這要突破我剛才說的三個瓶頸，然后把各城市連接起來形成全國一條鏈。因為這個數(shù)字有不確定性，原先是2030年100萬輛，現(xiàn)在放寬變成2030-2035年實(shí)現(xiàn)。
最后簡單說一下，新能源汽車與智能化和能源低碳化。有幾個數(shù)據(jù)，中國已經(jīng)成為能源第一消費(fèi)大國，人均消費(fèi)3個省超過美國，7個省超過歐盟平均水平?！栋屠鑵f(xié)定》目標(biāo)2050年溫升不超過1.5度。為此中國相關(guān)規(guī)劃是煤炭2020年達(dá)峰，2025年石油達(dá)峰（7.2億噸），2030年碳達(dá)峰。我們要靠電動汽車和可再生能源結(jié)合來解決問題，尤其是推廣普及電動汽車與分布式可再生能源結(jié)合，構(gòu)成未來能源交通一體化系統(tǒng)。以電動汽車大規(guī)模應(yīng)用的能源消費(fèi)革命推動以太陽能電池為代表的能源生產(chǎn)革命。
除了動力電動化、還有整車智能化和能源低碳化，一共三大革命協(xié)同互動?，F(xiàn)在說的汽車“四化”中網(wǎng)聯(lián)化和共享化，主要說的是信息革命，沒有說能源革命。其實(shí)能源也有網(wǎng)聯(lián)化和共享化，我們電動車可以構(gòu)成移動能源互聯(lián)網(wǎng)，這是需要強(qiáng)調(diào)的。
最后總結(jié)一下，展望2035，新能源汽車將從目前的電動汽車初級階段經(jīng)歷新能源和智能化雙向并行發(fā)展，進(jìn)入新能源智能化電動汽車新時代。
