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欧阳明高:中国新能源汽车技术路线展望

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电动汽车将伴随能源革命同步发展。在2025年之前,锂离子电池和燃料电池都会全方位成熟,电动化拐点来临;同时,新能源发电价格拐点也将到来。”中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在1月11日~1月13日,以“汽车革命与交通、能源、城市协同发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛(2019)上如是说。
锂离子电池具有成为动力电池主流技术的潜质和前景,但瓶颈是高比能量动力电池的安全性。从改善电池本身安全性出发,要发展新型的固态电解质电池。中国电池产业虽然暂时取得优势,但国际竞争压力巨大,需要全力追赶固态电池前沿技术。在2025年左右,纯电动汽车性价比会实现大的突破。欧阳明高院士从技术角度就纯电动力、混合动力、燃料电池以及电动化和新能源融合四个方面做一下展望。
锂离子电池是电动汽车最优动力方案
欧阳明高介绍说:“车用角度看,最重要的是体积能量密度而不是重量能量密度,锂离子电池在这个方面是最具优势的,锂离子电池具有成为动力电池主流技术的潜质和前景,但瓶颈是高比能量动力电池的安全性。”
其次,从改善电池本身安全性出发,要发展新型的固态电解质电池。中国电池产业虽然暂时取得优势,但国际竞争压力巨大,需要全力追赶固态电池前沿技术。当前国内也有一些固态电池,但还不是全固态电池,全固态电池大规模商业化估计在2025-2030年以后,才会真正实现。
总体看,电池正极发展方向是减钴到无钴,负极将是加硅,硅的含量将逐步提升,甚至是全硅。电解质要减少有机溶剂,逐步提高锂盐的浓度,但是未来可能要开发全固态电解质。
未来高效电驱动系统的技术变革将会在未来5年发生,即电机驱动系统高速化、高效化、小型化,现在转速能够达到1.8万转/min,未来可能会到2万转/min;电机的体积、重量逐步减少,由于电机材料成本下降,电机成本也会下降。
其次,以碳化硅为代表的新一代高频、高效电力电子将普遍使用,这也将会支撑高速电机的发展,使电机向小型、高效、低成本方向发展。据了解,美国能源部最近提出,面向2025年极具挑战性的目标:电机达到50千瓦/L,电机控制器100千瓦/L。这将对电动车产生革命性的影响。
目前,新一代热泵空调技术已经取得重大突破,并开始产业化推广,现在已经有企业装车,这会降低对气温的敏感性,使冬季低温环境下续驶里程的损失比现在降低2/3,从30%降到10%。
电耗是整车集成技术水平最重要的指标,整车能效优化集成技术的突破,应该说电动车的节能比燃油车更重要,采用法规来管理。
欧阳明高说,跨过拐点之后,“新能源电动汽车就是真正的新能源汽车,”因为电动汽车用的电,大部分是新能源发电产生的。
电动化和新能源融合发展
“按照能源局的规划,到2030年我国化石能源发电比例将降低至50%,而恰巧新能源汽车的比例在那时也将达到40%-50%。”欧阳明高表示。这意味着电动汽车发展将与中国能源结构转型紧密交织、相辅相成。
欧阳明高认为,光伏发电将成为替代传统化石能源发电的主要方式。未来分布式光伏将与电动汽车储能相结合,新能源汽车消耗的电力也将从火力发电转变为光伏发电,能源系统将参与构建交通系统。电动汽车需要新能源,新能源也需要电动汽车,引起能源结构上的深刻变革。我们必须为电动车规模化之后的能源革命做好准备。
欧阳明高表示,根据中国汽车工程学会的预测,2030年我国新能源汽车保有量将达到0.8-1亿辆的规模。乐观估计,到2025年全国新能源汽车保有量将达到5-8千万的规模。电动汽车庞大的保有量,将促使中国能源结构出现变革。
“四位一体”的新能源系统,如果按照能源局的规划,欧阳明高预估,电动汽车电池每天消耗电量将达到50亿度,加上储能电池用电量,预计2030年两者的日耗电量将达到100亿度以上。预计2030年国内日耗电量140亿度,其中存储在动力电池中的光伏电可以对电网进行反哺,这将是一场深刻的革命,也将带来几万亿到十几万亿的产业。
“从能源供应的角度出发,家家都应该配备电动汽车。晚上在家里充电,白天卖电,赚取差价。车辆总量不会降低,汽车产业GDP不会降低,所以这将是我们未来的出路。”欧阳明高畅想道。
重视插电混动技术攻克发动机难题
欧阳明高认为根据国内车企的实际水平应该发展插电式混合动力(PHEV)根据中国乘用车的出行特征,续航超高50公里的纯电PHEV(区别于纯电20公里续航的普锐斯)短途用电、长途用油的技术路线,节油率可以达到80%以上同时在PHEV混动架构中,欧阳明高判断,中国可能主要是并联和串联两种,混联不会成为主流。
欧阳明高认为,混合动力模式下,并联纯电型相较于串联纯电型(增程式),具有成本和动力优势。国内企业探索低成本的纯电并联式插电混合动力,是具有中国优势的技术路线,可以抗衡国外深度混合动力。并联单电机代替双电机,综合油耗较常规混合动力更大,但在成本上可以跟常规混合动力竞争。
欧阳明高认为,混合动力的核心技术—发动机技术。目前国内用于混合动力发动机效率为35%-37%,国际水平38%-41%,距离内燃机的极限效率:柴油机大概55%,汽油机45-50%,还有很大空间,企业还需要大力创新。主流的增程发动机技术路线仍然是小排量四冲程的汽油机。
燃料电池5-10年将与锂电池地位相当
燃料电池才是终极汽车节能方案?欧阳明高强调燃料电池将得到大发展,两种路线将并驾齐驱。
欧阳明高引用奔驰公司研究数据表示,当一次能源为天然气的时候,燃料电池效益高于纯电动;而当一次能源为可再生能源的时候,燃料电池效益明显低于纯电动。同时,他还引用现代和丰田数据表达了自己的看法,氢燃料电池系统更适合替代柴油机,锂离子电池系统更适合替代汽油机。氢燃料电池适合用于长途商用车,锂离子电池适用于乘用车。
欧阳明高表示,中国燃料电池路线是燃料电池+动力电池的混合型动力系统。目前在质子交换膜、空压机和氢能技术上存在很多不足。中国氢燃料电池汽车相比于纯电动汽车,产业化进程大约晚十年左右。虽然中国燃料电池产业链目前还很薄弱,但产业化态势全球最佳,已经吸引了全球相关资源的深度参与,预计今后五到十年,有可能达到与目前中国锂离子电池的国际地位相当的水平。

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