歐陽(yáng)明高審定發(fā)言稿:迎接新能源智能化電動(dòng)汽車(chē)新時(shí)代
- 分類(lèi):行業(yè)資訊
- 作者:
- 來(lái)源:汽車(chē)總站
- 發(fā)布時(shí)間:2019-10-16
- 訪(fǎng)問(wèn)量:14
【概要描述】2019世界新能源汽車(chē)大會(huì )于7月1至3日在海南博鰲召開(kāi),本次大會(huì )以“新時(shí)代 新變革 新產(chǎn)業(yè)”為主題,聚焦汽車(chē)與能源、交通、信息、通訊等領(lǐng)域聯(lián)動(dòng)智慧城市應用場(chǎng)景的深度融合,將對未來(lái)我國乃至全球新能源汽車(chē)發(fā)展起到引領(lǐng)作用。7月2日舉行的全體大會(huì )上,中國科學(xué)院院士,清華大學(xué)歐陽(yáng)明高教授做了主題演講,以下為演講實(shí)錄。
歐陽(yáng)明高審定發(fā)言稿:迎接新能源智能化電動(dòng)汽車(chē)新時(shí)代
【概要描述】2019世界新能源汽車(chē)大會(huì )于7月1至3日在海南博鰲召開(kāi),本次大會(huì )以“新時(shí)代 新變革 新產(chǎn)業(yè)”為主題,聚焦汽車(chē)與能源、交通、信息、通訊等領(lǐng)域聯(lián)動(dòng)智慧城市應用場(chǎng)景的深度融合,將對未來(lái)我國乃至全球新能源汽車(chē)發(fā)展起到引領(lǐng)作用。7月2日舉行的全體大會(huì )上,中國科學(xué)院院士,清華大學(xué)歐陽(yáng)明高教授做了主題演講,以下為演講實(shí)錄。
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2019世界新能源汽車(chē)大會(huì )于7月1至3日在海南博鰲召開(kāi),本次大會(huì )以“新時(shí)代 新變革 新產(chǎn)業(yè)”為主題,聚焦汽車(chē)與能源、交通、信息、通訊等領(lǐng)域聯(lián)動(dòng)智慧城市應用場(chǎng)景的深度融合,將對未來(lái)我國乃至全球新能源汽車(chē)發(fā)展起到引領(lǐng)作用。7月2日舉行的全體大會(huì )上,中國科學(xué)院院士,清華大學(xué)歐陽(yáng)明高教授做了主題演講,以下為演講實(shí)錄。
尊敬的陳清泰理事長(cháng),各位嘉賓,大家下午好。
我想和大家分享的內容是:面向2035的中國新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)展望。分三點(diǎn)介紹:
第一,純電與純電驅動(dòng)技術(shù)。我要表達的觀(guān)點(diǎn)是新能源汽車(chē)發(fā)展十年來(lái),恰逢鋰離子電池能量密度從100Wh/kg提升到300Wh/kg,價(jià)格從5元/瓦時(shí)降低到現在最低0.8元/瓦時(shí),實(shí)現了蓄電池領(lǐng)域百年來(lái)革命性突破。從轎車(chē)角度來(lái)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(wú)法和鋰離子電池競爭。我個(gè)人認為,鋰離子電池有望成為車(chē)用電池主流技術(shù)。當然隨著(zhù)比能量的提高出現了一個(gè)問(wèn)題就是安全性,一個(gè)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(shuō)是當前新能源汽車(chē)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,有機械原因、電的原因、熱的原因等等,單體電池上出現的熱失控還不是致命的,關(guān)鍵是會(huì )引發(fā)整個(gè)電池系統熱失控蔓延,從而發(fā)生事故。
我的團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(guò)近十年研究,發(fā)現了高比能量動(dòng)力電池三種主要熱失控機理,第一種是負極析活性鋰;第二種是隔膜破壞導致內短路引發(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(zhù)比能量提升在下降。針對第一種機理和第二種機理防控主要是預防誘因,就是針對充電析鋰的電池快充控制和針對電池內短路的電池管理問(wèn)題。內短路要通過(guò)電池管理手段提前預防,電池管理還有很多技術(shù)都會(huì )對熱失控電誘因進(jìn)行預防,電池管理系統要升級為新一代以安全為核心的電池管理?;诘谌齻€(gè)機理,也就是高鎳三元正極材料出現之后釋氧溫度下降的問(wèn)題,核心要從單體電池設計尤其熱設計著(zhù)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(gè)措施還不能預防,就要上升到系統級的防控,即防熱失控蔓延抑制,就是針對熱蔓延的綜合熱管理,通過(guò)散熱、隔熱相結合的手段來(lái)解決??傊?,鋰離子動(dòng)力電池熱失控的主動(dòng)防控是可以解決電池安全問(wèn)題的。應當強調的是電池熱失控既是影響電動(dòng)汽車(chē)可持續發(fā)展的生命線(xiàn),也是市場(chǎng)競爭和品牌塑造的主旋律。新一代電動(dòng)汽車(chē)不是靠動(dòng)力性取勝,要靠安全性。誰(shuí)安全可靠,讓用戶(hù)放心,誰(shuí)將來(lái)才能贏(yíng)得客戶(hù)。
基于前面的介紹,我本人對鋰離子動(dòng)力電池在車(chē)用和儲能兩大領(lǐng)域的前景充滿(mǎn)信心,我認為會(huì )超出預期。我認為中國可能會(huì )提前幾年達到今天發(fā)布的博鰲共識中的目標,即2035年全球新能源汽車(chē)達到年度新車(chē)銷(xiāo)量的一半。根據《節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)》預測,我國2030年新能源汽車(chē)市場(chǎng)占有率目標就是45-50%,中國走在全球的全列。同時(shí)國際大公司大眾、寶馬、豐田的電動(dòng)車(chē)大規模推出時(shí)間普遍提前了2-3年。交通工具的全面電動(dòng)化也正在興起,比如說(shuō)船,最近我看到一些領(lǐng)先公司已經(jīng)開(kāi)始做電動(dòng)船,一個(gè)船裝1000-2000度電。同時(shí)還有儲能市場(chǎng)大規模爆發(fā),因為可再生能源價(jià)格已經(jīng)跟煤電相當了,中國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)達,僅光伏一年有1億kW裝機?;谶@樣的基本趨勢,我個(gè)人判斷動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規??赡軙?huì )比幾年前國外權威咨詢(xún)公司的預測圖要樂(lè )觀(guān)。這張圖的預測值大概是在2027年左右,全球動(dòng)力電池產(chǎn)量達到1萬(wàn)億Wh。中國電池總需求量原有的估計是在2030年左右達到1萬(wàn)億Wh。樂(lè )觀(guān)估計會(huì )提前2-3年,我們要為此做好充分的準備。
另外一個(gè)革命性變化是高功率密度極小體積電機驅動(dòng)系統給整車(chē)設計帶來(lái)革命性機遇。日本三菱最近公布了電機功率密度達到23kW/L,德國國家項目的目標是電機與控制模塊總體加起來(lái)功率密度達到100kW/L。另外慢充以前使用的是車(chē)載交流充電機,現在正在轉型為直流慢充,非車(chē)載的。我們前艙全部空出來(lái)了,我們和國外專(zhuān)家交流,他們正在研究這些對整車(chē)設計帶來(lái)的重大機遇。關(guān)于充電,慢充為主,結合儲能的快充補電將解決充電瓶頸問(wèn)題。我個(gè)人始終認為慢充解決80%的充電需求,20%是快速補電,不是快充充滿(mǎn)??焖俪錆M(mǎn)是有安全風(fēng)險的,快充補電可以速度很快,15分鐘充50%。寧德時(shí)代比這個(gè)指標還要好。
據此,我對中國純電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化路線(xiàn)圖大體預測是:2025年會(huì )出現性?xún)r(jià)比的轉折點(diǎn),然后迎來(lái)大發(fā)展,國內領(lǐng)先公司,如BYD可能會(huì )提前達到。當然,2025年,電池每千瓦時(shí)100美元,價(jià)格650塊錢(qián)甚至還會(huì )更低。但如果要保證500公里續駛里程,保證春夏秋冬甚至跑高速,需要80-100度電,大概還得5、6萬(wàn)塊錢(qián)。還有性?xún)r(jià)比更高的,就是在城區開(kāi)車(chē)純電動(dòng),其實(shí)在城區駕駛所有車(chē)型中純電動(dòng)性能最好,高速長(cháng)途單電機并聯(lián)驅動(dòng),并聯(lián)驅動(dòng)是高速公路綜合性能最好的一種驅動(dòng)方式,可以把這兩個(gè)結合起來(lái),比方說(shuō)80公里的純電續航里程大概裝20度電,在城區20度電電池能夠放出的功率足夠驅動(dòng)車(chē)跑到120公里/小時(shí),而且是用單電機不是雙電機,簡(jiǎn)化的傳動(dòng)系統,成本相對低,還可以綜合節油80%以上。從長(cháng)里程高性?xún)r(jià)比角度看,這是非常好的方案。目前這種系統跟常規雙電機深度混合動(dòng)力還有1萬(wàn)塊左右的成本差別,但是當我們的電池從目前的1塊多錢(qián)降成6毛多錢(qián)的時(shí)候,這個(gè)成本差異就只有3000-5000塊,這個(gè)差價(jià)可以通過(guò)用電替代油,燃料費省回來(lái)的。我把這種車(chē)叫純電型插電式混合動(dòng)力。對這個(gè)名稱(chēng)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(shuō)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(dòng)力。有兩類(lèi),一類(lèi)方式是在充滿(mǎn)電后,第一階段即電量下降的時(shí)候,不是純電動(dòng),是混合動(dòng)力,這是混合型插電式混合動(dòng)力。當電量下降到,比如30%,就進(jìn)入電量保持階段,進(jìn)入常規混合動(dòng)力。另外一類(lèi)插電混合動(dòng)力是在前期電量下降階段,發(fā)動(dòng)機不啟動(dòng),純電動(dòng)運行,只有電量下降到一定程度之后,才進(jìn)入常規混合動(dòng)力。這就是純電型插電式混合動(dòng)力。
第二,關(guān)于氫能燃料電池,這也是現在非常熱門(mén)的話(huà)題,我先聲明一下,我本人的團隊既做純電動(dòng)也做燃料電池,也做混合動(dòng)力。如果說(shuō)利益相關(guān),三種都跟我相關(guān),我說(shuō)這個(gè)意思是,我想我應該會(huì )相對中立。燃料電池技術(shù),剛才說(shuō)到轎車(chē)可能是純電動(dòng)為主體,凡是純電動(dòng)能干的事,我覺(jué)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(dòng)不適合干的事情,比如說(shuō)商用車(chē)、長(cháng)途卡車(chē)等等,比如在北方冬季運行的大客車(chē),還有物流車(chē)等等,這是可以的。所以我們說(shuō)氫燃料電池更適合取代柴油機,鋰離子電池動(dòng)力系統更適合取代汽油機。這是一種很通俗和粗略的說(shuō)法。
下面我重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)燃料電池商用車(chē),中國正好是燃料電池商用車(chē)的領(lǐng)先國家,我們商用車(chē)現在實(shí)際運行的大體估計有2000輛左右。我們的燃料電池混合動(dòng)力還是比較成功的。面向2035,首先是氫燃料供應問(wèn)題。大家知道商用車(chē)和乘用車(chē)所要求的氫用量差別很大,一個(gè)乘用車(chē)大概每年150公斤氫足夠,但是一個(gè)商用車(chē)就算是7.5噸物流車(chē)一年也要2噸氫,12米的大客車(chē)一年4噸左右氫,49噸的大卡車(chē)一年需要10噸氫。目前的氫產(chǎn)量完全滿(mǎn)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(wàn)噸,有人說(shuō)是800萬(wàn)噸甚至1000萬(wàn)噸。
燃料電池發(fā)動(dòng)機技術(shù)面向2035可以滿(mǎn)足規模應用需求。再過(guò)5年,將會(huì )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(dòng)機全產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)打通,全球資源向中國匯集。
問(wèn)題在哪里呢?氫燃料電池商用車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈瓶頸不在兩頭,在中間,就是車(chē)下運氫、車(chē)載儲氫和氫能加注。首先大家知道商用車(chē)對燃料成本非常敏感,比乘用車(chē)敏感。第二,耗氫量大,意味著(zhù)車(chē)載氫瓶多,所以車(chē)載氫瓶在動(dòng)力系統中體積最大,安全最敏感,成本即將變?yōu)樽罡?,這是大家沒(méi)想到的。第三,加氫占用加氫站時(shí)間長(cháng),占地面積大,一個(gè)商用車(chē)本來(lái)體積就大,還有安全距離,使單站服務(wù)車(chē)數量減少為乘用車(chē)的1/3以下。大家知道我國一個(gè)加油站對應1650臺乘用車(chē),但是商用車(chē)只能對應300多輛車(chē),這二者是差別很大的。
首先談?wù)勱P(guān)于面向2035商用車(chē)為主百萬(wàn)量級推廣的氫輸運瓶頸。 現在20兆帕長(cháng)管拖車(chē)運氫,一個(gè)30噸的大卡車(chē)裝300-350kg氫,這從經(jīng)濟角度是不能支撐氫能大規模發(fā)展的,急需轉型為300個(gè)大氣壓,逐步上升為500個(gè)大氣壓,減少運輸成本。還有大規模管道運氫。液態(tài)儲氫是有優(yōu)勢,但是關(guān)鍵部件進(jìn)口,建設周期較長(cháng),總體儲運能力不夠,現在全球氫液化工廠(chǎng)的總能力15-20萬(wàn)噸,面向2035可能需要200、300萬(wàn)噸,只占我們的十幾分之一。
第二個(gè)是車(chē)載儲氫瓶,35MPa可以支撐城市公交250公里左右續駛里程,中級物流車(chē)300公里,70MPa城際客車(chē)400公里,重型物流車(chē)500公里。想裝得更多就是車(chē)載液氫和深冷氣氫,但是這個(gè)技術(shù)還要5年探索之后才能決定是不是具有大規模應用的可行性。
第三個(gè)是加氫站瓶頸,全球360座加氫站,絕大多數都是小型站,最高每天1.25噸,中國16座,每天總加氫能力8噸,每個(gè)站500公斤,最高的是張家口加氫站。我的團隊建了中國第一個(gè)加氫站,就是北京永豐加氫站?,F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(chē),因為每天都要加。按照2030供氫200-400萬(wàn)噸,每天平均5000-10000噸,我取中間數是8000噸,是我說(shuō)的現有8噸的1000倍?;谖覈慕?jīng)驗,綜合考慮各種因素,單站服務(wù)車(chē)輛數量如果全是中重型商用車(chē)上限就是100-200輛。怎么辦?辦法就是進(jìn)一步提高動(dòng)力系統效率,降低車(chē)的氫耗。第二,適當改變車(chē)型結構,也就是說(shuō)不能全是商用車(chē),大型SUV是可以的?,F在都是規劃發(fā)展多少車(chē),要求建多少加氫站。我們也可以反過(guò)來(lái)根據加氫能力來(lái)決定我們的車(chē)的規模。因此我對2016年路線(xiàn)圖做了一個(gè)小小的修改,2020年5000輛保持不變,我說(shuō)的車(chē)是真正運行的車(chē)數量。 2025年前基于20PMa運氫,35MPa車(chē)載儲氫,各地因地制宜,輻射半徑150公里,車(chē)輛規模達到5-10萬(wàn)輛?,F在關(guān)鍵問(wèn)題是從5-10萬(wàn)輛上升到100萬(wàn)輛,這要突破我剛才說(shuō)的三個(gè)瓶頸,然后把各城市連接起來(lái)形成全國一條鏈。因為這個(gè)數字有不確定性,原先是2030年100萬(wàn)輛,現在放寬變成2030-2035年實(shí)現。
最后簡(jiǎn)單說(shuō)一下,新能源汽車(chē)與智能化和能源低碳化。有幾個(gè)數據,中國已經(jīng)成為能源第一消費大國,人均消費3個(gè)省超過(guò)美國,7個(gè)省超過(guò)歐盟平均水平?!栋屠鑵f(xié)定》目標2050年溫升不超過(guò)1.5度。為此中國相關(guān)規劃是煤炭2020年達峰,2025年石油達峰(7.2億噸),2030年碳達峰。我們要靠電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源結合來(lái)解決問(wèn)題,尤其是推廣普及電動(dòng)汽車(chē)與分布式可再生能源結合,構成未來(lái)能源交通一體化系統。以電動(dòng)汽車(chē)大規模應用的能源消費革命推動(dòng)以太陽(yáng)能電池為代表的能源生產(chǎn)革命。
除了動(dòng)力電動(dòng)化、還有整車(chē)智能化和能源低碳化,一共三大革命協(xié)同互動(dòng)?,F在說(shuō)的汽車(chē)“四化”中網(wǎng)聯(lián)化和共享化,主要說(shuō)的是信息革命,沒(méi)有說(shuō)能源革命。其實(shí)能源也有網(wǎng)聯(lián)化和共享化,我們電動(dòng)車(chē)可以構成移動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng),這是需要強調的。
最后總結一下,展望2035,新能源汽車(chē)將從目前的電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)新時(shí)代。謝謝各位。
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