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听欧阳明高院士谈今年新能源汽车表现及三大技术热点

【EV视界报道】2020年是极其不平凡的一年,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高26日在2021年电动汽车百人会论坛媒体沟通会上,就疫情冲击下今年新能源汽车的表现,动力电池安全、氢能燃料电池、充电与换电三个年度技术热点问题,以及在绿色复苏时代背景下,未来新能源汽车的发展趋势,和EV视界等媒体详细表达了他个人的看法和判断。

今年市场比预想好得多

从今年的行业现状来看,欧阳明高院士表示,今年初期疫情冲击非常大,对整个新能源汽车的预期产生了一些影响,因为在这个时期,政府部门正在制定新能源汽车产业发展规划,他本人也参与了规划的制定。由于疫情影响,规划草案新能源汽车产业化目标是2025年市场占有率达到25%,最终的规划是变成了20%,“但是现在看市场比我们想象的要好很多,今年到现在为止,估计新能源汽车的产销量和去年相比不会有太大的变化,尤其是今年的车主要是私人购买,产品结构发生了很大的变化。新产品层出不穷,而且是各种档次的产品都有,从高端品牌到经济型全方位覆盖。

新能源汽车最开始产业化时,曾经提出“两头挤”的产业化推进战略,即从大客车和微型车两头推动逐步挤入中间的轿车市场,欧阳明高认为,现在进入了新阶段,呈现出新的“两头挤”格局,也就是从高端和经济型电动车这两头正在挤向中间性价比车型市场,“过去的发展历程证明我们以前的判断是正确的,现在的格局也是我们所期待的。”

谈到今年特斯拉在在中国市场大杀四方的表现,欧阳明高认为,国家采用的非常开放态度和政策是正确的。特斯拉使很多犹豫的消费者打消了疑虑,对电动汽车产生了好的认知,特斯拉对新能源汽车做了一个很好的宣传。“现在几个新造车势力的高端车型销量合起来已经超过特斯拉。经济型电动车五菱宏光MINI EV的销量也超过了特斯拉。中高端、家用车型比亚迪汉EV已经供不应求。全球汽车企业市值前十名已经有几家中国新能源汽车企业,这是前所未有的大突破。”

动力电池要解决本征安全、主动安全、被动安全

今年以来,电池安全仍然是关注焦点,欧阳明高提出,目前应对安全问题的主要方式是从本征安全、主动安全、被动安全三个方面来解决。

所谓本征安全,也叫本质安全,就是说电池安全是设计出来、制造出来的,所以必须从设计、制造的角度,从根上提高安全水平。

以前设计电池,对电池发生热失控的机理并不是很熟悉,尤其是当材料体系发生变化的时候。比如以前对磷酸铁锂电池、三元电池配比在333、523时候是清楚的,但是到了发展了622、811的时候,很多机理都发生了变化,对新的机理需要进行科学研究和解释。

欧阳明高表示,“现在对高镍三元电池热失控机理,从科学层面上基本上搞清楚了。这几年,我国这方面的工作在全球是走在前面的,因为我们这里车最多,出现问题最早,当然应该最早把它探索出来。所以现在我们需要利用这些科学的原理把它实施到设计中,尤其是落实到制造过程中。现在很多电池生产线都是新的,新厂就会包括工艺参数的优化,包括整个工序过程中间的质量监控、品质控制等,比如不能混入杂质这种事,看上去很简单,实际做到并不容易。因为我们走在前人没有走过的路上,这个过程是真正创新驱动发展的过程,是需要探索的。”

电池比能量越高,对安全设计的要求越高,技术门槛也高。欧阳明高指出,“现在我国比能量每公斤250瓦时以下的电池基本没有问题,重点攻关的是300瓦时/公斤的高镍三元电池。因为当初攻关目标300瓦时,今年大家都做出来了,都是能达标的。但在实验室做出来能达标,并不等于大批量生产的质量控制完全能达标,还需要一个过程,预期这两年可以做到。”

第二个是主动安全,要靠控制,靠电池管理系统,靠软件,把使用边界控制好,不要出现不允许、超出边界的情况发生等等。

现在的问题是,电池卖给整车厂,就由整车厂管了。主动安全的控制、监控与管理是整车厂承担的,但是整车厂对电池的理解总体上还没有完全到位,整车厂原来不搞电池,初期大多数是由电池厂帮助做。整车厂承担了这个责任,要有一个过程适应。

今年重点抓主动安全,就是抓怎么监控、怎么提前发现问题,这很重要。比方如何利用大数据和云控电池管理系统把故障提前发现,这是目前行业里面正在发展的,“我的团队也大量和整车厂合作做这方面的事情。我想有个一两年整车厂的能力就完全上来了,现在走在前面的整车厂已经做的很好了。下一步我们还要发展智能电池,这首先要从主动安全突破。”

欧阳明高认为,第三方面还要解决被动安全的问题。一旦出了事,一旦有电池热失控之后,怎么让它不造成事故。“我们现在要做的是通过被动安全,主要是热管理让它不烧起来,这是我们的目标。”

但有些情况很难避免,比方说车底下的电池包和路上的井盖相撞,这种极端情况是没有办法的。但是更多的情况下,让热失控不烧起来是可以做到的。从技术角度可以做到,但是从工程角度、从大规模应用角度,目前还是偶尔会发生一些事故,但是长期来说应该越来越少。

三元和磷酸铁锂技术路线之争

磷酸铁锂以前不能用于轿车,主要是体积比能量偏低。同样的体积装不了足够的电池使它跑到400公里以上。比亚迪的刀片电池技术使体积比能量提升了约50%,续驶里程能达到600公里,取得了很大的突破。

因为磷酸铁锂本身比较安全,寿命也很长,成本还低,就是比能量差一点,现在这个问题解决了,销量当然会大幅回升。最近三个月磷酸铁锂电池装车量都是同比上升100%以上,说明磷酸铁锂在轿车的使用在大幅度提升,而且从资源角度不需要稀有金属,是一个很好的突破,值得在轿车中间推广,成本也比三元电池低约20%。

欧阳明高同时指出,虽然看到了产品新趋势,但并不是说三元电池就不好,因此要均衡发展,三元和磷酸铁锂都要,通过高技术可以让三元做到更安全。不管怎么说,还是需要在安全的基础上进一步提高比能量,还需要技术的不断进步。

在他看来,技术竞争、技术竞赛永远都会持续下去,比如固态电池的竞争,科技创新的潜力是巨大的,所以我们还要不断创新、不断突破。

国外有预测称,全球动力电池市场到2030年会从2018年的100亿GWh增加到2900亿GWh,大概增长近30倍。“我估计中国市场未来10年要增长10倍,到2035年增长20倍也是有可能的。所以,电池技术和产业未来都将大有可为。”

何时811能够比较稳妥地大规模应用?

欧阳明高表示,“811”电池是中国率先引入市场的,现在电池公司仍在批量供货,而且国外企业也在批量采用。但是增长的趋势可能会下降,引入的速度和节奏可能会放慢,但并不等于它会消失。

一个技术的创新总归不会一帆风顺,如果导入的速度快了,其它的没跟上,那往回退一点也很正常。而磷酸铁锂会大幅度回归,我想这是未来几年的趋势。但是在解决安全、寿命、成本的基础上,继续提高比能量,肯定还是一个创新和研发的总趋势。我们不可能停留在现有的状态,如果停留在现有状态,一但新东西出来,就会颠覆我们。在市场竞争的环境中,技术创新是永无止境的,是不可能停止的,随时都有可能颠覆。

就像当年锂离子电池出来,谁都不看好,一开始大家都觉得轿车应该是燃料电池,结果锂离子电池出来十年,这个局面已经发生了很大的变化。未来还会出现什么新的电池,大家不知道。所以还是要给创新以极大的空间和余地,容忍失败、容忍过程中间的反复,这就是创新驱动发展的一种常态,和投资驱动是不一样的。创新驱动是非线性的,投入很多可能不产出。但是有可能哪一天突然来一个飞跃,就颠覆了。在现在这个时代,创新和颠覆可能比以前的频率来得更高,彻底的程度可能也会更深。所以我们必须做好准备,时刻要保持一种求新求变的心态,把追求完美作为我们的目标。

氢能燃料电池明年起飞

今年氢能燃料电池大热的一年,因为近两年来中国燃料电池产业取得了巨大进步,和五年前相比,各种性能指标都出现了大幅的提高。比如,寿命和五年前相比提升了300%,“十三五”初期是3000小时,现在普遍到了12000小时。

欧阳明高认为,燃料电池技术在中国的产业链已经建立起来,例如亿华通的产业链已经比较完整,包括发动机、电堆、膜电极、风电制氢等。就连技术难度很高的空压机,以前买国外的几十万一个,现在国产一两万块钱就可以,而且跨国公司也在采购中国的燃料电池空压机。燃料电池膜以前几千块钱一平米,现在国产可以降到一千以内,这是很大的技术进步。

欧阳明高指出,现在氢能燃料电池行业不是一个“小行业”,好多企业你追我赶,整车产品,尤其是商用车产品不比国外差,做的比国外好。“所以我们对今年底实现八千到一万辆的推广指标还是有信心的。国家示范推广项目一旦开始,我估计明年会腾飞。”

但是行业还有一些问题亟待解决。欧阳明高表示,氢能产业链一直延伸到车上的氢瓶,从氢瓶往前算这个产业链。由于燃料电池产业链的建立,燃料电池示范和产业化前景看好,所以也拉动了氢能产业链,但是这个产业链的自主化程度和技术水平,和燃料电池比还是有差距的。比方说70兆帕IV型瓶现在还是一个问题,虽然35兆帕的氢瓶已经不错了,价格也降下来。

另外,加氢站目前有些关键设备还要进口。最近清华团队牵头在做冬奥会的氢能出行示范项目,一直在协调加氢站和氢安全的问题,因为氢安全和纯电动安全不一样,更多在氢能领域,不在车内,所以对于氢安全和氢能的制储、运、加这些环节,现在需要大型能源企业的进入。中石化刚刚宣布要在全国加油站建立加氢设施,就是同时加油、加氢、加气,这是很好的。

现在冬奥会北京、张家口要建30个加氢站,明年年底之前就要全部到位,规模很大。这次奥运会要推广示范两千多辆氢燃料电池车,几十个加氢站。相信今后几年氢燃料电池汽车从规模和量上会有一个很大的提升。

现在在张家口有250辆氢燃料电池公交车,运行非常好。北方地区冬天要取暖,氢燃料电池是很好的方式,用余热,纯电动要用很多电池也很多。在一些特殊场景燃料电池车有优势,但这不是说它要和纯电动竞争,轿车领域还是纯电动更有优势,但是在一些特殊领域,比方说在寒冷区域、大型商用车型、氢气便宜的地方,氢燃料电池就有优势。 

下一步是氢燃料电池长途重卡的发展,但是还是需要经过一个阶段。核心的问题还是如何实现经济性。按照现在的估计,燃料电池未来十年应该成本降低百分之七八十,现在的主要问题是氢能这边如何降成本。

欧阳明高强调,在技术研发方面,我国还需要加强,比如压缩机,国外有离子压缩机,国内就没有。现在国外的大企业纷纷介入,基本上全球和氢基础设施相关的企业都进入中国了,目前还要借助国际力量。

充电与换电,不是非此即彼

这也是今年非常热的一个话题。欧阳明高认为,现阶段充电、换电要融合发展,不是非此即彼。

从现阶段看,换电,对提高电动车销量有好处,因为用户买车就是担心电池贵、电池寿命不够长、电池不够安全、电池用完了不知道该怎么办。换电就是把这些麻烦事全部解决,当然对销量有好处。当然,有的观点认为,电池价格会逐渐下降,将来一辆普通电动轿车的电池成本低于两万块钱,不用换,这是另外一种说法,作为一个参考。

“我个人的看法,对于商用车,不管是大商用车还是共享车、出租车,原则上换电是一种不错的商业模式。对于私家车而言,从长期看,最好的方式还是充电,平时在家或者单位慢充(将来搞车网互动),高速公路长途时超快补电。”

欧阳明高给出的理由是,要看到V2G和大功率快充技术的发展后劲。“现在国网已经开始在北京试验V2G车网互动充电模式,私家车在家里充电时候,车网互动时候充电要花钱,但还可以卖电。现有的车网互动的志愿者已经做到充电和卖电平衡,好的还挣了钱。充电时候是电价低时充,卖电是电价高时卖。如果能够普及,谁还把电池给租赁公司让他赚钱呢?这个技术出来会是产生什么效应?”

“现在欧洲已经开展350千瓦大功率快充。我们正在和企业联合开发超快充电系统,对一个续航600公里的车,5分钟补两百公里的电,这个在技术上是可以做到的,这种不充满的快速补电不会影响安全和寿命。中国的快充新标准也出来了,叫“chaoji超级充电”,中电联刚刚公布,中日联合发布的标准,2025年基本可以提供这个服务。所以看问题要看技术的前瞻性。”

换电在哪里最有意义?欧阳明高认为是长途重型卡车。“我认为今年可能是卡电动化的元年,公交车基本上电动化,现在都饱和了,没有增量。下面的增量从哪里来?卡车。”因此,在他看来,换电对轿车是个备选项,卡车则是必选项。

卡车以前被认为很难电动化,现在用什么?换电。因为卡车用的电池太多,车价太贵,需要很多充电站,所以卡车必须用换电,跟轿车不一样。一旦换电,买车不买电池,和传统车价格差不多,到了换电站五分钟直接换电,和加油一样快,车上装的电池少,就能更多拉货。

而电池可以由电池银行持有,好处是电池银行足够大的时候,就会拿到很便宜的电价,电力交易就像股市一样,可高可低,可再生能源多了之后,负荷预测最准的能拿到最好的电价。同时电池银行是大的储能装置,可以为电网储能,还可以卖电。有了这么大规模电池,可以从电池厂拿到便宜的电池,两边都挣钱,这样可以把成本降下来。

从目前看,换电卡车可以和柴油卡车进行商业竞争。按照目前电池价格综合成本看,重卡购置大概一辆四五十万,但是全生命周期的油费大概两三百万,所以油费是最大的成本。而电动卡车最大的优势就是能源费低,相信今后五年换电卡车电动化会形成高潮,现在很多地方都开始推广,港口、矿山,这是按照场景来,逐步是长途卡车。

欧阳明高表示,“今年我倡导由中电联牵头成立‘中国电动卡车换电联盟’,推行互通互联互换,不可能一家把全部的换电站全垄断,这是不好的,必须有竞争,大家既然要竞争就要相互配合。你在这个地方换了,下个地方同样可以换,要标准化。这很重要,是我们建议政府高度重视的一件事。”

未来发展趋势:新能源汽车使用新能源

“从长远看,新能源汽车2035规划目标是到时新能源汽车就是市场主体产品,按照习主席提出的2030碳达峰,2060碳中和要求,这个目标必须达到,而且尽可能提前实现。”欧阳明高列举了一个相对乐观的国外判断说,他们认为2030年全球纯电动车会在三千万辆到三千五百万辆之间。我国如果按照2030年新能源汽车占比达到40-50%的话,汽车总产量达到3500万辆车是可能的,新能源汽车也超过了1500万辆。虽然具体数字和实际可能有所差别,但是符合趋势的。”

他强调,新能源汽车的重点是“新能源”。“原先我们只说了电动化,没有说能源,你可以是煤发的电,但是在碳排放、碳中和的大背景下,必须转型强调新能源。新能源汽车使用新能源。

而新能源,要储能才能平衡电网。但是现在找不到特别合适的大规模储能方式,在用煤电调节显然不合适。所以新能源也需要大规模储能方式,就要靠电动汽车。 

国网电动汽车公司算过,如果2040、2050年达到3亿辆电动轿车,车上电池储存的总电量是200亿度电。现在每天中国消费电量的总和就是200亿度。所以最终储能第一要靠纯电动车电池,第二靠燃料电池车的能源氢能。为什么要搞燃料电池,是因为氢能,为什么要搞氢能,是因为可再生能源需要用氢能大规模长周期储能,这是氢能燃料电池立足的基本点。

当前,中国的碳净排放100亿吨,等于2050年巴黎会议规定的全球的碳排放指标。2060年要实现碳中和,碳中和就是净排放为零。

首先靠能源体系的去碳化,能源体系的去碳化要靠新能源汽车储能,这就是下一步新能源汽车的目标。要用新能源汽车带动新能源革命,实现高质量发展。如果我们把新能源汽车规模化,再把新能源革命带动起来,传统的汽车、能源、化工行业都将发生天翻地覆的变化,真正实现汽车代替马车以来百年未有之大变局。

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