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欧阳明高院士:新能源汽车发展的新阶段、新挑战与新趋势

作者:中国储能网新闻中心 来源:电动汽车百人会 发布时间:2022-09-30 浏览:

中国储能网讯:9月23日,中国新能源汽车发展高层论坛(2022)在“中国车谷”武汉经开区成功举办。论坛特邀多位政府主管部门领导、两院院士、行业头部企业代表等发表精彩主题演讲,以下为中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高发言内容。

中国新能源汽车产业化发展的历程,从2011年算起,当年是6000辆,发展到今年预计600万辆,增长了1千倍,这是一个伟大的成就,中国首次在全球率先大规模导入高科技民用大宗消费品,引领全球汽车发展方向,连美国总统拜登也是承认的。我们经历了前期的导入,后面的成长,现在进入快速增长阶段。进入新阶段也会迎来一系列新挑战,比如电池的问题,还有充电的问题,还有电驱底盘的问题,以及电动重卡如何发展的问题,还有基础器件的问题。今天针对前面四个方面的问题,结合清华大学新能源动力系统研究团队的研究进展谈谈下一步的发展趋势,分两方面:电动乘用车的技术发展趋势和新能源重卡的技术研发趋势。

电动轿车的发展趋势

1、动力电池发展趋势

中国动力电池产业的高质量发展趋势将是低碳化——低能耗、低排放、低损耗;高端化——高品质、高安全、高技术;智能化——智能设计、智能制造、智能控制。

低碳化:材料合成电池生产,其能耗还是比较大的,也有排放,如何解决这个问题?关键要抓住动力电池材料回收,经过回收可以降低成本,也可以降低排放和能耗。这是解决问题的关键。现在有各种各样的回收方式,湿法回收、物理回收,物理回收潜力最大,也是目前技术创新最活跃的部分。通过物理回收可以使它的碳排放降低一半以上,结合绿电可以使整个过程实现近零碳排放。现在电池产业朝西部绿电比较多的地区产业转移正在进行之中。

高端化:我国电池创新要逐步从现在的结构创新发展到材料体系创新,这是一个必然趋势。全世界正在兴起新一轮电池材料体系创新突破的大竞争,进入百花齐放的新阶段。2025年之前现有的液态锂离子电池实现350Wh/kg的能量密度。2030年之前,逐步从液态向固态的过渡实现400Wh/kg。2035年之前实现500Wh/kg新体系电池的规模产业化,包括全固态锂金属电池、锂硫电池等等。虽然液态锂离子电池可能还将长期占据电池市场的主导地位,而且新体系电池的技术难度也非常大,但是我们必须突破。现在中国电池产量占全球电池的70%,很多国家都在进行技术颠覆性创新,从而改变市场格局,我们必须做好充分的准备,突破新一代电池技术。

智能化:欧盟提出动力电池2030计划就是瞄准新一代智能电池,我们也必须加大力度,面向2030,实现动力电池材料选择、电池设计、制造、使用、回收的全链条自动化,比如将人工智能和大数据引入材料筛选择、智能设计、智能制造、智能管理到最后的智能回收。清华大学新能源动力系统团队也开展了一系列的研发工作,成立了清华大学电池安全实验室,清华本部有100多人开展相关研究。研究重点是三个方面,一是在电池系统层面通过热安全系统的研究,开发安全电池;二是在电池单体层面,从材料学、化化学、热科学学科交叉的角度开展本征安全研究,最终研发全固态电池;三是在电池单体和系统的综合层面,开发电池智能设计软件、研究基于新型嵌入式分布传感器的智能电池前沿技术、开展电池制造缺陷的研究和产线大数据管理及工艺仿真与数字孪生、研发全生命周期电池智能管理与智能回收技术。

2、整车技术的创新趋势

电动车的底盘平台正在快速迭代,从初期的基于燃油车的改装,到进一步的优化,逐步出现电动车的专用平台,到现在的CTV、CTC底盘电池一体化以及滑板底盘。电池系统最新动态就是CTC从单体电池直接到底盘,国内也开展的一系列研发。驱动系统方面,小型化、集成化的趋势非常明显。现在正在规模推广的是电机驱动控制和车轴的一体化,下一步将会进一步发展到电驱动跟车轮的一体化,就是轮边或轮毂电机集成驱动系统。

近期清华大学在滑板底盘方面开展了研究工作,开发出轿车滑板底盘样机,包括800伏高压电压的快充CTC的电池集成,以及加热系统,还有多合一的碳化硅电机控制器、高密度轮毂电机电动轮,以及整车综合热管理系统。

3、充电系统的技术创新趋势

中国首次主导了国际认可的直流充电标准——CHAOJI。现在客户比较关注的快充问题,比如大功率快充350千瓦,还有双向充电等等,都在标准当中体现出来。2025年之前可以进入大规模的应用,现在各个厂家都在开发快充技术。

清华开发的全气候安全快充成套技术,包括无析锂的安全快充技术,5分钟充200公里,350千瓦快充。另外,低温脉冲加热技术,尤其在北部地区,冬天每分钟可以加热7摄氏度,另外夏天外部的强制冷却,保证电池系统温度低于45摄氏度。目前快充系统已经开始产业化,与壳牌合作进行推广应用。

慢充技术的趋势是有序充电、双向充电与车网互动。电动车的量越来越大,无序充电电网无法承受,首先要发展有序充电。为了进一步发挥电动车作为储能装置的作用,要发展双向充电,也就是V2G,既可以充也可以放。V2G有各种形式,比方说车作为储能装置与车、车与家,车与写字楼,与微网,与配电网,都可以进行电能互动,这种互动的效果就是使用电动车可以不花电费。

清华大学面向新一代双向充电车网互动开发了一系列新技术,比如面向城市居民小区的车网互动技术,成本很低,我们叫智能交流充电插座。另外,面向市郊的车跟家互动的光储充系统的软硬件和通信技术。还有面向园区的V2X智慧系统技术,包括带储能集群式充电等等。

新能源重卡技术发展趋势

重卡电动化是下一步重要的技术趋势。主要有两方面:第一换电重卡,这是目前正在蓬勃发展的产业化技术,换电重卡今年会发展到1万辆以上。另外,氢能重卡研发与产业化也正在加速。下面以我的团队的工作作为例子介绍这两方面的趋势。

换电重卡,重卡换电是进行电池租赁的,卖车不卖电池,车跟传统车成本接近,电池由电池运营商来进行运营。运营的电池租赁费用加电费跟柴油油费竞争,目前在大多数地区比柴油更具竞争力。我们培育的智锂物联公司开发了机械手式侧换换电模式。4分钟换一辆车,其中,车载换电电池包系统重量更轻,比现有的系统轻20%。另外就是电池包与底盘的锁紧力更强,达到1万牛米。此外,开发了重卡换电的数字化应用解决方案,进行电池资产的管理、换电运营和调度以及电池安全的监控和运维等等。

还有一个问题,换电重卡的标准化。为此我们发起成立了中国换电重卡联盟,来推动标准体系的建立。经过一年多的努力,相关的标准,包括团标、汽标、国标等等,都已经基本到位。在此基础上通过互换性的标准,正在推动龙头企业互换性的换电合作,开展侧换和顶换的互换性运营示范,比如智锂物联与启源芯动力、玖行、宁德时代等等。

在此基础上,快换站会跟快充站进一步整合,卡车快换与轿车快充进行耦合。350千瓦快充,不宜直接从电网取电,必须用储能电池,卡车换电的备用电池正好作为轿车快充的储能放电电池,再加上光伏给储能电池充电,这就是我们提出的互补性的快速综合能量补给系统。我们与壳牌合作在全球建立了首个综合示范平台,在北京冬奥会张家口赛区进行展示,非常成功。

氢能重卡,中国氢燃料电池商用车保有量已经达到近1万辆,处于全球领先水平,下一步的重点是氢燃料电池重卡,这也是正在开展的国家燃料电池汽车示范工程的重点。

清华亿华通团队氢能燃料电池团队经过20年的研发,从开始的动力系统研发,发展到燃料电池发动机研发,到电堆,到膜电极,现在膜电极完全自己研发,经历了20年剥洋葱,一层一层剥,所有都实现了产业化。整个发动机的研发、设计、生产已经与丰田为代表的国际一流水平完全对标。清华大学作为牵头单位,承担了科技部“氢能出行”科技冬奥示范项目,整个冬奥会投入1200台燃料电池汽车,建设了20多个加氢站,全部使用张家口风电制氢厂的绿氢。

我们孵化的科创板上市公司亿华通,现在已经实现氢能全链条布局,从源头的风电到风电制氢厂,到燃料电池汽车电力系统,到燃料电池发动机、燃料电池电堆、燃料电池膜电极等等,我们也有两家制氢设备厂家,也正在筹建包头—鄂尔多斯—张家口—北京的氢走廊。240千瓦的重卡发动机,已经由清华-亿华通团队开发出来,并装配福田重卡,在世界新能源汽车大会上也展出后获得强烈反响。

当然,氢燃料电池重卡下一步要在效率和成本上继续改进。目前初期进入市场的燃料电池重卡的氢耗还是偏高的。下一步通过优化可以把49吨重卡氢耗降到百公里10公斤,这样氢燃料电池重卡才有竞争优势。此外要不断降低成本,预计系统成本2025年降到每千瓦1000元,2030年进一步降到每千瓦200至500元之间,主要通过规模化和国产化来降低成本。

最后做一下小结,预计现在的新能源汽车快速发展势头会继续保持,中国汽车总销量中,燃油车已经达到顶峰,下面持续快速下降,而新能源汽车销量会持续快速地增长,2030年之前市场渗透率肯定会超过50%,

新能源汽车的保有量预计也会快速成长,在2025年估计会接近5000万辆,2030年到1.2亿辆,2035年超过2亿辆,2040年接近3亿辆,这是我们团队根据数据做的预测。总之,我们对新能源汽车的前景充满信心,希望大家共同努力,通过创新研发,保持新能源汽车的可持续快速增长。

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关键字:新能源汽车

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