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欧阳明高:燃料电池想脱颖而出,2035年必须达百万辆

作者:中国储能网新闻中心 来源:燃料电池干货 发布时间:2020-01-13 浏览:
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1月10-12日,2020中国电动汽车百人会论坛在北京钓鱼台国宾馆召开。在11日下午进行的推动变革引领创新论坛上,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表了“新能源汽车技术热点问题与趋势预测”的主旨演讲(文末附PPT)。

中国科学院院士 欧阳明高

以下为欧阳明高院士演讲现场实录:

前面万主席已经对全国的新能源汽车科技创新已经做了高屋建瓴的概括和总结,我就不重复了。我想就2019年的几个方面热点问题和个人一些对趋势的判断,讲一讲我个人观点,供大家参考。还是三点:纯电动、插电混合和氢能燃料电池。

纯电动,应该说过去一年,有很多焦虑,但其中很多都是伪问题。我曾经在10月31号央视《中国经济大讲堂》专门对这些问题作了一一的回复。但其中一个问题,我觉得应该引起重视的是安全成为市场关注的首要问题。已经变了,以前是里程焦虑,现在变成安全。但是实际上技术已经有解决方案,因为我本身就是做电池安全的。我们在清华有电池安全实验室,我们今年也召开了国际电池安全会议,技术上这是有方案的,今天时间关系,我也不在这儿做广告了,讲我们自己的研究成果了。

安全这一块儿,去年有一个新的变化就是安全理念的升级。我们以前,由于补贴一直是跟单体电池比能量挂钩的,所以一直在做单体,能量越来越高。三元电池单体能量越来越高的同时,按照现有技术体系,材料的热稳定性是会变差的。所以为了安全,就要想很多办法。单体电池的比能量并不是汽车所需要的,汽车需要的是最后放在车上的真正的系统里面。其实,这中间系统比能量对单体比能量之比,大概还有一半。比方说从体积的角度来讲,还有一半都不是单体占的,都是非单体占的。所以这个地方的潜力非常大。

今年我们技术领先的两家企业不约而同的在这方面做出了创新。针对比能量提升方面,发布了电池包的新技术-宁德时代CTP和比亚迪的刀片电池。新概念,这是我要重点强调的。其他的就不说了。下一步的趋势,我的概括是降低总成本、性能再升级、功能多样化。来看纯电动车发展趋势,首先总成本必须突破。总成本指的是电动汽车总拥有成本相比燃油汽车实现成本平衡甚至更低。总成本包括购置成本和使用成本,大家都知道使用成本是低的,但购置成本是高的。

所以,使用频繁的电动共享车比电动家用轿车更容易实现。这也是为什么现在家用车只占电动乘用车销售的大概一半,另一半都到这个平台上去了。因此,总成本突破的重点是家用电动汽车,尤其是性价比车型,它倒不一定是很贵的车。但量最大的家用轿车最重要的还是客户性价比这一块。所以这是我们最需要突破的重点。这个重点要突破的就是购置成本,因为家用的使用成本已经是低的,我们待会要说。那么这个总成本等于什么呢?实际上等于每千瓦时电池成本乘以百公里电耗再乘以续航里程,这个是很简单的公式。下面我们首先来看每千瓦时的电池成本。前面已经谈到下降85%,这是这四年来的,我们叫锂离子电池革命。其实我们十年的成功虽然是中国政策的优势,但是我觉得根本的还是技术革命,抓住了技术革命机遇。如果没有这个机遇,我们政策再好,也做不到今天这样。那么政策是在技术革命的基础上助力,他不可能改变整个基础格局。

现在我们的电池系统成本已经在0.6~1元/kW·h。当然,1元/kW·h就是三元电池的,低的是磷酸铁锂电池。今后五年电池成本下降仍有空间。比如三元电池到2025年之前到七毛钱一个瓦时,磷酸铁锂还有下降空间。但我们同时要强调,电池回收利用价值要亟待挖掘。这方面,我想磷酸铁锂电池成本优势是非常明显的,而刀片电池等技术可以有效的缓解以前磷酸铁锂电池体积比能量的短板。待会王传福总会介绍。这就是刀片电池,对于一个200L,就是A0级车型的体积,它可以装到接近60度电,基本可以解决续航里程的问题。

第二个是百公里电耗。前面其实万主席已经讲过百公里电耗。这是我们统计工信部的数据,不是实际电耗,是工信部发布的。从国家检测的电耗可以看出,2015年、2017年到2019年,续驶里程在升级,在这个轴上。电耗普遍下降,而且变化的幅度在收窄。不管300公里到500公里这个变化范围,它都收窄。这是个好东西,比如说我们今年有两款500公里的电动轿车,工信部电耗在12度电/百公里。

第三个是续驶里程。目前据麦肯锡的统计分析,在同样续驶里程的电动车中,中国的电动车是最便宜的。当然反过来说,我们品牌溢价能力偏低。那也就是说这个方面我们其实做的很好了。那么,下一步怎么办?我想,第一要优化家用电动汽车不同车型经济合理的续驶里程范围。其实我们厂家已经都做了,比方说A00级的,A0级的,A级的,B级的,这是不一样的,不需要都强调长续航里程。但最难的还是主攻目标,还是家用主流轿车,也就是A0级和A级的。他们大概是在350到450这个范围,这是最重要的,我们要需要突破。

所以性价比拐点到达的时间顺序是不一样的。续驶里程越短,越容易先到。所以并不是都要2025年才能到,有些提前就到了。如果你还装低电池成本,那到的更快,这没办法做一个统一的标准。我们说的2025年是指普遍。继续降低成本最重要的途径就是,第一降低单位电池成本。第二,提高充电的便利性。提高充电便利性之后,客户对里程的需求就会降低。他会从500降到400,如果家里或者单位有一个充电桩,就会解决大问题。下一步就是性能再升级。两个方面,一个是新一代电力电池。这会使下面的电驱动一体化,然后呈现这种扁平化的汽车底盘。大家去看电动车,只要打开,基本上是空的,如果是混合动力全都是满的,下一步还会继续空下去,这是通俗的讲法。第二个性能再升级,当然就是电解质的技术进步。由于时间关系,我在这儿不详细介绍,因为这一张图我可以讲十分钟。第三个就是功能多样化,我们叫三“V”一体,就是V2G、V2H、V2X。V2H现在也开始了,就是建筑跟车辆电气系统一体化。

另外就是三“化”一体,我们现在除了电动化,还有能源的低碳化和系统智能化。所以新能源汽车具有智能终端交通工具能源装置的多重属性。如果到功能多样化阶段的时候,也许客户他反而需要让你给他装多一点电池。这样总成本反而能降低,因为它可以用电池作为储能,给电网放电,获取收益。所以立足当前面向长远的一个建议。前面苗部长已经都说了,我们希望购置补贴啊,税收优惠呀,不限行等等。我提请政府重点资助还有两个方面,一个就是充电基础设施。其实充电基础设施的本质是资助国家新一代能源基础设施。这个我不具体介绍。还有一个电池回收利用,本质是是资助补贴环保,这个是有道德制高点的。

第二方面关于插混。中国特色的可充电式混合动力跟国外的可充电混合动力不一样,我们叫纯电型插混。所谓纯电型插混,是在电池SOC满的时候,到降低了30%之前,它就是纯电动。国外的插电,不完全是这个概念,就是底下的混合型插电。也就是说,有电的时候,发动机也是能起来的,中国是不允许的,50公里是低限。其实现在大家知道,宝马也在卖100公里的,我相信今后100公里、150公里都会有。至于电量下降之后进入混合动力,其实就是和常规下的混合动力一样。你可以是并联,可以是串联,可以是混联,都可以。这就是中国的插电混合动力。当你是串联的时候,我们就叫增程。今年有个特点,就是在这个中间,二三十万,20万到50万期间的这个插混卖的比价好。我们分析了一下原因,首先是政策,使它相对于常规混合动力有市场竞争力,这里不详细介绍。市场方面,对客户来讲,也有很好的安全性、性价比、便利性、车辆残值等等。相比纯电动和常规混合动力,他也有优势。

逻辑,我就不细讲了。但是我们叫学生预测一下,分析到2030年500公里的纯电动跟100公里纯电里程的插电混动比,纯电动的总拥有成本会跟她打平,甚至比它还好,这是一个未来趋势。所以我们认为,可充电式混合动力会先上,而后会逐步下,2025年左右会到高峰。到2030年,刚才我说的那个功能多样化就上来了,客户反而多用电池。因为那个时候保有量已经很大了,V2G也会上来。那么我在这里要特别做一下技术方面的介绍,就是混合动力的逻辑。

混合动力,有电池、电机,也有油箱、内燃机。这是内燃机的效率图,如果内燃机在高效区运行的话,并联直驱是最好,这种一般在公路工况。那么如果低效,当然要把内燃机切断,然后让他去发电。这样呢,就会高效率的发电,然后再去供给电池和电机,这就是所谓的串联。这个通常在什么工况呢?在城市区。所以日产的ePower,其实是针对城市区域,它不多装电池,它就是串联混合。

我们劝它装电池,它也不装,它不搞这个增程,就是这个原因。所以,我们总体看,比较理想的混合动力构型是串并联混合动力系统。其实丰田的行星排是同时串并联,本田的串并联是分时串并联,本质上都是串并联,基本原理就在于此。我要特别介绍本田的电动平台化战略。本田以前什么混合动力都搞过,但是最后集中到串并联上来。其实在城里基本上串联,高速公路并联,因为他的插电混动电池比较小(少),发动机随时可以起来。

中国商用车其实以前也搞过各种各样的混合动力。最终成为主流的叫所谓同轴混联,其实也是串并联。所以我认为,对这个方面发展建议是近中期有机遇,长期看是过渡,建议平台统一部件共享成本最优。这就是一个过渡的过程,轿车串并联。当然还有另外一种,SUV,那就是在后轴上加电机,前轴并联,后轴加一个电机,形成四驱,这是大家的基本共识。

最后说一下氢能燃料电池。关于氢能燃料电池的基本定位,国际基本达成共识。大家都知道氢能今年是热点,很多人说今年是氢能燃料电池的元年。为此我们必须回顾氢燃料电池的定位。这是燃料电池领先企业丰田给出的定位。燃料电池就是在这个区域。

这是2018年的情况,当然2013年的时候不是这样。十年前,各个大学和公司认为定位不是这样,认为纯电动的续驶里程只有150公里。跟燃料电池汽车比,平衡点就是150公里,现在已经不是这样,现在多少呢,是500公里。现在的轿车平衡点,我们已经从150上升到500。那么这个平衡点怎么算的呢?纯电动就是电池加电机;燃料电池是氢气瓶加燃料电池,加电机,当然还要加一点辅助电池,还有一个散热器。那么储氢肯定是低于储电的,有个成本差。这个成本差会随着续驶里程的增加,产生一个总成本优势减掉燃料电池动力系统的成本,出来的这个里程就是跟纯电动的平衡点。基本背后的逻辑就是这样。

所以对于商用车,这个平衡点就会提前。我们现在看200公里以内的纯电动卡车是完全具有经济性的,今天会场外面也有。我是相信的,它是会有经济性的。所以氢燃料电池动力更适合长途大型高速重载替代柴油机,锂离子电池更适合替代汽油机。当然前面万主席也说了,虽然柴油车跟汽油车相比量是小,但是能耗并不小,排放也并不小,所以意义还是很大的。

中国已经在燃料电池商用车居世界前列。我们2018年是4000辆,现在5000辆。今后五年成本还会降低一半以上。为什么降?降的逻辑是什么?就是从进口变成自己的。比方说膜,进口很贵的。国产之后,我们现在山东东岳的膜已经可以用了。所以这是很重要的一个原因。当然还有一个规模扩大的原因。这是中国燃料电池的技术路线图。

那么下一步重点就是奥运会。冬奥会几千辆燃料电池车,就明年一年,我们要建二三十个加氢站和几千辆车,这是现在最重要的。如果这一仗打的好,后面就顺了。底下我加了一句,基于多种技术路线你追我赶的竞争态势,氢燃料电池汽车如要想脱颖而出,必须在2035年达到我说的这个百万辆目标。如果到2035年,我们达不到这个目标,这是有风险的。

面向2035年,我们有哪些瓶颈呢?三大瓶颈,一个是车载储氢有瓶颈,成本和体积。还有加氢站的瓶颈,量不够。到2035年,我们怎么也得要5000座加氢站。燃料经济性方面,我们必须要降到30块钱以内。如果基于当时的可再生能源电价,一毛五一度电,风电、光伏是可以做到的。这就期待我们可再生能源电价的下降,现在可再生能源电价最低在二毛四。总体看,氢供应总量反而不是瓶颈。但是今年大家能源行业吵得一塌糊涂的,就是来源和技术路线。

实际上车用量不大,2025年大概平均30万吨,2035年300万吨,这个并不大。所以我们认为不要搞那么复杂,面向汽车产业的氢能战略要简化,要聚焦,那就是绿氢。只有绿氢才有合理性,灰氢不具有合理性,无论从哪个角度讲。大家非常严重质疑,昨天还有老总质疑,干嘛要搞这个东西,弯弯绕来回这么多。如果是绿氢是可以的,我专门有一篇上次百人会的媒体见面会,有很长的解释,这里不解释。如果是绿氢,氢能制取很简单,就是电解水。那么10%的气电,我们就可以满足2025年的应用需求。现在大家都说副产氢,副产氢过渡期是可以用,但是有个问题—我们燃料电池对氢的纯度要求极高。

如果为了成本,副产氢品质不好,那可能得不偿失。因为它会腐蚀加氢车、加氢站,甚至燃料电池,这个是要注意的。氢能输运,我们也要发挥。绿氢给我们带来扬长避短的机遇,高压输电线很厉害,但我们的氢管道很弱。所以长途输电比输氢好。

最后做下建议,现在现实是有挑战的,但是也有市场突破口;不是全方位商业化,但在局部市场是可以商用化。总结下来,就是主攻绿氢,创新引领,突破瓶颈,示范先行,安全为本,有序推进。这是对燃料电池最后的建议。

新能源汽车市场前景方面,补贴退坡引发了行业阵痛,但是技术经济性决定的发展前景已经非常明朗。国际竞争就在眼前,带来很大挑战。但是竞争是优胜劣汰,将推动新能源汽车时代早日到来。这是我对未来的预期,如果把新能源汽车放在这个手机发展的这条线上来看,这是个S曲线,智能手机的发展曲线。我们现在新能源汽车大概相当20年前的智能手机。马上就要进入这个地方,到2035年基本开始快速上升。这几条我就不念了。2035年新能源汽车规划说的就是成为乘用车新车的主体,这个不是说的新能源汽车的主体,是整个乘用车新车的主体。谢谢各位。

关键字:燃料电池

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