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CCTV专访欧阳明高:新能源汽车和锂电的未来在哪里?

来源:中国经济大讲堂 | 作者:admin | 分类:访谈 | 时间:2019-11-08 | 浏览:5016
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锂电网讯:2019年,有人用“一片寒冬”,也有人用“一个拐点”,来形容新能源汽车行业行进的走向。3月26日,中央四部委发布的《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,犹如给迅猛发展的新能源汽车产业注入了一副“清醒剂”。

纯电动乘用车补贴额度比2018年减少一半,近乎“断崖式”的补贴退坡,超出了市场的普遍预期,新能源汽车的销量应声而落。中国汽车工业协会数据显示,2019年9月,新能源汽车销售完成8万辆,比上年同期下降34.2%。

目前,新能源汽车制造成本依然偏高,续驶里程并不尽如人意,充电还不方便,电池故障时有发生,价格焦虑、里程焦虑、安全焦虑仍然是困扰消费者的现实问题。这些短板不解决,即使有环保、节能、高科技等概念,新能源汽车也很难真正普及。

实际上,新能源汽车产业的发展,已经从政策驱动转向市场驱动,此次补贴政策的调整,除了降低直接补贴,还提高了获得补贴的技术门槛,其中有何深意?面对激烈而又残酷的技术与市场竞争,车企该如何抉择?当前面临的最为关键的技术瓶颈又该如何突破?

站在产业发展的十字路口,《中国经济大讲堂》特邀重量级嘉宾欧阳明高,为您深度解读《补贴退坡,新能源汽车的未来在哪里?》


嘉宾简介

欧阳明高.jpg

欧阳明高,中国科学院院士,新能源动力系统与电动汽车专家。他曾经“十年磨一剑”,带领团队成功研制出首个具有自主核心关键技术和自主知识产权的国产电控柴油机。2000年开始,他投身新能源汽车研究,牵头承担了北京奥运《燃料电池客车》研发与示范项目,成功实现氢燃料电池动力系统商业化;2010年以来他创立清华电池安全实验室,研发了锂离子电池安全控制成套技术,他连续在三个五年计划中,担任国家新能源汽车科技研发首席专家,参与领导了我国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程,为我国新能源汽车跻身世界先进行列拼搏奋斗并做出了突出贡献。


(以下为嘉宾演讲主要内容)

选择电动汽车作为新能源汽车产业化突破口,带动各类新能源汽车的全方位发展,这个选择其实是中国政府十年前作出的。从2009年到2018年,新能源汽车的主体是纯电动汽车,它的推广量从0到126万辆,我们的保有量也从几千辆上升到2018年的260万辆。中国锂离子电池的比能量,从100瓦时每公斤提高到300瓦时每公斤,成本从5元人民币每瓦时下降到0.8元人民币每瓦时。中国在全球建立了最大的锂离子电池产业链,全球十大电池供应商七家在中国,其中包括第一名和第三名。这些事实证明了我们的发展是有成效的,这是中国首次在全球率先成功大规模地推广高科技的民用消费品,数量占全球的53%以上。大约在2016年,全球基本都转向了这个方向,包括德国的三大汽车企业,包括美国的通用电器公司,现在也包括日本的几家企业也都开始朝这个方向转型,这就是说它已经形成从中国选择到全球选择的趋势。

中国为什么要选择新能源汽车呢?我们先要认识一下,什么是新能源汽车?


发展新能源汽车势在必行

1F、什么是新能源汽车?

什么是新能源汽车?或者说什么是电动汽车?这两个概念其实还不完全一样,电动汽车有三种类型。

第一种,就是我们经常说的油电混合电动汽车。这种电动汽车在1900年就有了,但是现代混合动力汽车实际上是1997年丰田普锐斯推向市场的时候才到来的。燃油车是以内燃机为动力的,但是燃油车里头的内燃机动力的效率不能经常在一个最优效率的工况运行,因为我们的车速度时高时低,负载时大时小,而我们的内燃机又是跟车连在一起,所以就会受影响,比如说怠速、低速等等,或者非常高的速度都是不好的。混合动力就是用电机、电池的方式优化内燃机的工作点,如果内燃机在高效区,我们就让它直接驱动汽车;如果在低效区,我们就让它断开机械的驱动,带动发电机发电,然后由电驱动电动机,由电动机带动车,这样又把效率提高了,这就是混合动力。

第二种,我们现在开的新能源汽车大多数都是纯电动汽车,其实纯电动汽车出现就更早,在1834年就有。刚开始纯电动汽车它是铅酸电池的,铅酸电池续驶里程不高,重量也很重。到了后来,我们就发展了镍氢电池的纯电动汽车,但仍然不能满足要求。直到1992年发明了锂离子电池,到了2007年、2008年,市场上最先出现了装用锂离子电池的纯电动汽车,这才真正进入了市场。

第三种电动汽车就是燃料电池电动汽车。上世纪九十年代巴拉德最先做出了一个90千瓦的燃料电池发动机。又过了很多年,到2015年,丰田推出的燃料电池轿车才真正成为了一个商品。

这就是我们现在的三种电动汽车和三种动力系统。它们有一个共性的特征,那就是电池、电机、电控。不管哪一种车都是需要这三样东西的。混合动力也是电池、电机、电控。一般的时候,混合动力的电是由汽油发的电,或者是自动回馈的时候,车带着电动机变成发电机发的电储到电池里头的。但是如果这个电池比较大,我们也可以从电网取电,我们把这叫可以充电的混合动力。

中国政府规定的电气化程度比较高的电动汽车叫新能源汽车,新能源汽车就包括可以外接充电的混合动力、纯电动汽车和燃料电池汽车。



2F

为什么要发展新能源汽车?

中国为什么要选择新能源汽车呢?有三个理由:

第一个理由就是我们的石油安全问题。我举一个数据,2017年中国石油消费6亿吨,其中一半是我们汽车用的汽柴油消费。2017年我们有多少车呢?两亿一千五百万辆车。2019年上半年,我们已经到两亿五千万辆车,估计今年年底我们一定会超过美国的两亿六千万辆车。车越来越多,油耗也越来越大,可这些油从哪里来的呢?这其中70%都是进口的,这就是我们的能源安全问题。

第二个问题就是我们城市的污染,尤其是城市中心区域低空的污染。比如说细微的颗粒物,我们百分之二十几都是汽车带来的。再比如说氮氧化物,我们大概50%以上,还有挥发性有机物的40%以上,都是汽车带来的,这是北京的数据。

第三个原因就是中国的汽车产业的升级。我们中国的汽车产业经过多年的发展,现在已经是国民经济的支柱产业,连续十年产量居全球第一,而且是遥遥领先,现在占全球汽车产量大约30%的车都是中国做的。但是我们是一个汽车大国,还不是汽车的强国。所以总书记在2014年视察上汽的时候强调指出,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。


3F

纯电动——新能源汽车产业的突破口

北京把新能源汽车定义为纯电动汽车,这是为什么呢?我们为什么在这中间把纯电动汽车挑出来,作为发展新能源汽车产业化的突破口呢?这个理由又是什么呢?

我们当时在作出这个选择的时候,就是为了抓住新一代锂离子电池应用于汽车的巨大的机遇。锂离子电池在车上使用正好是2008年、2009年,这十年来锂离子电池的确实现了蓄电池领域百年来的一场革命,我们认为我们需要强化中国在电气化交通领域的特色和优势。什么叫中国交通体系的电气化特色与优势呢?大家知道中国的交通体系跟别人是不一样的,我们的地理结构跟欧洲、美国、日本都不一样。我把我们的交通体系总结叫“点线面模型”。

所谓“点”就是大城市或者大城市群。例如北京、天津就是“点”;但如果是像北京到上海这样的大城市之间,这就是“线”;而我们广大的中小城市和农村区域,我把它叫“面”。

“点线面模型”的交通的特色是什么呢?我们在“点”上,电气化的城市公共交通,我们现在城市的电动客车已经是比比皆是。交通部已经发布政策,2020年,全国交通系统的新车都要是新能源电动汽车;在“线”上,中国的电气化高铁世界领先;在“面”上,就是我们的电动自行车、电动摩托车,大约有两亿五千万辆,这也是中国奇迹。

我们在这样一个交通体系下看问题,中国的轿车主要是在城市里面走,三五百公里的距离,我们的高铁已经非常方便,我们“面”上,再短途的,电动自行车、个人化交通领域也很方便。所以我们发展电动轿车具有全世界独一无二的优势,这是我们把纯电动汽车作为新能源汽车产业化突破口的主要原因。当然我们并不是说只搞纯电动汽车,而是要以纯电动汽车为突破口,带动各类新能源汽车的全方位发展。


4F

突破可再生能源发展的瓶颈

总书记提出要实现能源生产与消费的革命,这个革命中的核心任务就是要转型可再生能源。

据国家发改委能源研究所新能源研究方面的结果,如果我们要实现能源革命,到2050年实现碳平衡,我们必须大力发展风电和光伏。其中,到2035年,我们的光伏要从1.8亿千瓦发展到20亿千瓦,煤电的比例要从现在的69%降低到31%,而风电、光伏可再生能源要提升到63%,所以这是一个很大的任务。如果从成本的角度来看,光伏、风电都已经可以大规模发展,尤其是光伏上网的电价已经降低到0.2元人民币,已经低于煤电的价格,所以大规模上光伏,在经济可行性和技术可行性上都是没有问题的。但是可再生能源发电有一个最大的瓶颈,就是它波动的负荷很难平衡,必须要储能。储能技术成为新能源、可再生能源发展的一个瓶颈。

氢气和储能电池结合,就能来解决我们可再生能源的储存问题。

两大储能技术。一个是锂离子电池,它是分布式、小规模、短周期储能的最佳方式,它的效率最高,成本最低,现在的装机规模也最大,发展潜力巨大。将来是要到万亿瓦时的规模,也就是年产十亿千瓦时这样的规模,包括储能,包括电动汽车都要用到。另外一个就是我们中国的可再生能源有一个特点,我们的西北地区有广阔的地方来供我们生产光伏可再生能源。但是这些光伏就是集中式的、大规模的,长周期储存,远距离输送,这个时候我们需要把它变成氢气来长周期储存。有了这个技术,我们就可以推动可再生能源的革命。


5F

构建移动能源互联网

还有交通智能化,其中很重要的就是智慧能源,我们就叫移动能源互联网。这是以电动汽车为核心,结合光伏发电、智能电网构成一个体系。

现在我们在充电方面好像是无序的,有了这个能源互联网之后,当我们的规模不断地扩大,我们就必须要搞有序充电,也就是智能充电。不能大家回家之后都充电,最好是移到半夜去充,因为那个时候没有什么人用电了,我们的电动车的电池把电存起来。还有一个就是我们的车网互动,我们不仅存起来,等到白天高峰用电的时候,我们还可以用储能电池里面的电回馈电网,去满足负荷的需求。这就是我们的智慧能源,或者说叫交通智慧能源,再或者叫交通能源的一体化。我们的电动汽车不仅仅是出行工具,也是能源装置。

我们要网联化,不仅仅是信息的互联网,还有我们能源的互联网和车的物联网,这些结合起来就会发挥巨大的作用。最终我们能达到什么结果呢?在2035年,我们的新能源汽车保有量如果是达到一亿辆,车上的电池至少是50亿度电,这50亿度电能放出多大的功率呢?我们就算再估得低一点,至少它能提供25亿千瓦到50亿千瓦。不仅有车上的电池储能,我们还有车下的储能,还有集中式的氢的储能,整个加起来就能完全满足可再生能源规模发展的需求。

新能源汽车,不仅仅是一个很好汽车减排工具,而且是可再生能源革命的推动力,是实现人类可持续发展的一个优秀的交通工具。

作为电动汽车最核心部件,动力电池一直是我国新能源汽车产业链中最为重要的一环,而电池比能量的高低,更是提高新能源汽车续驶里程的关键技术。

电池比能量的提升,无疑需要一个过程,它涉及到材料、成本、安全等诸多问题,如果控制不好,还有可能引发自燃、爆炸等安全事故,目前,这也是各大车企技术竞争的一个焦点,也是未来能否在激烈而残酷的市场竞争中脱颖而出的一大关键。目前,新能源汽车技术已经发展到什么程度?还存在哪些技术瓶颈?如何有效解决消费者的“里程焦虑”“安全焦虑”和“成本焦虑”?


如何破解电动汽车里程焦虑?

刚开始推广电动汽车的时候,甚至有些科学家觉得电动汽车取代燃油车,永远都不可能实现。因为按照汽油的比能量跟电池的比能量来比,在十年前大概要差一百多倍,但现在只差50倍了。50倍还是很高,但是我们不能只看这一点,我们还要看100公里的电动车耗多少能量,燃油车耗多少能量。我们的电动汽车百公里耗15度电,同样的里程数,燃油车在城里开需要消耗8升油,8升油就是72度电。这样一来,电动汽车使用的能量只是燃油车的五分之一。虽然之前汽油的比能量跟电池的比能量来比是50倍,但是电动汽车使用的能量只是燃油车的5倍,所以现在只差10倍。10倍是什么意思呢?比方说一个油箱,燃油车装60升油最多也就是六、七十公斤,同样的续驶里程,根据电池性能高低的不同,电动汽车走500公里所需要的电池重量就要300公斤到500公斤。就算300公斤,还是比燃油车多两百几十公斤。但是电动汽车的电机很轻,燃油车的内燃机、变速器、排气管后处理,再加上前面的水箱、风扇,比电动汽车的要重200公斤左右。所以最后总的看起来,两种车其实重量差别并不是很大。随着电池比能量的进一步提高,对于续驶里程四、五百公里而言,两种车可以做到重量基本相当。

现在很多人经常说,新发明出了一种电池,可以让轿车跑1000公里。大多数人可能是怀疑的,听起来跑1000公里好像不可能。但是我要告诉大家,如果仅仅想让它能跑1000公里是可能的。要跑1000公里就要把电池加一倍,但是空间占用了很大,也许后备箱全都被占了。另外重量增加了很多,成本也加了很多,这种车可能没人要。所以并不是不能跑1000公里,而是从一个车的综合指标来看,这样的产品并不是一个好车,这才是问题的关键。

那么,我们如何在提升续驶里程的同时又让它成为一个好产品呢?正确的提升里程的方法不是简单地堆电池,应该做到以下几点:

第一,进一步提高电池的比能量。同样的体积下我的储电量更大。

第二,通过降低整车的电耗来提升续驶里程。现在100公里耗电15度,那是否能降到13度、12度?国际上有一款电动汽车,也算是家用轿车,它百公里10度电,这样一来,同样的电池你可以跑得更远,续驶里程不就增加了吗?现在其实大家觉得续驶里程不够,我们叫“里程焦虑”。

“里程焦虑”是什么原因呢?大多是充电不方便,所以我们还需要把充电变得更方便,通过增加充电设备来解决“里程焦虑”。现在中国大概有一百万多个充电桩或者充电站,私人的大概60万个,公共的大概40多万个。什么方式是最好呢?就是只要你买一个电动汽车,你就应该有一个自己的充电方式,平时最好的充电方式就是在家里或者单位慢充,用自己单独的充电桩。如果你要跑长途应急的时候,你可以快充,充十分钟,不一定要充满。我们不按照电池的电量来看,而是说充十分钟能跑100公里还是200公里。所以这样一来,如果能够构成一个体系,那大家的“里程焦虑”就不复存在了。

续驶里程基本上每年都要提升50公里以上,比如前年我买的车续驶里程是300多公里,去年续驶里程达到400多公里,已经很多了,今年续驶里程已经提高到500公里了。但是我不认为续驶里程都要达到500公里或者更长的距离,电动汽车需要有合理的续驶里程。比方说那种特别小的车,续驶里程150公里 、200公里也很好,因为它车很小。再比如说,我们家用轿车的续驶里程是400公里,这也挺合理的。当然,如果是B级车,中高端车500公里的续驶里程还是要的。所以在这方面,它是要有一个合理的里程范围,并不是越长越好。


如何破解电动汽车安全焦虑?

锂离子电池有各种类型,有些安全性是很好的,比如说磷酸铁锂电池。大家知道,中国的公交大客车基本上实现了电动化,用的都是磷酸铁锂电池。现在一般报道的事故,大多数跟我们现在一种新的电池——三元锂离子电池,尤其是高镍三元锂离子电池有关系。

电池安全主要的核心是电池的热失控,一个电池热失控之后,会影响着周围电池。因为一辆车上有很多电池,不像我们手机只是一块电池,例如特斯拉汽车上有8000多块电池。一块电池热失控并不可怕,关键的问题是这8000多块电池要是都热失控,这就是事故了。

当温度上升到一定的时候,电池会引发电池放热的副反应,放热副反应会进一步提升温度,又会引发新的放热反应,温度就不断地上升。这种链式的反应最终会失控,温度上升的速率可以达到每秒钟1000度,电池就会引起剧烈放热,这种放热会在整个电池系统中蔓延,引发所有的单体电池热失控。一旦全方位热失控,喷出气体来之后,跟氧结合就会燃烧,这就是我们电池热安全事故的一个基本过程。

目前有两种办法来解决它。第一种是用系统控制的方式来把电池出现事故之后产生的后果抑制住,比如可以完全防止像燃烧这样的事故出现。个别电池发热百分之百避免不太可能,但是不会让它蔓延继续造成剧烈的事故,这个技术还是可以做到的,只是现在我们的研发工程化还需要一个过程。另外一个方面就是解决最开始出现发热的那些电池,也就是把现在液态的、可燃的电解液变成固态的、无机的、不可燃的电解质。

电动汽车的寿命、安全等等问题跟我们如何去使用有很大关系。比如说充电,我们不主张经常去快充,而且用快充的方式把电池充满。这样做首先对电池寿命不好,因为你充得太快,锂离子嵌入负极的时候一堆锂离子过来,它进去的时候,大家拥堵在这门口了,进不去了,进不去了它会还原跟电子结合,形成锂金属,这个锂金属会长成枝晶,像树枝一样,把正负极中间隔开的,那层隔膜就会被刺破,刺破正负极就会短路,就会造成事故。即使它不会这么严重,也会使寿命缩短,所以我们不太主张越快越好的充电方法。因为越快越好充电的功率没有问题,但是电池不一定能受得了,所以即使要快充,也要选择电池最合适的区域快充,而不能从头到尾,一直充满,全是快充。另外,当你在开车的时候,不要每次都是汽车发出充电警告了,但你还不充,电量很低了还不充,这样放电放得过空的时候也会出现问题,因为一加速电池的动态特性产生极化,很容易就到达截止电压,这样后面就会比较危险了。

现在虽然出了一些有关新能源汽车安全的问题,但是从统计数据来看,新能源汽车出现事故的概率大概是万分之0.9,而传统燃油车自燃的概率是万分之三。

我们也要理性对待目前的安全事故,不要有这方面的焦虑,这也是目前电动汽车在政府退出补贴之后技术竞争的焦点。安全既是我们电动汽车发展的生命线,也是电动汽车市场竞争的关键,也是最能体现技术亮点的地方,就看哪个企业能做好,做不好的就要被淘汰,做得好的品牌就上升,市场竞争中间技术会不断地完善。

我们新能源汽车的资质已经放开,我们是对全球的汽车厂开放的,大家都来市场竞争。以前因为有国家补贴,大家好像还都能做得下去,但是目前补贴退出之后,就出现激烈的市场竞争,优胜劣汰。这样的话,如果你做不好,不安全你就会被淘汰,那些好的就会越做越大,越做越强。


如何破解电动汽车的成本焦虑

现在有国家补贴,电动汽车似乎不贵,但是这不正要取消补贴吗?取消补贴了怎么办?会不会成本就上来了?我们要分析一下成本。

我们的成本包括购置成本、使用成本、维修成本,还要考虑能不能有后续利用价值,它可以补偿一部分成本。

从购置成本的角度来看,我们电动车成本相当一部分归结于电池,这部分大概在几年前占50%,现在会稍稍降一点,但是比例仍然很高。电池的成本又是什么呢?50%都是材料和制造成本,那么我们就可以看如何减少材料和制造成本。首先,材料的长期供应保障和价格稳定性怎么样,取决于这种材料的资源是不是稀缺资源,最重要的当然就是锂。中国是全球锂资源排名第二的国家,按金属锂来计算500多万吨,我们大概一亿辆车需要50万吨。

另外一个问题就是说,如果就只有这么多呢?用完了怎么办?第一,我们不会用完,因为我们是循环使用,电池并不消耗锂。第二,还有新的储量在不断被发现。对于磷酸铁锂电池来讲,锂资源就够了,但是对于三元电池来讲,还需要有镍、钴、锰,这中间其实主要是钴这个稀缺资源。我们的三元电池钴用量在不断地降低,最开始镍钴锰是各三分之一,我们现在钴已经占10%了,下面是占5%,最后可能是完全不要它。

当然还有一个材料问题,就是全生命周期的成本。比如说有人担心寿命要是不够的话,要在中途再换一次电池多贵呀。比如说你的电池系统循环寿命也就是1500次到3000次,就这么一点次数怎么够?这里有一个误解,我们说的1500次到3000次的充放电循环,指的是从0到100%,也叫满充、满放的次数,这是为了方便进行寿命测试定的一个基准。真正你在家里开电动车的时候,不会把它放到0,也不会充到100%。一般来说在20%到80%的时候会比较多,甚至30%到70%也很多。一旦你是浅充、浅放,这个次数就不是两、三千次,而是两、三万次都可以,这就取决于你充、放电的深度。在实际使用的时候和跟我们测试的时候,两个情况是不一样的,所以大家不要为这1500次来担心。大家知道特斯拉汽车用的圆柱形电池,在我们所有电池中间寿命相对是比较短的,一般在1000次以内,但是它照样能跑几十万公里。现在的电池已经完全能满足我们家用轿车全生命周期使用要求,而且希望它降低到原先容量20%之后,也就是我们电池在车上的寿命到期之后,还能梯次利用。比如说我们用到电动自行车去,我们用到5G网络去等等,还能够发挥作用,这样能够回收成本。

最后我们还有回收利用这一项,因为材料都是值钱的。所以现在的工信部规定是厂家必须负责电池回收。电池的成本其实这些年在不断地下降,十年来电池价格已经降了80%。随着技术进步,随着我们规模的加大,还有下降的空间。全球大家认同的一个基本的趋势是:大概在今后的三、五年,比能量特高的电池,每多容纳一度电,成本大约是100美元。目前我们比较经济的磷酸铁锂电池已经接近这个数,相对性能高的三元电池需要再等三、五年。

据中国汽车工程学会的汽车技术路线图的研究结果表明,我们新能源汽车在2035年应该达到一亿辆的保有量。这就是我们的前景,我相信我们现在看到的电动汽车,还只是新能源汽车初级阶段的产品,不是一个真正意义的成熟的新能源汽车。所以大家会有各种各样的质疑,也会有各种各样的疑惑和彷徨。但是经过了能源低碳化和交通智能化两大技术革命,我们新能源汽车在2035年一定会迎来新的时代。2025年会是新能源智能化电动汽车的一个里程碑,就是全方位的性价比突破;2035年,新能源智能化电动汽车会基本进入成熟阶段。所以我们一定要坚定信心往前走,新能源汽车的未来一片光明!

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