新能源汽車產業的中場反思

「到2025年,電動化技術將會全方位的成熟,也是新能源、可再生能源價格性價比的拐點。」中國科學院院士、電動百人會執行副理事長歐陽明高在電動百人會論壇中,對新能源汽車何時走向市場成熟期進行了預測。

在1月12日-13日召開的中國電動汽車百人會(2019)論壇,無疑是中國新能源汽車領域最高規格的峰會,工信部、發改委、科技部、能源局以及住建部等部委代表,以及行業協會代表和各界技術專家盡數登台發言,對新能源汽車行業進行總結和展望。

以2013年新能源汽車財政補貼政策正式推廣實施為計,中國的新能源汽車產業已歷經近6年高速發展。根據工信部部長苗圩披露的數據,中國的新能源汽車全產業鏈已經累計投入超過2萬億元,從2013-2018年,中國的新能源汽車產銷量分別達到307萬輛和292萬輛,這使得中國成為全球最大的新能源汽車市場。

如果說快速發展、補貼、產業聚集是過去6年中國新能源汽車行業的關鍵詞,那麼在本次百人會論壇中,補貼退坡、安全,以及燃料電池、混動等多種技術路線齊頭髮展,已經是多位部委代表和行業專家高頻強調的信息。

在以速度獲得產業體量,實現市場培育之後,頂層設計中已經明顯透露出明確地節奏 調整、查缺補漏信號,這對於新能源汽車企業,尤其是在2014年前後大舉湧入的新創電動車車企來說,無疑是一場新的生存挑戰。

「安全是新能源汽車最關鍵的指標」

續航是電動汽車的命門,電動車市場之所以依賴政策在財政和路權上的持續支持,正是因為續航短板難以滿足市場需求。而提升續航的主要手段則是提升動力電池的能量密度。

能量密度是一項評價電池在單位重量下存儲電量的指標,能量密度越高,意味着可以在同樣重量體積下,搭載更多的電量。特斯拉Model 3之所以作為A型轎車能夠實現590公里的續航,正是搭載了能量密度達到300Wh/kg的21700電池。而蔚來去年12月發佈的ES6也因為搭載單體能量密度超過260Wh/kg的NCM811電池,得以實現NECD工況法510公里續航里程。

中國科學院院士歐陽明高披露了一組數據:自2008年鋰離子動力電池應用於電動汽車已經10年,實際裝車產品的能量密度從100Wh/kg已經提升2.5倍至250Wh/kg左右,能量成本降至1元/Wh。歐陽明高將此評價為「蓄電池領域百年來的革命性突破」。

「2012年,電池的單體能量密度是150Wh/kg,到2015年的180Wh/kg,我們用了3年時間,從180Wh/kg到2018年260Wh/kg,我們也只用了3年的時間。」中汽研首席專家王芳不無深意的表示,「這個增長速度裡面,可能會隱含一些需要我們重視的除了能量密度以外,其他方面的一些問題。」

王芳的擔憂不無根據,在其參與制定國家《電動汽車用動力蓄電池安全要求的強制標準》過程中,曾對2011年—2018年9月份,發生的80多例電動汽車乘用車起火事故進行分析:

除了16%的比例跟充電過程相關,18%由機械碰撞等外力產生外,35%的起火事故則是不明原因的自燃事件。

動力電池是一項電化學載體,其化學反應無時不刻不在進行,即便是車輛停置不開也會發生。「高能量密度電池的發展,它的很多不確定因素導致的瞬間熱失控正變得越來越多。」王芳說。

武漢大學教授艾新平教授也指出,我國提升電池能量密度的方法主要是在電池正極中加入更高比例的鎳,而隨着鎳含量的提高,正極材料的穩定性則隨之下降。

「以目前能量密度最高的NCM811電池為例,電池的熱分解在120度即開始發生。」艾新平說,「電池起火的一個核心原因就是熱失控,一般情況下是負極的熱失控,但是對三元電池來說,它有可能是正極先發生熱失控,解決這個問題的難度將更大。」

對於電池能量密度提升與安全之間的平衡,全國政協副主席、中國科學技術協會主席萬鋼在演講中明確表示:

「我們仍然要把安全,特別是動力電池系統的電-熱安全作為新能源汽車最關鍵的指標。從動力電池的單體模塊、電池包、電-熱管理以及結構布置等方面綜合考慮,特別重視材料的穩定性、充放電機制、熱失控防護和電-熱管理系統,實現最佳系統解決方案。」

歐陽明高也指出,「高能量密度鋰離子電池的發展瓶頸正是其安全性。」

如果用安全對動力電池的性能進行制衡,那麼安全要求的增加,無疑會壓縮電池的可用性能邊界。這對於以動力電池為主要技術路徑的新能源車企來說,顯然需要籌謀續航里程短板的新解決之道。

及時推動混動技術,燃料電池產業化提速

國際主流的新能源汽車路線是燃料電池汽車,中國則是電動車、混合動力汽車以及燃料電池車齊頭髮展。而這其中,電動車無疑是主流技術路線,無論是傳統主機廠的投入方向,還是新創車企選擇的技術陣營,都是純電動。

但是從2018年的產銷數據來看,插電式混合動力汽車銷量則呈現了明顯增長。

2018年,我國新能源汽車產銷量分別完成了127萬輛和125.6萬輛,同比分別增長了59.9%和61.7%;其中純電動汽車產銷分別完成98.6萬輛和98.4萬輛,同比分別增長47.9%和50.8%;插電式混合動力汽車產銷分別完成28.3萬輛和27.1萬輛,同比分別增長122%和118%。
萬鋼

全國政協副主席、中國科學技術協會主席萬鋼

「去年下半年以來,插電式混合動力發展相當快。所以我們也應該及時推動插電式混合動力的發展,同時向增程式混合動力發展方向轉變。」全國政協副主席萬鋼表示。

補貼退潮之後,純電動汽車將面臨成本和續航難題,而插電式混合動力路線顯然是合適的過渡方案。

「插電式混合動力汽車可以較好得平衡里程焦慮和純電動汽車成本上升,可以提高傳統內燃機的使用效率和整車能源效率,也可以降低電池的使用量,車輛自重以及車輛成本。」工信部部長苗圩直言表示。

而在插電式混合動力的技術選項中,增程式路線受到不少部委代表和專家推崇。根據中國對增程式定義,實際上是串聯的純電型插電混合動力,即車輛搭載的發動機全程不會參與動力驅動,而是用以發電,供給電機和動力電池來驅動車輛。而在並聯型方案中,發動機在電池電量低於設定值后,會同時參與車輛驅動。

「現在插電式混合動力基本上達到了綜合能耗在2L/100km以下,向增程式方向發展,能夠在帶動產能轉換的同時,使排放降到更低,有效的支持產業的轉型升級。」萬鋼說。

日產的Note e-Power車型,以及李想創立的車和家推出的理想智造ONE均採用串聯型混合動力技術,據車和家公布的數據,理想智造ONE的NEDC工況續航可以達到1000公里。

除了混合動力技術路線的權重重新被重視,燃料電池技術的產業化也正式提上議程。

數據顯示,氫燃料電池車載2018年年產超過1500輛,全國投入運營的加氫站達到12座。中國工程院院士衣寶廉透露,明年預計有100個左右加氫站投入運營。

而據歐陽明高預測,根據中國和全球氫能燃料電池技術的發展進程,氫燃料電池汽車相比於純電動汽車,產業化進程大約晚十年左右。

「在2020年,燃料電池混合動力將會成熟,商用車市場,預計投入在五千到一萬輛,2025年,燃料電池技術將會成熟,推廣累計將會達到五到十萬輛,標誌性的車型是燃料電池的大型SUV,2030年,新一代氫能技術突破,制氫、儲氫、運氫全方面突破,燃料電池技術在交通和能源領域推廣達到100萬輛,標誌性車型是燃料電池的長途貨運卡車,將會達到一千公里的長途貨運能力,一百萬公里的可靠性和耐久性。」 

進入後補貼時代

自2013年正式推廣的新能源汽車財政補貼將於2020年後全面退坡,工信部、發改委等5部委在2018年聯合推出施行的《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》(俗稱「雙積分」管理辦法),是新能源汽車後補貼時代最為有力的支持調控政策。

2018年,五部委已經推動2016、2017兩個年度的積分核算和交易,共有118家乘用車企業參與,完成積分交易107筆,交易金額達到七億餘元人民幣。
苗圩

中華人民共和國工業和信息化部部長苗圩

「相關部門正在抓緊研究制定2019年補貼政策,總的原則是在確保2021年補貼全部退出后,產業不發生大的波動,分階段的釋放退坡所帶來的壓力,防止一次退坡坡度過大,帶來大起之後的大落。」工信部部長苗圩在發言中表示。

政策支持是對產業方向護航,但失去財政補貼對售價的保護,新能源汽車尤其是純電動汽車則將直面市場需求的檢驗,續航里程短板和充電效率低下如何應對用戶需求?

「目前續駛里程已經從150公里提高到普遍300公里以上,但是用戶的抱怨並沒有減少,因為實際的續駛里程低於期望值。我本人也是電動車的用戶,深有感觸,實際的續駛里程對氣溫和駕駛風格是非常敏感的。」歐陽明高對此談到親身體會。

而為解決續航焦慮問題,新造車企業不惜投入重金建設加電服務體系,如蔚來已經在北京、上海等一線城市,以及G4京港澳高速、G2京滬高速部署換電網絡。小鵬汽車則效仿特斯拉,建設高功率充電站。

對此,歐陽明高表示,大功率直流快充和換電站的代價太大,不是理想的續航補充路線。

「中國是220伏的電壓,非常適合小功率慢充。現在應該盡量使家用轎車都配置慢充樁,這將成為主體的供電模式,未來成為能源互聯網的終端節點;10-15分鐘的快速充電是必備的,但快充的定位是應急,不是主體充電的模式,佔比大概承擔15-20%。」

歐陽明高認為,增加充電便利性的同時,增加續駛里程的主流技術路線還在於提高電動汽車能效。

首先,在能效方面,高效電驅動系統的技術變革將會在未來5年發生,即電機驅動系統高速化、高效化、小型化,現在轉速能夠達到1.8萬轉/min,未來可能會到2萬轉/min;

其次,以碳化硅為代表的新一代高頻、高效電力電子將普遍使用,這也將會支撐高速電機的發展,使電機向小型、高效、低成本方向發展。

據悉,比亞迪、英飛凌都在投入新一代碳化硅的IGBT電控芯片研發,但目前的面臨的現實問題是,都因成本高企而難以規模化應用。

因此,對於電動車企來說,在動力系統層面進行轉型,藉助內燃機和氫燃料技術向增程路線演進,也不失為一條兼顧續航能力和成本的路徑。新創車企車和家已經在實現這一方案,而從本次百人會的討論來看,該路線也已經納入鼓勵技術方案之列。 

「從模塊化和平台化的發展來看,內燃機動力完全可以通過模塊化發展到並聯的純電型插電混合動力,而純電動力系統,則可以學習日產,發展串聯式混合動力,然後到燃料電池串聯混合動力。」歐陽明高在對插電式混合動力進行展望時表示。

「總之,中國混合動力技術的特色和優勢仍然是純電驅動。」歐陽明高強調,「純電驅動包括純電動,但不等於純電動。」

新能源汽車產業已經行至中途,行業的高速演進中取得了不少技術的突破性成果和市場的規模化基礎,但是行業反思也同時浮出水面,新造車陣營乃至整個新能源汽車行業接下來將走向何處,每一個企業都應該回顧自身的出發點。  

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