中國動(dòng)力電池300瓦時(shí)/公斤實(shí)現(xiàn)后所帶來的影響分析
2018年1月7日,中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行理事長歐陽明高教授報(bào)告,鋰離子動(dòng)力電池有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí) 公斤目標(biāo),目前
2018年1月7日,中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行理事長歐陽明高教授報(bào)告,“鋰離子動(dòng)力電池有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo),目前國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平,但安全性研究尚待加強(qiáng)。”聽到這個(gè)信息,筆者有一些聯(lián)想和思考,供大家分析。
一、300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)有望實(shí)現(xiàn),說明動(dòng)力電池瓶頸已經(jīng)突破
筆者第一次認(rèn)識(shí)動(dòng)力電池是在2008年,清華大學(xué)陳全世老師,向筆者展示一張動(dòng)力電池單體照片,他表示,中國磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的比能量已經(jīng)達(dá)到80瓦時(shí)/公斤。從此,筆者對(duì)動(dòng)力電池的兩個(gè)指標(biāo),即比能量、比功率有了一個(gè)基本概念。對(duì)汽車而言,動(dòng)力電池比能量、比功率是兩個(gè)基本指標(biāo)。
動(dòng)力電池是發(fā)展新能源汽車的瓶頸,主要是指動(dòng)力電池的“比能量、比功率”指標(biāo)。滿足汽車比功率要求的還有超級(jí)電容,于是一些廠家積極推進(jìn)超級(jí)電容公交車,在上海世博會(huì)期間,就有了超級(jí)電容公交車的示范運(yùn)營。今天再也沒有人提“超級(jí)電容”如何車用了。再往前追溯,公交車電動(dòng)化,最開始是混合動(dòng)力技術(shù)方案,為什么呢?動(dòng)力電池的比功率指標(biāo)是能滿足車用的,主要是比能量離車用距離是比較遠(yuǎn)的。
中國發(fā)展新能源汽車到2012年,其技術(shù)路線基本明確了“純電驅(qū)動(dòng)”,為什么叫“純電驅(qū)動(dòng)”,不直接叫“純電動(dòng)”呢?筆者理解,動(dòng)力電池的比能量離車用的“瓶頸”還沒有真正突破。“純電驅(qū)動(dòng)”的內(nèi)涵是,中國的新能源能源汽車的基本要求是,必須是由電機(jī)驅(qū)動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與驅(qū)動(dòng)。
“純電驅(qū)動(dòng)”的意義何在?
①?zèng)Q策者已經(jīng)認(rèn)定了,發(fā)展中國新能源汽車的瓶頸是動(dòng)力電池的比能量過低,而中國技術(shù)界和企業(yè)界一定能提高;決策者已經(jīng)認(rèn)定了,中國的動(dòng)力電池比能量在2020年以前是可以實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)的。
②動(dòng)力電池的比能量提升有一個(gè)過程,估計(jì)10年時(shí)間為一個(gè)臺(tái)階。“純電驅(qū)動(dòng)”的提法是一個(gè)過渡。中國混合動(dòng)力的技術(shù)路線是插電式(增程式)的,是為動(dòng)力電池突破瓶頸服務(wù)的,而日本式混合動(dòng)力的技術(shù)路線是為改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能不足而服務(wù)的。可以看出,都叫混動(dòng),但是其意圖不同。
二、在動(dòng)力電池瓶頸沒有突破以前,我們做了哪些工作?
中國要發(fā)展新能源汽車,一直在學(xué)習(xí)汽車強(qiáng)國的先進(jìn)技術(shù)。動(dòng)力電池是瓶頸(比能量滿足不了車用)是全世界公認(rèn)的。由于環(huán)境和能源安全的壓力越來越大,而汽車對(duì)社會(huì)發(fā)展的牽引力也是越來明顯,發(fā)展新能源汽車是人類共同的愿景。在動(dòng)力電池瓶頸沒有突破以前,我們做了哪些工作?
①中國公交車企業(yè)沖在最前面,2001年開始向俄羅斯、日本學(xué)習(xí),開始做傳統(tǒng)“混合動(dòng)力”公交車,交了少的學(xué)費(fèi),在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不如人的情況下,在動(dòng)力結(jié)構(gòu)方面,進(jìn)行了不同的嘗試,如“弱混、中混、強(qiáng)混”等,最后認(rèn)識(shí)到了,傳統(tǒng)混合動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù),還是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。沒有發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)性支撐,中國的新能源汽車,如果還是在“弱混、中混、強(qiáng)混”打轉(zhuǎn),不僅學(xué)不會(huì)日本先進(jìn)的技術(shù),要超越更是別想了。
②10年過去了,動(dòng)力電池比能量指標(biāo)有一個(gè)明顯的進(jìn)步,但是還是達(dá)不到車用要求。到了2012年開始放棄了日本式混合動(dòng)力技術(shù)路線,確立了中國特色的新能源汽車路線,即“純電驅(qū)動(dòng)”。中國公交車企業(yè)又沖到最前面,提出了“快充”和“在線充”的技術(shù)方案,進(jìn)而有力的推動(dòng)了中國公交車電動(dòng)化的前進(jìn)步伐。不過“快充”和“在線充”是整車廠發(fā)揮自己的積極性,在彌補(bǔ)動(dòng)力電池比能量不足的一個(gè)過渡措施而已。
③中國動(dòng)力電池的比能量提升比較快的是有目共睹的事。2008年比能量是80瓦時(shí)/公斤,目前已經(jīng)是250瓦時(shí)/公斤,10年間提升了3倍。到了2020年提升到300瓦時(shí)/公斤,已經(jīng)是看得見的希望。對(duì)用戶而已,關(guān)心的是性能指標(biāo),對(duì)材料成分(結(jié)構(gòu))如何改善?是動(dòng)力電池專家(企業(yè))的事情。但是歐陽明高教授報(bào)告說,“目前國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平”令人振奮。
三、中國動(dòng)力電池2020年前能實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)的聯(lián)想
①2018年年初,電池能量密度單體達(dá)到230瓦時(shí)/公斤左右,PACK系統(tǒng)大約150瓦時(shí)/公斤左右;
②2019年再提高50-70瓦時(shí)/公斤,就能實(shí)現(xiàn)工信部要求的300瓦時(shí)/公斤指標(biāo),PACK系統(tǒng)大約215瓦時(shí)/公斤左右;
③2025年就能實(shí)現(xiàn)單體密度350瓦時(shí)/公斤、系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤,是力爭(zhēng)的目標(biāo)。
推演一下:
①2018年年初,PACK系統(tǒng)大約150瓦時(shí)/公斤,這個(gè)指標(biāo)對(duì)10米純電動(dòng)公交車而言,按1噸電池是150度電,1度電跑1公里耗0.8度電測(cè)算,則一次充電持續(xù)里程為187.5公里。(注:以武漢公交為例,年平均每天運(yùn)營里程為197公里)。
②2020年P(guān)ACK系統(tǒng)大約215瓦時(shí)/公斤左右,這個(gè)指標(biāo)對(duì)10米純電動(dòng)公交車而言,按1噸電池是215瓦時(shí)/公斤,1度電跑1公里耗0.8度電測(cè)算,則一次充電持續(xù)里程為268.75公里。這個(gè)指標(biāo)對(duì)到2020年,全國公交新車全部電動(dòng)化,車輛技術(shù)上已經(jīng)能完全可以滿足。
③2025年系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤,這個(gè)指標(biāo)對(duì)10米純電動(dòng)公交車而言,按1噸電池是260瓦時(shí)/公斤,1度電跑1公里耗0.8度電測(cè)算,則一次充電持續(xù)里程為325公里,即到2025公里,純電動(dòng)公交車1.5天才需要充一次電。
通過上面的測(cè)算,可以有如下結(jié)論:
①中國公交車全部電動(dòng)化,再經(jīng)過8年的時(shí)間是可以實(shí)現(xiàn)的;
②中國的乘用車如果用于出租車,全部電動(dòng)化,再經(jīng)過8年的時(shí)間也是可以實(shí)現(xiàn)的;
(①、②附件條件是配套的充電設(shè)施基本到位,明確實(shí)際情況是,公用領(lǐng)域純電動(dòng)車輛充電配套,技術(shù)上沒有問題,投資也有回報(bào)的。)
③私家車(乘用車)全部電動(dòng)化,僅從車輛技術(shù)上來說,再經(jīng)過8年的時(shí)間同樣是可以實(shí)現(xiàn)的。但是,電動(dòng)私家車,如果是依靠公共充電設(shè)施,還是無法滿足使用者要求的)。
④城市配送車輛的全部電動(dòng)化,僅從車輛技術(shù)上來說,再經(jīng)過8年的時(shí)間,同樣不存在問題,附加條件是交流輸入220V/直流輸出便攜式充電器發(fā)展到位。)
⑤大、中型貨運(yùn)車輛,如何電動(dòng)化?其技術(shù)路線是什么,目前還是比較含糊的。可以這樣理解為,大、中型貨運(yùn)車輛如果電動(dòng)化,對(duì)動(dòng)力電池比能量指標(biāo)要求會(huì)更高。
四、中國動(dòng)力電池300瓦時(shí)/公斤指標(biāo)帶來的影響分析
中國發(fā)展新能源汽車快20年,一直在探索如何實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線,目前基本清晰。
①中國新能源汽車的主要特征是,純電動(dòng)驅(qū)動(dòng),不走日本式混合動(dòng)力的技術(shù)路線。這是進(jìn)行了10年多年的實(shí)踐后,總結(jié)出來的。
②車用動(dòng)力電池比能量的瓶頸指標(biāo)是300瓦時(shí)/公斤,在這個(gè)瓶頸沒有突破以前,公交車領(lǐng)域、城市配送領(lǐng)域貨運(yùn)車、A00級(jí)乘用車基本上是推廣純電動(dòng)車,而在級(jí)別更高的車輛上,推進(jìn)的是插電式混合動(dòng)力。
③在動(dòng)力電池pack為100瓦時(shí)/公斤上下時(shí),出現(xiàn)過超級(jí)電容和日本式混合動(dòng)力方案,當(dāng)動(dòng)力電池pack越過110瓦時(shí)/公斤后,超級(jí)電容和日本式混合動(dòng)力方案,慢慢沒有人再提起。
④可以推判,當(dāng)動(dòng)力電池pack越過150瓦時(shí)/公斤后,有關(guān)插電式(增程式)的技術(shù)方案,會(huì)慢慢被人忘記。
五、2025年動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤,其他熱門技術(shù)如何辦?
目前新能源汽車的技術(shù)路線,比較熱門的技術(shù)有兩個(gè):氫燃料電池技術(shù)、車用甲醇燃料。前面分析過,動(dòng)力電池比能量低,新能源汽車技術(shù)路線比較多,隨動(dòng)力電池能量密度的提升,有些技術(shù)方案(日本式混合動(dòng)力、超級(jí)電容)就出局了。如果2025年動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤,氫燃料電池技術(shù),車用甲醇燃料的前景如何?
①車用甲醇燃料技術(shù)已經(jīng)被用戶放棄。山西是車用甲醇燃料技術(shù)試點(diǎn)省份,基本理由是山西煤炭多,發(fā)展車用甲醇燃料技術(shù),可以提高煤炭使用效率。由于甲醇燃料技術(shù)也用的是發(fā)動(dòng)機(jī),必須要開發(fā)新的、專用的發(fā)動(dòng)機(jī)。可以想一想,要在目前發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上上,再開辟一個(gè)全新的發(fā)動(dòng)機(jī),其技術(shù)難度有多大?吉利汽車公司老總李書福先生,在2017年3月的人大會(huì),有一個(gè)提案,倡議發(fā)展甲醇汽車。而山西省一些甲醇燃料汽車用戶試用后,就基本放棄了。基本理由是,甲醇排放尾氣,對(duì)排氣管腐蝕性很強(qiáng)。(注:一句話,新技術(shù)呼吁政府支持容易些,但是要贏到客戶,卻是十分困難。)
②氫燃料電池技術(shù)目前比較熱。一是專家在高峰論壇極力推薦,二是有聯(lián)合國支持示范項(xiàng)目,三是有些政府領(lǐng)導(dǎo)也比較熱衷。
現(xiàn)在問題來了,動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤了,氫燃料電池技術(shù)要用到車上的且入口在哪里?在公交,已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)了。理由如下:
a)目前純電動(dòng)公交車總體技術(shù)成熟度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氫燃料電池技術(shù),如:氫燃料電池壽命同樣滿足不了公交車的要求。
b)純電動(dòng)公交車要充電設(shè)施支持,而氫燃料電池同樣加氫站支持。而加氫站建設(shè)要重新起步。供電體系是完畢的,氫的來源在哪里?
c)氫燃料電池技術(shù)要用公交車上,目前他不能直接給大家供電,即離不開動(dòng)力電池的支撐。氫燃料電池公交車比純電動(dòng)公交車結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,添加更多的附件。
六、總結(jié)
①動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤,即使開發(fā)出氫燃料電池公交車在車輛技術(shù)上相當(dāng)成熟,但是其用戶的門已經(jīng)沒有了。
②如果公交車上的應(yīng)用不是氫能汽車的切入口,那切入口在哪里?還得繼續(xù)探索。
③一些專家認(rèn)為,氫燃料電池汽車在國外商品化基本成熟,我國相當(dāng)落后,我們必須要趕上;問題是我國已經(jīng)是純電動(dòng)汽車大國,尤其技術(shù)已經(jīng)超過外國,外國是不是一定要跟上我國純電動(dòng)汽車技術(shù)呢?顯然,邏輯上不通。
原標(biāo)題:中國動(dòng)力電池300瓦時(shí)/公斤實(shí)現(xiàn)后所帶來的影響分析

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