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1月20-21日，2018中國(guó)電動(dòng)汽車100人論壇在北京釣魚臺(tái)國(guó)賓館舉行。本屆論壇以“把握全球變革趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展”為主題，聚焦全球新能源汽車發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)、汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)重構(gòu)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合、未來就智能汽車、核心技術(shù)突破、產(chǎn)業(yè)政策趨勢(shì)、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展等熱點(diǎn)問題進(jìn)行交流。以下內(nèi)容是《汽車》雜志根據(jù)中國(guó)電動(dòng)汽車百?gòu)?qiáng)常務(wù)副理事長(zhǎng)、中科院院士歐陽(yáng)明高在本次論壇上的發(fā)言整理而成。
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固態(tài)電池的發(fā)展技術(shù)路線，從電解質(zhì)來看，將從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合，到固態(tài)，最后到全固態(tài)?；诟呷萘扛讳囌龢O和高容量硅碳負(fù)極的創(chuàng)新型固態(tài)電池將成為動(dòng)力電池。長(zhǎng)期發(fā)展的重要目標(biāo)系統(tǒng)之一，電動(dòng)汽車的充電趨勢(shì)將是私人交流充電樁日常慢充+公共快充和補(bǔ)充充電相結(jié)合
本文圍繞純電動(dòng)乘用車的技術(shù)發(fā)展方向，分為三個(gè)部分。一是高能鋰離子電池技術(shù)，二是電動(dòng)汽車能耗和節(jié)能技術(shù)，三是快速充電和智能充電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)常務(wù)副理事長(zhǎng)、中科院院士歐陽(yáng)明高
真正的全固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)遠(yuǎn)未成熟
“十二五”以來，我國(guó)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池取得長(zhǎng)足進(jìn)步。動(dòng)力電池系統(tǒng)的比能量逐年增加，成本不斷降低。
從國(guó)際來看，2020年前全球電池能量密度目標(biāo)基本為300Wh/kg，國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平，但安全性研究有待加強(qiáng)。日本和韓國(guó)的目標(biāo)與我國(guó)不一樣。他們追求更多的體積能量比，因?yàn)轶w積能量比對(duì)汽車來說可能更重要。 的 280 Wh/kg 電池的體積比能量為 720 Wh/L。日本和韓國(guó)的質(zhì)能轉(zhuǎn)換目標(biāo)分別為 270 Wh/kg 和 280 Wh/kg。這一目標(biāo)可在2020年前實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)業(yè)化。
另一方面，2017年是固態(tài)電池最熱的一年。值得一提的是，中科院寧波材料研究所與贛鋒鋰業(yè)攜手，計(jì)劃2020年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
2017年全球固態(tài)電池升溫，日本在無機(jī)硫化物固態(tài)電解質(zhì)方面取得重要突破。豐田推出固態(tài)電池量產(chǎn)計(jì)劃，2022年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，目前重量比能量為200Wh/kg，體積比能量為400Wh/升。除非固態(tài)電池可以在內(nèi)部串聯(lián)起來，才有可能提高系統(tǒng)的比能量，也就是電池變成雙極性。目前由于加入了部分液態(tài)電解液，串聯(lián)后內(nèi)部電解液會(huì)流出。造成短路，所以現(xiàn)在內(nèi)部串連的不多。
過去一年60伏電動(dòng)車需要充多長(zhǎng)時(shí)間，以無機(jī)硫化物固體電解質(zhì)為核心的固態(tài)鋰離子電池取得了重要進(jìn)展。但受固固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負(fù)極可充電性的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟。. 我們認(rèn)為，從電解質(zhì)的角度來看，固態(tài)電池發(fā)展的技術(shù)路線將從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合，到固態(tài)，最后到全固態(tài)。負(fù)極會(huì)從石墨負(fù)極、硅碳負(fù)極60伏電動(dòng)車需要充多長(zhǎng)時(shí)間，最后到金屬鋰負(fù)極，目前還不能確定。
鈷和鎳都是戰(zhàn)略材料，下一個(gè)目標(biāo)——高比能量電池正極主要是無鈷無鎳材料。在400Wh/kg高比能量動(dòng)力電池方面，國(guó)家電池創(chuàng)新中心開展了富鋰錳基固溶體工程技術(shù)研究。中科院物理所團(tuán)隊(duì)在承擔(dān)國(guó)家專項(xiàng)中，在富鋰錳基固溶體材料的衰減方面做了一些工作。此外，值得注意的是，新型結(jié)構(gòu)的富鋰正極材料主要由北大項(xiàng)目組承擔(dān)。首次研制出比容量為/g的正極材料。這是傳統(tǒng)鋰離子正極材料的重大突破。這為實(shí)現(xiàn)鋰離子電池 500 Wh/kg 的目標(biāo)開辟了可能性。
由于富鋰正極的高電位，氧氣必須在4.4伏以上才能參與反應(yīng)，傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)無法與之匹敵，因此可能的辦法是將富鋰正極材料與固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合，因此基于高容量富鋰正極、高容量硅碳負(fù)極的創(chuàng)新型固態(tài)電池將成為動(dòng)力電池長(zhǎng)期發(fā)展的重要目標(biāo)體系之一。過去，我們一直認(rèn)為鋰硫和鋰空氣電池是未來的發(fā)展方向?，F(xiàn)在有另一種選擇。鋰硫電池對(duì)汽車來說是一個(gè)挑戰(zhàn)，在儲(chǔ)能方面可能更有前途。
電動(dòng)汽車用高比能量動(dòng)力電池的開發(fā)安全始終是第一位的，其次才是比能量等性能指標(biāo)。
降低電動(dòng)汽車能耗的五項(xiàng)技術(shù)措施
目前電動(dòng)汽車整體能耗較高，續(xù)航里程的增加需要依賴電池比能量的提升。但是，主機(jī)廠不能將電動(dòng)汽車的技術(shù)改進(jìn)全部扔給電池廠。整車集成的核心技術(shù)是降低功耗。功耗是純電動(dòng)汽車集成度的最重要體現(xiàn)。新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)研發(fā)項(xiàng)目之一是到2020年實(shí)現(xiàn)百公里電耗10千瓦時(shí)的純電動(dòng)汽車（車長(zhǎng)4.5米）（工況法）。對(duì)于練習(xí)場(chǎng)，這是最好的方法。
如何降低功耗？首先，減輕體重。我們目前的車輛重量偏高。
二是抵抗力低。降低電動(dòng)SUV的風(fēng)阻系數(shù)是國(guó)產(chǎn)純電動(dòng)乘用車的節(jié)能重點(diǎn)之一。這可以使用一個(gè)全新的平臺(tái)，不能完全從傳統(tǒng)車輛改裝而來。
三是提高電驅(qū)動(dòng)效率?，F(xiàn)在跨國(guó)汽車零部件集團(tuán)競(jìng)相開發(fā)集成電驅(qū)動(dòng)橋，進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)與我國(guó)電驅(qū)動(dòng)企業(yè)展開競(jìng)爭(zhēng)。
四、制動(dòng)能量回收。國(guó)際標(biāo)桿車型的制動(dòng)回收效率普遍較高。國(guó)內(nèi)制動(dòng)能量回收技術(shù)雖然取得了進(jìn)步，但實(shí)際應(yīng)用薄弱，亟待完善。
第五，熱管理。溫度對(duì)實(shí)際工作功耗的影響最大。低溫條件下的耗電量比常溫條件下高出50%，冬季行駛里程大幅下降。
怎么做？新一代熱泵空調(diào)技術(shù)取得重要突破，正在進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。我們必須注意這項(xiàng)技術(shù)。還有電池加熱，這是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。
智能充電將引發(fā)能源革命
一是私人充電樁建設(shè)率不斷提高，“一車一充電”的目標(biāo)應(yīng)以主機(jī)廠為主。第二，全國(guó)公共慢充樁的充電利用率不足10%，這意味著公共慢充交流樁基本處于閑置狀態(tài)。因此，電動(dòng)汽車的充電趨勢(shì)將是私人交流充電樁日常慢充+公共快充的組合。從現(xiàn)在的接觸式交流慢充到未來的無線充電，技術(shù)路線清晰。關(guān)鍵是使用什么樣的快充，這是目前面臨的最大問題。
歐美國(guó)家規(guī)劃，2020年后，汽車電池容量基本達(dá)到100千瓦時(shí)，續(xù)駛里程達(dá)到500公里，充電時(shí)間定為15分鐘，充電功率為350千瓦。目前我國(guó)乘用車直流快充普遍在50千瓦左右。未來將實(shí)現(xiàn)350千瓦的大功率充電。電動(dòng)汽車的電壓將提升至1000伏，充電電流為400-500Ah，超出了現(xiàn)有產(chǎn)品組件的性能邊界。，將對(duì)我們現(xiàn)有的純電動(dòng)汽車整體技術(shù)體系造成嚴(yán)重沖擊，同時(shí)也會(huì)對(duì)安全帶來重大風(fēng)險(xiǎn)。
大功率充電的技術(shù)準(zhǔn)備必須從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮。基礎(chǔ)設(shè)施不能來回翻，必須考慮下一個(gè)10年。未來10年，中國(guó)分布式可再生能源將成為發(fā)電的主要能源，因?yàn)楣夥鼉r(jià)格持續(xù)下降，預(yù)計(jì)5-10年內(nèi)低于煤電。
因此，智能充電將引發(fā)一場(chǎng)能源革命。面向未來的是新能源智能電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車+智能駕駛+智能充電是未來的趨勢(shì)。其中，智能充電可能沒有智能駕駛那么難，但更容易推廣。我們還需要開辟能源智能的另一個(gè)大空間。中國(guó)電動(dòng)汽車有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，互聯(lián)網(wǎng)有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，光伏技術(shù)有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。如果綜合這三個(gè)優(yōu)勢(shì)，相信我們的變道超車一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。
未來充電發(fā)展愿景是基于電池儲(chǔ)能V2G微網(wǎng)，即車電交互，利用分布式可再生能源和電動(dòng)汽車微網(wǎng)穩(wěn)定快充負(fù)荷。如何與電動(dòng)汽車快充用電高峰和可再生能源間歇性用電高峰協(xié)調(diào)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平衡穩(wěn)定？我們提出的解決方案之一是交流慢充，功率在3千瓦到20千瓦之間，占充電總量的80%以上。慢充為主，輔以快充，逐漸從120千瓦過渡到350千瓦，占充電容量的15%。未來2-3年，我們可能需要30分鐘充到40%的SOC，3-5年半小時(shí)充到60%，5-10年15分鐘充到75%。
最后，個(gè)人充電樁爭(zhēng)取1:1匹配，成為充電主體。電動(dòng)乘用車公共快速充電站的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：
到2020年，從60千瓦以下快充發(fā)展到150千瓦以下快充，推廣自用電樁，同時(shí)研究以大功率快充為代表的各種充電技術(shù)；2020年至2025年，展示新一代充電技術(shù)。大規(guī)模V2G示范應(yīng)用；2025年后，推動(dòng)新一代充電技術(shù)和大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施改造。能源運(yùn)輸系統(tǒng)的一場(chǎng)革命。
2018 C100論壇相關(guān)報(bào)道
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