新能源汽車發(fā)展離不開核心零部件技術的突破,在產(chǎn)銷量走高的同時,動力電池、電機控制器、智能駕駛技術等方面都迎來了一定突破。12月16日,在中國電動汽車百人會論壇(2019)媒體吹風會上,中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長、中國科學院院士歐陽明高結合《“十三五”新能源汽車重點專項》,總結介紹了新能源汽車技術發(fā)展現(xiàn)狀。
動力電池:中國企業(yè)開始走向國際
根據(jù)規(guī)劃,我國動力電池目標是到2020年能量密度達到300Wh/kg,實現(xiàn)與燃油車的競爭。寧德時代開發(fā)的高鎳三元正極和硅炭負極電池的比能量已經(jīng)達到304Wh/kg,產(chǎn)業(yè)化明年實現(xiàn),產(chǎn)品投放市場。在高功率動力電池方面,盟固利開發(fā)的高比功率長壽命電池單體技術指標全面優(yōu)于現(xiàn)有的國內(nèi)外產(chǎn)品,滿足插電式客車的需求。
從全球目前的情況比較來看,中國動力電池在比能量略占優(yōu)勢,循環(huán)性能與國外相當。現(xiàn)在中國電池已經(jīng)大規(guī)模走向國際,除了寧德時代、比亞迪,孚能也拿到奔馳的訂單,充分說明中國電池在產(chǎn)業(yè)化方面具有優(yōu)勢。
驅動電機:突破控制器核心技術
電機控制器價格貴,核心器件IGBT大多進口,譬如英飛凌公司的產(chǎn)品,今年這一狀態(tài)得到極大改善,2018年大約40%的IGBT來自中國企業(yè),譬如比亞迪,所以IGBT這一關鍵核心器件已經(jīng)被攻克。另外一個,IGBT之后很快要取代IGBT的是碳化硅,碳化硅是一個更先進的做控制器的電力電子芯片,頻率可以做到很高、效率可以做到很高、體積可以非常小。體積功率密度可以做到每升100千瓦,比現(xiàn)在要減少大概百分之七八十。中國也開發(fā)出了自主的控制器,國內(nèi)已經(jīng)有四五個團隊在做產(chǎn)業(yè)化。
特斯拉Model3使用的控制器就是碳化硅,比亞迪也宣布在2023年將全方位由碳化硅替代,估計在2025年會全方位的由碳化硅取代IGBT,這樣做的優(yōu)勢一個是驅動效率會提高幾個百分點,第二個體積會降低百分之七八十。
采用碳化硅控制器將可以通過大幅度提高電機的轉速實現(xiàn)電機比功率的升高。電機轉速做不到太高,因為太高之后控制器開關頻率上升,類損耗比較大、電機效率下降。碳化硅具有在高頻率時損耗低的優(yōu)勢,從而電機比功率可以大幅度提高。現(xiàn)在國內(nèi)電機轉速達到了15000轉每分鐘,正在努力實現(xiàn)20000轉每分鐘。
參照美國能源部2025年目標,電機的功率密度是50千瓦/升,碳化硅控制器是100千瓦/升,100千瓦的電機與控制器合起來3升的體積即可。當然有一個問題,就是匹配高速電機的大速比減速器,這是目前我國需要努力的一個方向。
整車:電耗與國外相比有差距
傳統(tǒng)12米大客車大整備質(zhì)量約11噸,電動化后由于電池重量增加,整車將近13噸。最近有一個重大突破,整備質(zhì)量減少到9噸,比原先的13噸減少了4噸重,比柴油客車還輕2噸,這是很重大的技術進步。
還有一個就是冬天取暖問題。尤其是在東北,零下30度限制了純電動車的銷售。現(xiàn)在通過采用熱泵空調(diào)技術,比如上汽,已經(jīng)在最新的產(chǎn)品中使用熱泵空調(diào),可以將30%的電加熱損失降低到只有10%,保障車外零下20度、車內(nèi)達到20度。
比較國內(nèi)外純電動汽車來看,現(xiàn)在國內(nèi)純電動續(xù)航里程,300公里以上的比例已經(jīng)達到81%,電池系統(tǒng)的能量密度140Wh/kg已經(jīng)成為主流產(chǎn)品。但問題就是百公里的電耗還偏高,與國外先進的百公里大概10度多的水平相比還有差距,降低電耗是一個永恒的主題。
燃料電池:產(chǎn)業(yè)鏈還不夠健全
燃料電池的戰(zhàn)略性不僅僅體現(xiàn)汽車上,還是能源革命的前沿技術,不僅是用在汽車上,更多的可能要商用車、火車、輪船、軍艦、發(fā)電到處都要。另外,集中式可再生能源要把能量儲存起來,最好的方式是把它變成氫氣,再通過天然氣管道運走,這是它的戰(zhàn)略意義。
從車載的角度來看,燃料電池一個核心的問題、永恒的主題就是降低鉑載量。油車也用催化劑,最高標準用鉑的載體大約0.1克/千瓦,燃料電池也是這個目標。美國能源部的目標是每千瓦0.1克,已經(jīng)在做產(chǎn)品的豐田燃料電池系統(tǒng)是每千瓦0.2克,國內(nèi)現(xiàn)在做的燃料電池大概也在這個水平。
但目前中國燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈不夠健全,技術和國外也有一些差距。例如膜電極的國產(chǎn)占有率大概百分之三四十,還是需要進一步突破的。另外高轉速的空壓機、儲氫瓶也要大幅度降低成本。除了自主研發(fā)以外,還要要把全球的產(chǎn)業(yè)鏈吸引到中國來。一汽集團、東風集團都已開始在燃料電池方面開始發(fā)力。
混合動力:插電式混動有優(yōu)勢
以前普遍認為中國的混合動力技術很差,和國外沒法比,但實際上,中國在混合動力方面更有優(yōu)勢的是做插電式混動,純電里程都是50公里以上,將來要70公里,最后要90公里。因為中國的車一般都是在城里開,有了50—70公里的純電動,油基本上就不怎么用了,省80%的油。
另外就是成本,除了省80%油是可以平衡一部分費用外,現(xiàn)在中國有一個新的技術,就是不用雙電機,只用一個電機,做并聯(lián)混合動力。國外的混合動力都是兩個電機,像普銳斯就是雙電機,國內(nèi)用一個電機一個控制器。另外,現(xiàn)在插電混合動力單離合即可滿足要求,與國外的雙電機雙離合器系統(tǒng)相比節(jié)省八九千元成本,用這八九千塊可以增加10度容量的電池,達到與國外先進混合動力相當?shù)某杀尽?/p>
智能化:從狂熱到理性回歸
智能化技術正在持續(xù)升溫,但是在過程中出現(xiàn)了一些回調(diào),所以智能化技術正經(jīng)歷一個理性回歸的過程。有進展的是,國產(chǎn)輔助駕駛系統(tǒng)已經(jīng)開始量產(chǎn),主要是恒潤科技,總銷量已經(jīng)到5萬臺以上。另外激光雷達是智能駕駛最核心、也是成本最高的一個技術,像百度用的激光雷達,6萬美元/個。激光雷達以前是機械式的,現(xiàn)在做成固態(tài)的,國內(nèi)有一家公司叫禾賽科技已經(jīng)有比較大的進展,處于目前世界上的先進水平。現(xiàn)在禾賽科技激光雷達的科技,包括了中國、美國、德國的OEM,還有美國60家具有公開道路駕駛牌照的高科技公司中超過1/3是禾賽科技的付費客戶。
最后,歐陽明高總結道,有五大方面需要繼續(xù)提升:第一,純電動車的電耗要進一步下降,混合動力的發(fā)動機能效要進一步提高。第二,燃料電池的深層次核心器件,包括膜電極、空壓機、氫瓶還需要進一步突破。第三,動力電池的安全性要繼續(xù)突破,隨著比能量的提高,要以更加先進的安全技術加以保障。最近國內(nèi)在固態(tài)電池方面也有一些進展,要繼續(xù)往前推進。第四,一體化電驅動系統(tǒng)的減速器,高減速比的減速器都是發(fā)展必需的。第五,智能化所需要的核心芯片,尤其是計算芯片,還需要再進一步的突破,在芯片上繼續(xù)下工夫。
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