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欧阳明高: 2019新能源汽车技术热点评述和未来趋势预测

2019年12月23日(下午)中国电动汽车百人会论坛(2020)召开了媒体发布会,发布会现场有中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高发表了主题演讲。经过欧阳明高本人审定的内容如下:

2019年的特征概述:

第一,补贴退坡阵痛与全球转型大势,这是我第一个感受。国内看,补贴政策退坡,新能源汽车销量不及预期,其中商用车下降是最严重的,20万辆掉到10万辆。但是国际上看德国、法国、美国刚刚都发布了新能源汽车继续补贴的政策,尤其是美国特别令我感到意外的,计划将单个汽车公司20万辆电动汽车免税门槛提高到60万辆,我相信大家都知道。从中国公司看,比亚迪和宁德时代为代表的中国公司加快技术创新力度,尤其在电池技术方面,相继推出了C2P技术和刀片电池技术,这个应该是具有里程碑意义的。而且他们两家进一步扩大了国际配套公司的速度和规模。从跨国公司看,以大众公司为代表的汽车跨国大公司的战略取向清晰化,从规划转向行为,应该说基本上非常非常一致的,我只是说以大众公司为代表,只是他们说的比较多一点、说的比较肯定一点。从新兴公司看,特斯拉市值突破700亿美元,超过奔驰、宝马成为仅次于大众、丰田第三大市值高的公司,其中在上海的超级工厂建成,即将大规模量产,我们正在经受阵痛,但是全球转型已成大势。

第二个,新能源汽车动力系统的技术价值越来越受到重视。2019年锂电池获得诺贝尔化学奖。中国科协发布的2019年20个重大科学技术难题中包含高比能量动力电池和氢燃料动力电池系统这两个难题。此外,中国工程院发布的全球工程前沿2019,动力电池被提到4次,燃料电池提到2次,氢能与可再生能源提到4次,电驱动、混合电动驱动系统提到2次。

第三个,由补贴推动的快速增长比较脆弱,突然下降的确使人焦虑,但是由电动汽车技术经济性决定的市场前景已经非常明朗,也就是说我们遭受的实际上是一种阵痛。跟手机类比,我们现在PHEV和EV大概相当于手机1999年的时候,就是差不多20年前手机的状态,当然燃料电池可能比这个再晚十年。手机大概是在2000年之后基本上快速上涨,每个技术都是有一个S曲线的发展过程,现在我们正在S曲线坡的底部,即将要上坡,这是我个人从技术角度来看的。

第四,新能源汽车推动新能源革命的战略意义开始被认识,但还没有受到重视。以前我们谈新能源汽车都是从交通工具角度谈的,还有往往是基于化石能源谈的。其实新能源汽车要从新能源和交通电动化双重角度看,否则它的价值被大大低估,甚至会被误解。动力电气化——电池、燃料电池,氢能这本身就是新能源革命重要的核心技术。大家去看一下《第三次工业革命》那本书说到的新能源革命五大支柱:可再生能源转型、分布式电力系统、电池和氢气储能、能源互联网、纯电动汽车和燃料电池汽车作为用能、储能、回馈能源终端。概括而言就是:动力电气化、能源低碳化、系统智能化。新能源汽车具有交通工具和能源装置的双重属性,补贴新能源汽车以前总觉得补贴太多了,补贴个人好像觉得不公平,其实不是这样的,补贴新能源汽车其实也是在投资国家新一代能源基础设施,如果2035年我们有一亿辆电动汽车车载电池的储电容量就是50亿度电。从这个角度来看,补贴很值。

下面我想就三个问题:第一,插电混合动力PHEV。第二,纯电动EV。第三,燃料电池FCV,三种车的热点问题简单介绍一下。

第一.关于插电混合动力,PHEV在中国的定义是可以外接充电纯电动50公里以上并且当电量下降到一定程度后进入混合电驱动的电动汽车,增程式电动车只是采用串联混合电驱动的一种PHEV。

今年出现了什么情况呢? 外资企业的插电混动卖的非常火,这在行业里反响热烈。

从政策来看,“双积分”油耗核算是加权平均值,这个值在不断下降,要满足这个法规就必须做新能源汽车,PHEV属于新能源汽车,具有多种政策优惠,PHEV相对HEV实际上是有优势的。为什么呢?PHEV要增加电池容量肯定比HEV贵啊,但一般也就是贵1.5万到2万元。如果是20万的车,购置税10%把这个覆盖掉了,豪华车还能赚钱。另外因为用电比用油要便宜。还有一个最重要的,就是它不限行,混合动力是限行的,插电混合动力是新能源汽车,除了北京其它地方是不限行的。我估计限行的城市会越来越多、会非常普遍,限购的城市我预测不会越越来越多,按照政府发出的信号,它应该不会扩大、反而可能会缩小。这样一来,PHEV不仅成本跟常规混合动力HEV基本相当,同时它还有不限行的方便、还有使用费用的降低,它的综合效益是不错的(当然对于豪华大排量PHEV的政策优惠似乎太高了需要优化,例如采用PHEV综合油耗法规限值)。而客户的选择,刚刚说了性价比不差,另外安全性它跟HEV是一样的。还有一个便利性,它比HEV和EV好,HEV可能限行,而EV还有一个充电问题,PHEV又能充电、又能加油。另外它的残值会比EV高,因为现在EV总体看,二手车市场的残值偏低,需要有个过程,现在只有特斯拉会高一点。所以从市场客户选车的标准来看,安全、性价比、便利性、车辆残值这些也是符合客户需求的。

所以我个人估计今后五年PHEV是要上涨的,但是这中间会有一个高峰,这个高峰大概是在5年左右,我们估计繁荣期大概10年左右。为什么呢? 因为,根据我们的计算,2030年100公里纯电里程的PHEV与500公里纯电里程的电动车比总体拥有成本不具备优势,甚至在各方面EV都会超过PHEV。

《新能源汽车规划征求意见稿》提出2025年新能源汽车站比25%,这中间PHEV为实现这个目标会发挥重要作用。估计到2025年PHEV会达到峰值。现在PHEV在总量中间大概占20%—25%,我们估计2025年会有一个相当幅度的上升,当然纯电动汽车仍然会占新能源汽车的主体。但是到2030年PHEV会往下降,2035年我估计就没有太多了。所以整个繁荣期大概10年左右。因此,技术上尤其是国内企业需要通过系统平台化、部件模块化的共享,来简化开发流程、降低开发成本,避免折腾和浪费,这是非常重要的。

我这里举一个可以参考的例子,就是本田,大家知道本田今年发布了平台化战略,以前本田的技术路线非常多元,各种各样的都搞过,最后统一到一个平台,就是串并联混合动力平台。其实串并联平台很好理解,因为混合动力城区运行最好就是串联、高速公路最好就是并联。这可从内燃机的效率角度解释,因为城里负荷变化太大,内燃机经常在低效区运行,所以这个时候内燃机不能直接驱动车,必须把它切断,然后发电,发电之后再供电,这叫串联。在高速公路,一般内燃机负荷率在比较好的位置,当然以内燃机驱动为主,加速和超速的额外功率由电机提供。为什么就剩一个呢?因为可以平台化、模块化、共享化、降低成本,而且这种系统的机械结构极其简单,给电驱动系统技术快速提升提供了很大空间。很值得我们学习,国内自主厂家已经在朝这个方向走了。当然如果是SUV,现在比较定型的就是在后轴上加电机,前轴是一个轻混的并联,这是典型的配置。

 

第二个问题,关于纯电动。由于大规模推广,所以公众刚刚接受这件事情的时候,有很多迷惑的地方非常正常,我觉得在这方面我们的记者可以发挥很大的作用。我在10月30日中央电视台的《经济大讲堂》讲新能源汽车时专门回应了所有这些问题,包括里程焦虑、成本焦虑、充电焦虑、寿命焦虑、回收焦虑、安全焦虑,很多很多焦虑。我在那里面详细一一都回应了,如果大家需要的话,中央台网站上都有,这里不再重复介绍了。

我在这里只说一下最近我们应对这些焦虑的一些进展,比如说成本。2019中国动力电池成本降低到大概0.6元—1元/瓦时,这是一个范围,各种类型电池和各个厂家都不一样,这个已经很低了。大家知道,磷酸铁锂已经做到100美元/千瓦时以下。至于比能量,大家会说,磷酸铁锂比能量不够,其实磷酸铁锂比能量也在持续提升,以前我们大家都是着重在单体比能量在下功夫,但单体比能量提高到一定程度,锂离子电池现有材料体系是有瓶颈的,你要是把比能量做到足够高的话,你遇到安全瓶颈就要加附加装置,并不是说不安全,一加装置成本就上去了,所以它有一个平衡。今年电池厂在比能量方面我觉得做最漂亮的工作不是在单体,其实300瓦时/公斤的电池去年就已经出来了,今年是推向市场。今年我觉得宁德时代和比亚迪做的最棒的是在电池包上,以前叫单体电池、电池模块、再到电池PACK,基本上三个层次,现在基本上减少到两个层次,就是中间模块没有了,直接单体到PACK,中间层次去掉了,而这两个厂家不约而同都做了这件事情,一个是做的三元电池、一个是做的磷酸铁锂电池的,但具体做法不大一样,我们宁德时代叫CTP,他们也申请了很多专利,第一个电池包已经做出来了。电池包系统重量能量密度提升10%—15%,体积能量密度提升15—20%,大家知道我们车上体积能量密度是最重要的,零部件减少了40%。磷酸铁锂方面比亚迪的创新叫刀片电池,他们已经申请了专利,国外很多厂家对这个技术非常感兴趣。以前的电池很短的,现在整个电池一长条就像一个刀片,高度还是那么高,电池两侧接线和用作冷却风道、各种东西都放到两侧,中间就不放别的了,一片一片叠起来,叠起来刚度、强度还非常好,还可以做结构件,这是很重要的创新。而且电池单体制造成本还可以进一步下降,这是很重要的2019年的创新。由于比亚迪这种新电池提高了体积能量密度,所以以前认为磷酸铁锂电池跑不了500公里,因为装不了那么多电池,现在是可以的,一个A级车可以装到60度电没有问题,因为磷酸铁锂电池主要还不是重量比能量、是体积比能量偏低,因为它的材料压实密度偏小,所以这个创新可以把这个问题解决。

还有寿命和质保,大家总担心寿命,比亚迪电动大客车现在已经提出10年100万公里的质保,在商用车领域这已经非常高了。现在轿车分两种,如果是运营用的车,现在宁德时代是5年50万公里,因为运营的车跑的多,家用轿车是8年15万公里,因为15万公里已经差不多,我们一年也就是1万公里,已经15年,所以寿命已经不是问题了。另外我们担心的低温,现在宁德时代也做了新的一种自加热技术,可以到加热2度/分钟,这个不需要附加装置,就自加热,自加热靠什么呢?靠电机里的电感电容回路,进行高频振荡。所以低温的问题也有很大进步。

快充的问题,现在我们常规的电压平台,半个小时到45分钟充到80%是可以做到的,超级快充, 15分钟充80%是可以的,主要是负极上面我们改变点材料,当然增加一点成本。将来我们更多的可能是充10分钟能够走多远,这是最重要的。比方一个500公里的车,充一半不就是250公里嘛,现在我们充够5分钟续航100公里这是可以做到的,这比快充还要充满容易多了。

安全的理念也在升级,首先我们开始强调系统安全性,不是简单的单体安全性,以前把所有的精力都放到单体上,现在我们更多的是放在系统上,比方说只要把热蔓延防止住,就不会有事故,现在热蔓延的法规开始实施了。另外,更多的强调使用安全,还有就是电池系统、整车、充电桩整个的系统安全,更多的预警,而不是报警。比方说电压的监测、内短路、自放电都可以监测,所以现在电池厂更多的在电池管理上做文章,不是在改变材料,因为一改变材料要么就增加成本、要么就有什么副作用等等,非常复杂。现在是不增加成本,就改算法,或者利用大数据,就可以干很多事,这也是今年的一个技术特点。这是关于电池我就讲这么多。

刚才说的提高电池的比能量只是一个方面,更重要的是降低整车电耗,今年60度电续航500公里的车已经有好几款了,60度电续航500公里,车价20万左右。60度电续航500公里,就是说百公里12度电,大家知道我们2035规划也定出来2025年平均电耗12度电。降低整车电耗还是要从整车系统集成技术上想办法。这其中电驱动系统技术进步带来的重量和体积减少的贡献将是最大的。如果是内燃机或者油电混合动力汽车,我们打开前舱门,整个前舱里装满了动力系统部件。但电机的比功率越来越大、体积越来越小,电机控制器也一样。现在国内碳化硅电力电子器件已经好几个厂家在做。比亚迪也有碳化硅产业,未来代替IGBT,电力电子器件体积缩小80%。电机控制器体积大大减小后就会集成到电机上去,而且电机和电机控制器又跟车轴集成,整个是一体化电驱动车轴,我们的车载充电器慢慢会移到车下,就是由交流慢充变成直流慢充,因为直慢满充更容易做到跟电网互动。这样一来我们基本上前舱会慢慢的空出来,这样我们慢慢实现电动底盘平台化。跟现在的车就完全不一样了,现在我们叫承载车身是一个封闭的壳子,平台是虚拟的。大家知道现在丰田、大众都在搞电动底盘平台。最理想的电动底盘平台轴距可以灵活改变,底盘对各种车型的适应性好,车身轻量化之后花样就会非常多,非常灵活的做车型开发,这将会带来重大变革。所以这些都是刚才说的带有发动机的PHEV做不到的。所以我们预测,2030年前轿车领域纯电动在各种技术路线中会做到最优秀。

前面提到未来5年PHEV会繁荣,2025年可能达到峰值(取决于购置税减免政策和限行政策),但纯电动仍然是新能源汽车的主力。2025年左右纯电动乘用车综合成本可能小于燃油车(有的车厂会提前,不同车型也会不一样);2030年,500公里纯电动乘用车综合成本将可能小于100公里纯电里程插电混合动力乘用车;2035年纯电动乘用车将成为全部新销售乘用车的主流。所以,国家新能源汽车2035规划征求意见稿提出,2035年纯电动汽车成为主体。最近我也看到一个报道,大众首席战略官乔斯特,预计2040年欧洲70%汽车是纯电动车,他预测中国可能会超过85%。欧洲主要是为了碳排放。当然他也表示,未来燃油汽车仍然有一定的影响力,大众集团要到2040年才彻底结束燃油车的生产和销售、燃油车的比例会逐步的降低,而不是一蹴而就。

 

第三,关于氢能燃料电池,氢能燃料电池今年也是一个大热点,年初“两会”代表热议氢能成为媒体的热点,电池充电加氢基础设施写入政府工作报告,2019年被认为是中国氢能的元年。这半年来我见了好多国外大企业的CEO,比如BP、壳牌、西门子、法国EDF,美国AP等都是大型能源公司,都来找我谈氢能。欧洲出了很详细的大规划,就是面向低碳转型的全方位技术一揽子计划。新能源汽车里有氢能燃料电池,还专门有一个氢能和燃料电池的专项。很多中国能源大企业开始比汽车要更加积极的介入氢能。

我个人认为氢能是新能源技术体系的重要组成部分,如果把氢能跟化石能源相连,这个意义是不大的。所以我们重要的是,通过氢能把可再生能源发的不稳定的电,通过电解水制氢把它转换成氢能。所以氢能的合理性取决于它在可再生能源转型中的大规模能量储存。小规模、短周期储存其实锂离子动力电池等已经非常优秀。但是大规模、长周期需要氢能,尤其是中国西北部的这些集中式的,一望无际的光伏和风电,需要大规模、长周期的储存。另外,氢能有多元化利用需求,不仅仅是车要用,将来发电、航空、供热、工业原料、农业化肥、甚至医学、炼钢等等都要用。

从固定式储能角度看,氢能有几个优点:第一个,储氢比电池储电要便宜。如果车下储能的话,大概要差一个数量级,因为我一公斤氢是34度电,大家知道再便宜的电池,要是储能电池怎么也得800元/千瓦时,目前因为它是长寿命,储能电池一般要9000次循环寿命,所以一般要1千元/千瓦时以上,而氢能储能装置大概储1千瓦时能量约需100元(当然车载的时候情况不一样,因为车载由于体积限制加之氢燃料电池发电效率比电力电池储电效率低,所以会下降到3至5倍)。第二,跟储电有互补性。电池是高频双向调节,氢能是低频调节,这两个是互补的。第三,作为商品的属性更好,比如现在日本从澳大利亚购买液氢。与电比,氢相对作为一个商品属性会更好。第四储运方式灵活多样,有特别不合理的,但是也有合理的,现在在这上面争议很多,比方说长管拖车,不经济,你要是做管道运氢,建设成本又太高,所以在这儿纠结,当然这就要创新了。比方说我们可以长途输电、当地制氢。比如西部2000公里先把电输到北京附近再制氢,无论在哪里制氢对电网负荷的调节作用是类似的。现在国家电投已经在做示范。

为什么储能这么重要,因为可再生能源发电电价将来会极其便宜,储能的成本反倒会占很高的比例,所以我们看一种储能方式好不好,要看全链条,也就是可再生能源生产、运输、储存、利用全链条成本。你说太阳能发电就直接传输过来充电多好,干什么还制氢?其实只要电的成本足够低,制氢效率损失导致成本增加,但储存的成本可能高好几倍了,关键是看各自占比是多少。

今年由于氢能热,还有纯电动汽车补贴退坡,所以几个叠加起来氢能燃料电池汽车就变成了热点。但是也有很多人提出质疑,严重质疑,其中有一些观点看上去也是有道理的。所以既受吹捧、也受质疑。其实它既不是那么好,也不是那么差,关键是找到平衡点。

比方说铂资源,公众担心全球铂资源稀缺,其实我们现在全球每年生产8000万辆汽车,大多要用铂催化剂,但基本不消耗铂,是循环使用它。当然燃料电池用铂用量在初期比现在内燃机用的量大多了。但燃料电池已经从每千瓦1克铂,现在下降到0.3克了,下一步目标是0.1克,就是跟我们大型商用车的柴油机的催化转化器已经有点接近了,所以这不是一个特别担心的问题。还有一个是能效,比方说煤发电、电制氢、燃料电池再发电、电驱动车,不是弯弯绕嘛,绕来绕去干吗呢,听起来好像是这么回事。如果基于化石能源,这条途径当然是不好的,但混合动力、燃料电池、纯电动都会找到最佳的能源匹配,比如说混合动力肯定就是油电混合动力最佳。对于燃料电池,日本汽车公司的想法大多是天然气重整制氢,比如美国家家都有天然气,他给你卖一个像洗衣机一样的装置,在家制氢,而且本田公司搞的制氢装置出来就是高压,它是这么规划的。而且这个制氢的效率是70%,车上动力系统效率可以到60%,因为燃料电池有效效率大概50%,还有制动回馈,所以算出来超过40,挺高的。纯电动当然肯定就是用电网来的电。也就是说这三种动力都能找到一个相匹配的化石能源,最后的能效是差不多的。从这个意义上讲,如果基于化石能源,油电混合动力是很好很合理的。

为什么要搞新能源汽车呢?新能源汽车只有在向可再生能源低碳转型的时候,它的优势才会凸显。不仅仅是它要用新能源,而且它会反过来推动新能源的转型,如果它没有这个反作用的话,好像意义也没那么大。所以基于可再生能源,动力蓄电池和氢能成为储能的优先选择,纯电动汽车、燃料电池汽车成为智能低碳能源系统的互动终端,新能源汽车的优势才会凸显。

从长期看,当可再生能源发电量比例足够高,比如超过50%,大概2035年就可以达到,因为国家能源革命规划就是这么个目标。另外,可再生能源发电的成本足够低,低到多少呢?比如说1毛钱,现在的目标是2毛钱,比如青海那边上网电价,国家电投提出“2毛钱战略”,我们现在跟能源企业比较紧密,所以这些我们是比较清楚的。可再生能源将来是可以做到1毛钱的。另外,储能成本在可再生能源制、运、储、运全链条综合成本中占比足够高,假设占到50%—70%,当电价足够低的时候,储能成本占比就上来了。还有一条,燃料电池的效率也足够高,日本提了一个很激进的目标,60%到80%,,这样一来技术经济性就很优异了。但是这需要科学技术的新突破,战略思维的新理念和商业化的新模式,这个不是一蹴而就的,需要时间。目前发展燃料电池汽车的现实挑战还是氢能燃料电池全链条的技术经济性。

多大的挑战呢? 可以给大家看一个例子,日本氢能燃料电池乘用车技术路线图,2025年轿车燃料电池+储氢瓶+电池=5万元,但是500公里纯电动的动力电池约4万元,就是说500公里的车你在2025年就按照乐观的估计还是没法跟纯电动进行比较的。另外,它的动力系统的总体积会比纯电动大,因为它不仅要储氢、还有燃料电池,加起来的体积会比扁平化的电池体积要大,这样会挤占乘员的空间。另外,氢燃料电池轿车使用能耗和维保的费用会大大高于纯电动,除非你是换电池,2—3元/度,当然贵。但家用纯电动车一般不会那么做,大多数是的在家里慢充。

所以我们要给氢能燃料电池汽车定位。什么情境下它有优势呢? 前面说储电比储氢是要贵的,所以里程越长,当然收益就越大,但是纯电动除了电池就是电机了,氢燃料电池汽车除了储氢瓶还有一个燃料电池发动机,所以燃料电池是固定成本,不管你多长这个成本总是要的,就是说储氢的成本随着里程的增长可以累集出收益,来抵销掉燃料电池成本,这是平衡点。这个平衡点对乘用车来讲中长期看是500公里左右。但是商用车需要能量多,所以它的平衡点里程就比较短一点,比如二三百公里就到平衡点了,所以相对而言,氢燃料电池动力系统更适合于长途、大型、高速重载,应用于重型车,即柴油车。而锂离子电池最适合汽油乘用车。有人说你替代柴油机有必要吗,那才几辆,大家可别小瞧,虽然柴油车的数量比汽油车少很多,但是柴油消耗的总量,就是车用柴油与汽油消耗总量是差不多的,一辆柴油车至少顶10辆乘用车的油耗,排放总量也差不多,所以意义还是很大的。除此之外,还有轮船、飞机、潜艇、火车、作业机械等。

中国燃料电池商用车已经居世界首位,4000辆,所以我们要继续朝这个方向努力。燃料电池发动机的成本也在快速下降,现在跟5年前比成本大约已经降了一半,今后5年还要降一半以上。其实很多材料和部件是由于进口成本高,比如质子交换膜,进口一平方米2500元,现在变成国产,就1000元以内了,所以这个大家要有信心。从商用车角度看现在面临的挑战还是氢运输、车载储氢和加氢站。虽然你储氢比储电的成本要低,但是你的体积大。经常有人说氢能是能量密度最高的能源,但是那是重量能量密度,如果是体积能量密度就差不多是最低的了。另外,我们现在建加氢站还是比较贵的,而且对安全要求很高。

正是还有这些瓶颈,所以创新非常活跃,当然也有一些伪创新或者伪装成创新实际骗钱的这种东西也很多,大家也看到这一年来有不少报道。就是因为我们还有挑战,还不是最优方案,所以各种各样东西都冒出来了,当然需要创新,但是也要甄别伪创新。

最后,我对氢能燃料电池汽车做一个小结。氢能战略的必要性没有问题,但现实的技术经济性也是全球面对的共同挑战,出路在于创新。当前的市场突破口在哪里呢?首先,在弃风弃电弃水和副产氢富余的地方,尽量在当地使用,别长距离运输,一运就贵了。尽量是低成本、高安全储氢瓶能够覆盖的里程范围,比如35兆帕的氢瓶已经比较便宜了,可以用了。最好在温度较低的北方地区,为什么?我们燃料电池有百分之四五十是废热,这个在南方就不好用了,在北方可以用来取暖,反倒如果纯电动在北方还得用电来供暖,所以在这些地方是有竞争力的。主要还是在刚刚说的商用车上。还有地方政府愿意支持并且有大型能源企业愿意建加氢站。满足这些条件的就是市场突破口。现在还不是大范围全面铺开的时候,而是要重点突破,示范带动,以点带面,行稳至远,避免大起大落。氢能燃料电池汽车下一个目标重点是冬奥会的氢能示范,这是全球最大规模的氢能燃料电池汽车示范工程,只要把这件事做好,氢能汽车后面的发展就会比较顺利。我们现在正在为此努力,希望得到大家的支持。