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寒梅的博客

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国内外新能源汽车技术发展现状与趋势  

2016-08-10 22:56:18|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        七月初,在中汽研举办的新能源汽车高层研讨会上,来自各个领域的专家汇聚以此,共同探讨了国内新能源汽车产业的发展困局与发展规划。尤其是后进入的野蛮者开辟了另一个路径,将无人驾驶与电动汽车两者嫁接在一起研发之后,传统车企更应该提高警惕,进行资源整合,着重研发动力电池,从根本上突破瓶颈,实现弯道超车。首先,我们来了解下国内外新能源汽车技术发展现状与趋势。以下来自中国汽车工程学会副秘书长 侯福深的现场演讲。
        2011年,全球新能源汽车的年销量是5万辆规模,去年接近60万辆,总的保有量估算超过了130万辆的规模,进入到了一个规模产业化的阶段。今年上半年的势头还继续在保持,同比1-5月,全球新能源汽车销售了23.4万辆,同比增长将近70%。
        从国家来看,去年我们有一个令人欢欣鼓舞的标志性进展,就是超过美国成为全球最大的新能源汽车产销国。去年我们将近38万辆的产销量,约占全球总量的64%,全球60%以上的新能源汽车在我们国家,从产业的规模、市场化的进程来讲,我们确实是引领者,但在技术上还有很大差距。
    全球新能源汽车发展概况及总体趋势

        从国家看,美国这些年发展比较平稳,新能源汽车基本上10万辆/年的销量。日本现在的量不是特别大,特别去年还有比较大幅度的下降,我们分析主要是受油价的影响,另外就是日本普通的混合动力汽车发展非常快,实际上它总量是有限的,此消彼长,可能在某种程度上也影响到纯电动汽车的发展。在欧洲,像法国、英国,发展还是比较快,都有百分之四五十的增长。
        从车型来看,现在新能源汽车按我们国家的界定,主要就是纯电动和插电式混合动力,还有燃料电池汽车。目前,主要还是在纯电动和插电式混合动力这一块,特别是纯电动汽车的量最大。燃料电池汽车现在从全球看处于产业化的初期,也就是产品的市场导入阶段,主要的销量是在日本、美国,实际上主要是丰田的销量。去年大概是500辆的市场规模。

 

        主要畅销的车型中,纯电动的还是占多数,有12个,特别是特斯拉,现在还是全球的销售冠军。中国也有九款车进入到全球畅销车型前20名的行列,在市场化方面确实处于领先的位置。
        总的技术趋势,新能源汽车有两个方面。一是新能源本身的一些技术发展,这个大的趋势大家都很清楚,无非重点核心还是在动力电池方面,如何提升能量密度,如何提升续驶里程,包括降低成本。但是我们也从另外的层面看一下整个汽车产业的趋势,也是新能源汽车发展的一个大趋势,我想主要有三个方面:轻量化、智能化、低碳化。
        轻量化:每减重1%,带来的节能效果还是非常显著的。特别是对新能源汽车来讲,因为现在电池的能量密度还比较低,整个车重还是比较重,对新能源汽车来讲更需要轻量化。与此同时,轻量化带来的不光是技术上的进步和革新,更重要的是它会带来一些对我们传统制造加工工艺,包括生产模式的重大变革。
        比如说像宝马i3,大范围地使用了碳纤维的材料,它现在整车的重量只有1195公斤,比传统车减重了250-350公斤,减重的效果是非常明显的,而且它车身的重量仅仅180公斤,整个复合材料的使用率达到50%。
        所以现在碳纤维这种新型轻量化的材料未来在电动车上可能会首先进行普及和应用。另外,像特斯拉也在铝合金的材料运用上也做了大量的工作。
        智能化:这两年非常热,甚至某种程度上来讲,我自己感觉现在有一种超过新能源的热度,无论从传统车来讲,还是和电动车的结合来讲,都是一个新的发展热点。对于电动车来讲,更有应用的优势,因为本身电控的水平程度比较高。按照国际上大家共识的发展前景来看,日本和欧洲目前的预计,实现全自动的驾驶大概在2025-2030年的阶段,也就是十年左右的阶段。我想这也是需要大家来关注的重要方向。
        低碳化:这里讲的低碳化实际上是一个全生物周期的概念,我们现在发展电动车在社会上还是有不同的声音,包括对电动车到底减不减排还有质疑,主要因为电力的结构,煤电将近70%的比例,如果电动车的能耗不能控制在合理的程度,确实会存在不减排的状况。从未来的角度来看,必须要引入可再生能源,真正实现生物周期的低排放和零排放。这不光是我们所关注的,这些年国际上对这块也投入了很大精力,特别像欧洲、美国、日本在这方面都做了很多试验验证的工作,积极推动新能源汽车和可再生能源的融合,这个未来也是我们重要的发展方向。
        非常重要的环节是,如果说新能源汽车和可再生能源,包括智能电网的融合,它不光是解决了环保效益的问题,更重要的一点,它还能带来在经济性方面的收益,特别是电池的梯次利用。如果能够实现动力电池的梯次利用,对新能源汽车降低成本,能够快速地普及会发生非常重要的推动作用。
         国内新能源汽车技术进展
        分车型来看,我们现在主要还是以纯电动汽车为主。纯电动汽车里,商用车和乘用车的数量相当,这也是我们与国外不太一样的地方。在全球看,国外的重点还是在乘用车。我们对去年市场上销售前10名的也做了一下统计,目前销量的冠军还是插电式的,比亚迪·秦的量是比较大。在前10名的车型里,纯电动的有7款,插电式的有3款。

 

        具体来看技术的进展情况。对于纯电动乘用车来讲,整车全新结构适应电动车特点的专用的电动化底盘的开发,包括全新结构的整车开发,这是一个非常重要的标志。因为前期基本上都是改装车,都是在原有燃油车的基础上进行改装,所以很多性能得不到优化。
        对标国际来看,我们认为,国内的技术水平与国外的产品有两三年的差距,也就是半代产品的差距。
        从能耗和动力性能上来看,这是显性的指标,日产的LEAF是一款代表性的车型,这款车的车重将近1.5吨,它的能耗百公里是在11.4度的水平。看看我们现在的一些产品,在能耗水平上还是有欠缺,比如说上汽的150,车重比人家的轻了将近400公斤,但是电耗比人家的略高一点。说明国内的整个性能的优化,低能耗方面还要继续下工夫。所以目前新能源汽车补贴政策里也在酝酿,除了对纯电动乘用车子有续驶里程的要求之外,要增加对能耗的一些要求。
        动力方面,加速的时间和国外也有比较大的差距。这两个指标是大家能看到的,显性的指标,实际上内在的一些指标,包括我们的可靠性,还有整个车辆操控的品质、舒适性等方面的性能,这都是我们直观看不到的,但是这些方面正是我们差距更大的方面。
        新能源客车方面,在技术上我们还是处于领先的地位,市场应用规模在全球也是最大的,而且这个领域也是创新最活跃的,各种技术方案层出不穷,在各地都得到了规模化的实际应用。

 

        这里也对各种方案作了汇总,主要的技术方案现在有这么几种,包括长续驶里程、慢充方案,也包括短续驶里程、快充的方案,比如说钛酸锂的方案,还有换电的方案,也包括在线充电,利用超级电容的方案,还有增程式的方案以及插电式混合动力的方案。各地可以根据自己实际情况有针对性选择,这些方案从经济性的角度来看,长续驶里程、慢充的方案和换电的方案,成本比较高,大家在选择的时候,对经济性要做深入的分析。


 

        这是零部件的一些情况。目前,我们从电机方面来讲,从产品上看,我们基本覆盖了200千瓦以下的新能源汽车车用电机动力的需求。驱动电机的功率密度、效率这些技术水平与国际水平基本相当,峰值功率大多在2.8-3000瓦/公斤。我们现在也正在开发高转速电机,而且也得到了应用,最高的转速现在能够达到12000转的水平。
        电池的进步较为明显。磷酸铁锂的电池得到了大规模的普及应用,能量密度从2007年的90瓦时/公斤提高到目前140瓦时/公斤。三元材料这近几年得到了重视,也开始批量化地上车,能量密度能够得到180瓦时/公斤,与国际单体的水平基本上同步。
电池的系统价格从2007年的5元/瓦时下降到了3元/瓦时。功率型的电池,比功率最高达到了3000瓦/公斤。另外,钛酸锂的电池也解决了气胀等一系列的技术问题,也得到了实际的应用。
        整车控制和集成这一块,骨干的整车企业现在都具备了开发的体系和开发的能力,特别从系统到软件到硬件三个层级都具备了这样的能力。特别在软硬件开发模式中,也兼容了全球最先进的体系,基本掌握了纯电动的整车集成控制、评价技术。
        在充电机、电动空调方面,我们也研制开发出了相应的产品。特别是空调,大家都很清楚,空调制冷、制热对电动车的能耗影响非常大,对续驶里程的影响也非常大。我们现在主要应用的在加热方面,还是CTV的方式。但是我们这几年,从学会角度也在推动高效的热泵空调技术研发。目前,我们的样机也出来了,这两年重点解决产业化的问题。

    制动方面,我们也取得了一系列的进展,包括电动的助力转向系统,应该说也已经实现了产品化。
        在燃料电池方面,我们目前还处在技术研发的阶段,我们与国外的差距,按照我们的判断来讲,目前差距在拉大,而且特别在产业链的角度来讲,差距更大。国外整车在燃料电池研发过程当中,作用和决策发挥了非常重要的作用,关键的零部件,包括到材料的产业链、研发的体系非常完善的。我们国家在产业链环节缺失非常严重,很多关键部件解决不了,这么多年攻关下来解决不了,还需要依赖国外的进口。
    国内新能源汽车技术发展状况——差距分析

        目前我们的技术状况,我们从冷启动方面可以实现零下20度的冷启动,但是国外都是零下30度以上的水平。我们的寿命3000小时,国外至少在5000小时以上。功率密度,我们现在达到2000瓦/升,功率密度是2000瓦,重量的比功率是1000瓦,能量效率60%,特别是铂的分担量是0.6克/千瓦,对我们自己来讲,降的幅度还是比较大的,但是对比国际来讲,我们确实还有挺大的差距。前两天,我在西班牙开IEA燃料电池协议工作组会议,现在日本做到了0.2克/千瓦的水平,未来的目标是0.1克/千瓦。所以铂用量的降低,直接影响到燃料电池成本的下降。
        从整车上来看,我们开始从轿车到客车的开发,也进行了小规模的试验。但是现在整车企业的参与度还不高,在这方面的投入也严重不足。我国的轿车和客车与国外比较,车辆的效率、续驶里程、成本、耐久性、加氢的时间、低温启动的性能等方面,我们全方位地落后,这确实需要行业重视起来。
        在纯电动和插电式方面,主要还是在关键核心技术方面落后于国外。比如说纯电动汽车,批量化的生产工艺、质量控制和可靠性紧密相关的方面,我们还是欠缺的。在成本控制方面,我们现在还需要进一步提升。
        在插电式混合动力汽车方面,我们的技术难点更多,因为它相对比较复杂,包括混合动力专用的发动机,包括增程器、机电耦合装置、电机系统等等,这些关键的零部件差距也是比较大。
        对于电机和电力电子总成方面,电机的转速和控制器的功率密度依然要提升,电力电子的集成度现在还不高。电池和管理系统也涉及到一致性、可靠性的问题,包括集成的问题。整车电控这方面,我们在整个验证、测试、标定方面的经验积累还不够,我们还有很多技术工作需要去做。

        在燃料电池方面,我们对于轿车用的发电机,其功率明显低于国际的水平,最根本的原因是我们的功率密度现在比较低。
        耐久性方面,我们考核做得还不够充分。举个例子,现在客车的耐久性只能是3000小时,国外已经做到1万小时以上的水平。
        国内新能源汽车技术发展趋势 

 

        从发展趋势上来看,大家看到这个图还是比较令人震撼的,这是国际能源署IEA的预测。从2020年开始,传统汽柴油汽车的市场份额开始进入到下降的通道,新能源汽车,包括普通的混合动力汽车在未来应该说是市场份额持续扩大的趋势。
        右上角的这张表是我们的技术路线图课题组对未来形成的预测和判断,中国新能源汽车年销量的目标,2020年预计在200万辆的规模,到2025年是500万辆,到2030年是千万辆的市场销售规模。

 

        这是分阶段的技术发展目标和路径。从整车来看,主要的工作是降重量、降能耗、提高续驶里程,这是主线。对于插电式混合动力,最主要是降低油耗,这个油耗与以前提的油耗不太一样。以前提的都是综合油耗,把电耗和油耗折算在一起,现在提出来下一步要重点考核混动模式下的油耗,要真正检验插电式混合动力汽车的混合动力系统的技术水平,我们相应地提出了这样一些油耗指标的要求。
        对于电机,还是要提升比功率和比扭矩,对于电机的控制器要提升功率的密度。
        对于电池,我们有专门的电池的技术路线图的专题组,我们现在提的目标是到2020年单体比能量达到300瓦时/公斤,2025年达到400瓦时/公斤,到2030年达到500瓦时/公斤。我们目前的最好水平是180瓦时/公斤,到2020年要达到300瓦时/公斤,这个挑战非常大。
        对于成本,单体成本到2020年要降到1元/瓦时,系统的成本要降到1.3元/瓦时,2025年单体的成本要降到0.8元/瓦时,系统的成本要降到1元/瓦时。到2030年,单体的成本要降到0.6元/瓦时,系统的成本要降到0.8元/瓦时。成本要逐渐降低。

 

 

        燃料电池除了车之外,氢能也是非常关键的一个环节。到2030年基本上是采取了大规模的集中制氢和分布式制氢并行的技术方案。在2025年之前,大规模的集中制氢主要是焦煤气和驰放气这种技术方案制氢,2025年之后是大型煤制氢。对于分布式制氢,逐渐会更多引入可再生能源的分布式制氢。
        对于燃料电池整车的目标,从发动机来讲还是要提升功率的水平,轿车和客车都是逐渐提高。
        寿命方面,要从目前轿车和客车分别3000小时、5000小时要提高到5000-10000小时(2020年)。成本要有显著的下降。
        燃料电池方面需要做的工作,从材料、部件、发动机、动力系统到整车、氢能的利用,包括到规模化的示范,都需要完整的、全面的、系统的往前推进。

 

        来源:车云网

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