中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高：國內公共慢充樁利用率低 充電智能化勢在必行
圖為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發(fā)表主題演講
2018年1月20日，以“把握全球變革趨勢實現(xiàn)高質量發(fā)展”為主題的中國電動汽車百人會論壇（2018）在京召開。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在高層論壇上發(fā)表主題演講。
以下為演講實錄：
尊敬的徐部長、陳清泰理事長，各位同行，大家下午好！我代表國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項總體專家組，從技術角度對電動汽車的進展做一個評估和展望。新能源汽車重點研發(fā)專項專家組今年會推出年度技術進展評估，包括電動汽車各方面，也會有書面材料，屆時將借助百人會來發(fā)布。
由于時間關系，本次論壇不能對各個領域全面評述。從新能源汽車增長的態(tài)勢來看，目前市場55%都是純電動的乘用車，因此我將重點針對純電動乘用車進行分析并提出相關建議。匯報分為三個部分，一是高比能量鋰離子電池技術，二是電動汽車能耗與節(jié)能技術，三是快充與充電網(wǎng)智能化技術。
第一部分，高比能量鋰離子電池技術。
十二五以來，我國電動汽車動力電池已經(jīng)取得重大進展，從十五到十三五，逐步走向快速發(fā)展的道路。動力電池系統(tǒng)比能量在逐年提升，成本在不斷下降。
基于國產(chǎn)高鎳正極材料，尤其NCM622材料，2017年底方殼電池單體能量密度超過200瓦時/公斤，全部電池單體能量密度在230±20瓦時/公斤。
基于新一代動力電池熱失控防控技術，2017年底電池系統(tǒng)能量密度接近160瓦時/公斤，比方單體能量密度為195瓦時/公斤的三元方殼電池系統(tǒng)能量密度達到158瓦時/公斤，單體能量密度200瓦時/公斤電池能做到160瓦時/公斤，質量成組效率可以達到77%，循環(huán)壽命超過3000次，其中很重要的就是熱失控防范技術，如果沒有該技術，這么高的比能量是很難做到的，因為單體電池要完全杜絕熱失控，目前還是非常困難的，所以必須要從系統(tǒng)角度來防范熱失控的蔓延。
下面進一步對專項里面研發(fā)進展做一個簡單介紹。
寧德時代新能源、力神、國軒承擔新型鋰離子動力電池項目，采用高鎳三元正極和硅碳負極，軟包電池能量密度都達到了300瓦時/公斤，其中部分樣品的性能指標已經(jīng)接近應用要求，這里（圖）我展示的是寧德時代新能源B樣的一些指標，基本上接近使用要求。有些單位動力電池的安全性還不能完全滿足國標，寧德時代已經(jīng)都通過，這是安全性檢測（圖）。
從國際來看，2020年前全球的目標基本上都是300瓦時/公斤，國內外的技術研發(fā)基本處于同一水平，但是安全性的研究尚待加強。可以看出（圖），日韓目標與我國還是不太一樣，他們更多的是追求體積比能量，因為對轎車來講體積比能量可能會更加重要，他們一般都是叫體積比能量，質量比能量他們反而沒概念，松下280瓦時/公斤電池體積比能量要做到720瓦時/升。日韓質量比能量目標在270瓦時/公斤、280瓦時/公斤的比較多，這個目標在2020年前可以實現(xiàn)并產(chǎn)業(yè)化。
另外一方面，2017年是固態(tài)電池最火熱的一年，我們對這方面也要做一些點評。這（圖）是國內各個單位所開發(fā)的固態(tài)電池的指標，我在這里不詳細介紹，值得一提的是，中科院寧波材料所與贛鋒鋰業(yè)在攜手計劃2020年產(chǎn)品進入市場，其他的應該說科研單位較多。
全球固態(tài)電池2017年全面升溫，日本在無機硫化物固態(tài)電解質方面取得重要突破，豐田公司出臺固態(tài)電池量產(chǎn)計劃，在2022年實現(xiàn)商品化。當然，我們還要等幾年看看是不是能夠如期的產(chǎn)業(yè)化，目前的重量比能量是200瓦時/公斤，體積比能量是400瓦時/升。固態(tài)電池除非能夠在內部進行串聯(lián)連接，才有可能提高系統(tǒng)的比能量，也就是電池變成雙極性的，目前由于要加入部分液態(tài)電解質，所以串聯(lián)多了之后會導致內部的電解液流出而引起短路，所以現(xiàn)在內部串聯(lián)不是很多。
一年來，以無機硫化物固體電解質為核心的固態(tài)鋰離子電池取得重要進展，但受到固固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負極可充性問題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬電池技術還遠未成熟。我們認為固態(tài)電池的發(fā)展技術路線，從電解質的角度會從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合，到固態(tài)，最后到全固態(tài)。負極會從石墨負極、硅碳負極，最后有可能到達金屬鋰負極，但目前無法確認。
鈷和鎳都是戰(zhàn)略物資，下一步目標——高比能量電池正極主要是無鈷無鎳材料。在400瓦時/公斤高比能量動力電池方面，國家電池創(chuàng)新中心開展了富鋰錳基固溶體的工程技術研究。這是他們做的350瓦時/公斤的電池樣品，但衰減非常嚴重。這方面中科院物理所團隊在承擔國家專項方面，對富鋰錳基固溶體材料的衰減做了一些工作。另外，值得關注的新結構的富鋰正極材料，主要是北京大學項目團隊承擔，首次研究出比容量400毫安時/克正極材料，這個是對傳統(tǒng)鋰離子正極材料的一大突破。大家知道三元811正極比容量只有210毫安時/克，現(xiàn)在新結構富鋰正極材料已經(jīng)做到400毫安時/克，這為實現(xiàn)鋰離子電池500瓦時/公斤的目標提供了可能性，當然，目前這還是基礎研究。
由于富鋰正極電勢高，氧參與反應必須到4.4伏以上，而傳統(tǒng)的液態(tài)電解質無法匹配，所以可能的途徑是要富鋰正極材料結合固態(tài)電解質，因此基于高容量富鋰正極、高容量硅碳負極的革新型固態(tài)電池將成為動力電池遠期發(fā)展的重要目標體系之一。以前我們一直認為是鋰硫和鋰空氣電池是未來發(fā)展方向，現(xiàn)在多了一種選擇。鋰硫電池重量比能量可以提高，然而鋰硫電池體積比能量跟重量比能量的比值基本上是1：1，對轎車來講體積比能量更加重要，因此鋰硫電池對轎車而言是有挑戰(zhàn)的，它在儲能方面可能更有前景。
最后我要強調的是，電動汽車高比能量動力電池的發(fā)展安全永遠是第一位的。今天上午有很多專家和企業(yè)家都提到了安全，我在這里再次強調，安全是第一位，比能量等性能指標其次。我現(xiàn)在主要研究動力電池安全，這是我在清華大學的電池安全實驗室。
第二部分，電動汽車能耗與節(jié)能技術。
大家知道，現(xiàn)在電動汽車總體能耗偏高，節(jié)能潛力很大，節(jié)能的意義比燃油車更大。為什么？因為電動車沒有能源就走不遠，燃油車多點油至少可以走遠。我自己是純電動汽車用戶，已經(jīng)開了幾年純電動轎車，我深深的體會就是電耗偏高。在這方面，全球都在增加續(xù)駛里程，續(xù)駛里程增加需要依托電池的比能量上升，但是整車廠不能把電動汽車的技術提升全扔給電池廠，整車集成的核心技術就是降低電耗，電耗是純電動汽車整車集成水平最重要的體現(xiàn)。大家知道日產(chǎn)聆風第一代車能耗為百公里13.7度電，到第二代、第三代基本上都在百公里11度電。理論上計算，A級車做到百公里10度電是可能的，所以新能源汽車重點專項有一個研發(fā)計劃，這個項目是長安承擔的，到2020年純電動轎車（車長4.5米）整車電耗百公里10度（工況法），只有降低電耗才有可能在降低成本的前提下提高續(xù)駛里程，這是最佳的途徑。
如何降低電耗？我們有各種各樣的關鍵技術，我在這里簡單介紹一下。
首先，我們要學習寶馬i3，降重量，我們現(xiàn)在的整車重量都偏大，這里不詳細介紹。
第二，低阻化，我們要向特斯拉學習，特斯拉電動SUV的風阻系數(shù)0.24，我們傳統(tǒng)燃油SUV風阻系數(shù)高的可以到0.4，這個是相差很大的，直接從傳統(tǒng)SUV改電動SUV其實在能耗方面是不合適的。國產(chǎn)純電動乘用車節(jié)能重點之一就是降低電動SUV風阻系數(shù)，這個可以采用全新的平臺，不能完全直接從傳統(tǒng)車改。
第三，電驅動高效化。我們要看到，國外跨國汽車零部件集團現(xiàn)在都在競相開發(fā)一體化電驅動橋，并進入中國市場，跟我國電驅動企業(yè)短兵相接，我國有些企業(yè)已經(jīng)開始跟他們合資。當然這都是企業(yè)行為，是可以理解的，但是我們還得要在這方面給予足夠的重視。比如說電機控制器輸入端到半軸的效率，他們可以到92%，但總體看我們國內目前水平普遍在82%-85%。最近國內領軍企業(yè)精進電動也做過這方面的研究，在NEDC工況下平均效率可以接近90%，我們要向這個目標邁進。
下一個就是制動能量回收，國際標桿車型制動回收效率普遍偏高，日產(chǎn)聆風能量回收整車能耗的改善幅度是20.5%。日產(chǎn)的E-Power可以單油門操作，制動踏板基本不用，這對降低能耗是非常有意義的。我開過寶馬的車，制動回饋都是很重的，在城里開車基本上不用踩剎車。
國內制動能量回收的技術已經(jīng)取得進展，但是實際應用偏弱，比如清華團隊制動回饋技術應用在北汽E150，能耗改善也可以到23.7%，但是實際車輛的使用和推廣情況不佳，急需改善。
最后就是熱管理，溫度對實際運行電耗影響最大，低溫工況下電耗較常溫工況最高高出50%，這是非常大的一個變化，在冬天續(xù)駛里程都有較大幅度下降。
怎么辦？新一代熱泵空調技術已經(jīng)取得重要突破，正在進行產(chǎn)業(yè)化測試，我們要重視這個技術。現(xiàn)在電池加熱，這些都是成熟技術，但是有一個技術，就是冬天的供暖，如果我們用PTC電加熱，1千瓦就能產(chǎn)生1千瓦的熱，用熱泵空調COP（制熱能效比）可以達到3，就算零下25度也可以達到1.7，就是1千瓦能夠供1.7千瓦的熱，效果是非常明顯的，所以值得我們重視。
第三部分，快充與充電網(wǎng)智能化技術。
我想說兩個問題，一是私人購車充電樁配建率在增加，我們的目標是“一車一樁”，這個非常重要，應該由整車廠主導。另外一個我們應該看到，全國公共慢充樁充電利用率不到10%，也就是說公共慢充交流樁基本沒人用，所以電動轎車充電趨勢將是私人交流充電樁日常慢充+公共快充補電結合。我們現(xiàn)在慢充不存在成本各方面的問題，技術也沒有什么問題，從現(xiàn)在的接觸式交流慢充到將來無線充電，這條技術路線也是清楚的。關鍵是采用什么樣的快充，這個是當前我們面臨的最大問題。
大家知道，歐洲和美國計劃2020年后車輛電池容量基本上達到100千瓦時，續(xù)駛里程達到500公里，設定充電時間15分鐘，提出充電功率350千瓦的要求。現(xiàn)在北美、歐洲都在推行，日本稍晚一點，但是2022年之后也要應用。我國目前乘用車直流快充一般是50千瓦左右，實現(xiàn)350千瓦的大功率充電，電動汽車電壓要提高到1000伏，充電電流400-500安時，超過現(xiàn)有產(chǎn)品零部件的性能邊界，對我們現(xiàn)有的純電動汽車整體技術體系會帶來嚴重沖擊，對于整個方方面面的安全也會造成重大風險。2017年百人會將其作為熱點問題已經(jīng)多次討論，與此同時，中國充電聯(lián)盟也在開展大功率充電的技術準備，因為隨著電動轎車續(xù)駛里程的增加，電池容量的提高，對充電設備配建功率的需求逐步提升，這是不可避免的，因為原來續(xù)駛里程150公里現(xiàn)在提升到300公里，電池原來20千瓦時現(xiàn)在基本上都要四五十千瓦時，必然要提高。但是我們也必須從長計議，基礎設施不能來回翻燒餅，要著眼未來10年。如果我們看未來10年，中國分布式可再生能源將會成為發(fā)電主體能源，因為光伏的價格在持續(xù)下降，估計在5-10年會低于煤電。
所以，充電智能化將會引發(fā)能源革命，我們認為，面向未來的是新能源智能化電動汽車，我在這里加了兩個詞，電動汽車前面有“智能化”，還有“新能源”，等于什么呢？電動汽車+駕駛智能化+充電智能化，我們現(xiàn)在談駕駛智能化比較多、比較熱，我看已經(jīng)快成紅海了，但是充電智能化還是藍海一片，我認為比駕駛智能化可能難度要更低一些，推廣起來反而更容易一些，我們需要開辟另外一個能源智能化的大空間，而且中國的電動汽車有先發(fā)優(yōu)勢，互聯(lián)網(wǎng)有技術優(yōu)勢，光伏技術有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，如果三個優(yōu)勢進行整合，我相信我們的換道超車一定能實現(xiàn)。
通過分析我們認為，未來的充電發(fā)展愿景是以電池儲能V2G微電網(wǎng)為主，就是車電互動，以分布式可再生能源與電動汽車微電網(wǎng)協(xié)同平抑快充負荷。大家知道，快充幅度提高之后，電動車快充功率峰值很大，同時可再生能源也是間歇的峰值，怎么樣兩個峰值協(xié)調互動，達成平衡穩(wěn)定的電網(wǎng)，這是我們必須要盡快研究和落實的。所以我們提出一個是交流慢充，在3千瓦到20千瓦之間，占充電總量80%以上，以慢充為主體，加上快充補電，由120千瓦逐步過渡到350千瓦，占充電量的15%。未來2-3年我們可能還要30分鐘充電到SOC的40%，3-5年可能半個小時充到60%，5-10年15分鐘可以充到75%，這是我們基本的發(fā)展愿景。
最后，我們希望個人充電樁力爭1：1配套，成為充電主體的情景下，電動乘用車公共快充補電站發(fā)展大概分為三個階段：
第一，從目前到2020年，從小于60千瓦的快充到小于150千瓦的快充，我們推廣自用樁，同時研究以大功率快充為代表的各類充電技術，在2020年2025年，示范新一代充電技術，大規(guī)模的V2G示范應用，2025年之后，推廣新一代充電技術、大規(guī)模的基礎設施改造，實現(xiàn)新能源智能化，除了自動駕駛的智能化還要實現(xiàn)新能源的智能化，滿足乘用車的快速補電需求，同時帶來整個能源交通系統(tǒng)的革命。
謝謝各位！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
了解更多內容，請點擊直播專題：中國電動汽車百人會論壇（2018）
相關閱讀：
驗證碼：
