基于中國動(dòng)力電池望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)的聯(lián)想和思考

2018年1月7日，中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行理事長歐陽明高教授報(bào)告，“鋰離子動(dòng)力電池有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)，目前國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平，但安全性研究尚待加強(qiáng)?！甭牭竭@個(gè)信息，筆者有一些聯(lián)想和思考，供大家分析。

一、300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)有望實(shí)現(xiàn)，說明動(dòng)力電池瓶頸已經(jīng)突破

筆者第一次認(rèn)識(shí)動(dòng)力電池是在2008年，清華大學(xué)陳全世老師，向筆者展示一張動(dòng)力電池單體照片，他表示，中國磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的比能量已經(jīng)達(dá)到80瓦時(shí)/公斤。從此，筆者對(duì)動(dòng)力電池的兩個(gè)指標(biāo)，即比能量、比功率有了一個(gè)基本概念。對(duì)汽車而言，動(dòng)力電池比能量、比功率是兩個(gè)基本指標(biāo)。

動(dòng)力電池是發(fā)展新能源汽車的瓶頸，主要是指動(dòng)力電池的“比能量、比功率”指標(biāo)。滿足汽車比功率要求的還有超級(jí)電容，于是一些廠家積極推進(jìn)超級(jí)電容公交車，在上海世博會(huì)期間，就有了超級(jí)電容公交車的示范運(yùn)營。今天再也沒有人提“超級(jí)電容”如何車用了。再往前追溯，公交車電動(dòng)化，最開始是混合動(dòng)力技術(shù)方案，為什么呢？動(dòng)力電池的比功率指標(biāo)是能滿足車用的，主要是比能量離車用距離是比較遠(yuǎn)的。

中國發(fā)展新能源汽車到2012年，其技術(shù)路線基本明確了“純電驅(qū)動(dòng)”，為什么叫“純電驅(qū)動(dòng)”，不直接叫“純電動(dòng)”呢？筆者理解，動(dòng)力電池的比能量離車用的“瓶頸”還沒有真正突破?！凹冸婒?qū)動(dòng)”的內(nèi)涵是，中國的新能源能源汽車的基本要求是，必須是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與驅(qū)動(dòng)。

“純電驅(qū)動(dòng)”的意義何在？

①?zèng)Q策者已經(jīng)認(rèn)定了，發(fā)展中國新能源汽車的瓶頸是動(dòng)力電池的比能量過低，而中國技術(shù)界和企業(yè)界一定能提高；決策者已經(jīng)認(rèn)定了，中國的動(dòng)力電池比能量在2020年以前是可以實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)的。

②動(dòng)力電池的比能量提升有一個(gè)過程，估計(jì)10年時(shí)間為一個(gè)臺(tái)階?！凹冸婒?qū)動(dòng)”的提法是一個(gè)過渡。中國混合動(dòng)力的技術(shù)路線是插電式（增程式）的，是為動(dòng)力電池突破瓶頸服務(wù)的，而日本式混合動(dòng)力的技術(shù)路線是為改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能不足而服務(wù)的。可以看出，都叫混動(dòng)，但是其意圖不同。

二、在動(dòng)力電池瓶頸沒有突破以前，我們做了哪些工作？

中國要發(fā)展新能源汽車，一直在學(xué)習(xí)汽車強(qiáng)國的先進(jìn)技術(shù)。動(dòng)力電池是瓶頸（比能量滿足不了車用）是全世界公認(rèn)的。由于環(huán)境和能源安全的壓力越來越大，而汽車對(duì)社會(huì)發(fā)展的牽引力也是越來明顯，發(fā)展新能源汽車是人類共同的愿景。在動(dòng)力電池瓶頸沒有突破以前，我們做了哪些工作？

①中國公交車企業(yè)沖在最前面，2001年開始向俄羅斯、日本學(xué)習(xí)，開始做傳統(tǒng)“混合動(dòng)力”公交車，交了少的學(xué)費(fèi)，在發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不如人的情況下，在動(dòng)力結(jié)構(gòu)方面，進(jìn)行了不同的嘗試，如“弱混、中混、強(qiáng)混”等，最后認(rèn)識(shí)到了，傳統(tǒng)混合動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，還是發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。沒有發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)性支撐，中國的新能源汽車，如果還是在“弱混、中混、強(qiáng)混”打轉(zhuǎn)，不僅學(xué)不會(huì)日本先進(jìn)的技術(shù)，要超越更是別想了。

②10年過去了，動(dòng)力電池比能量指標(biāo)有一個(gè)明顯的進(jìn)步，但是還是達(dá)不到車用要求。到了2012年開始放棄了日本式混合動(dòng)力技術(shù)路線，確立了中國特色的新能源汽車路線，即“純電驅(qū)動(dòng)”。中國公交車企業(yè)又沖到最前面，提出了“快充”和“在線充”的技術(shù)方案，進(jìn)而有力的推動(dòng)了中國公交車電動(dòng)化的前進(jìn)步伐。不過“快充”和“在線充”是整車廠發(fā)揮自己的積極性，在彌補(bǔ)動(dòng)力電池比能量不足的一個(gè)過渡措施而已。

③中國動(dòng)力電池的比能量提升比較快的是有目共睹的事。2008年比能量是80瓦時(shí)/公斤，目前已經(jīng)是250瓦時(shí)/公斤，10年間提升了3倍。到了2020年提升到300瓦時(shí)/公斤，已經(jīng)是看得見的希望。對(duì)用戶而已，關(guān)心的是性能指標(biāo)，對(duì)材料成分（結(jié)構(gòu)）如何改善？是動(dòng)力電池專家（企業(yè)）的事情。但是歐陽明高教授報(bào)告說，“目前國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平”令人振奮。

三、中國動(dòng)力電池2020年前能實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)的聯(lián)想

①2018年年初，電池能量密度單體達(dá)到230瓦時(shí)/公斤左右，PACK系統(tǒng)大約150瓦時(shí)/公斤左右；

②2019年再提高50-70瓦時(shí)/公斤，就能實(shí)現(xiàn)工信部要求的300瓦時(shí)/公斤指標(biāo)，PACK系統(tǒng)大約215瓦時(shí)/公斤左右；

③2025年就能實(shí)現(xiàn)單體密度350瓦時(shí)/公斤、系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤，是力爭的目標(biāo)。

推演一下：

①2018年年初，PACK系統(tǒng)大約150瓦時(shí)/公斤，這個(gè)指標(biāo)對(duì)10米純電動(dòng)公交車而言，按1噸電池是150度電，1度電跑1公里耗0.8度電測算，則一次充電持續(xù)里程為187.5公里。（注：以武漢公交為例，年平均每天運(yùn)營里程為197公里）。

②2020年P(guān)ACK系統(tǒng)大約215瓦時(shí)/公斤左右，這個(gè)指標(biāo)對(duì)10米純電動(dòng)公交車而言，按1噸電池是215瓦時(shí)/公斤，1度電跑1公里耗0.8度電測算,則一次充電持續(xù)里程為268.75公里。這個(gè)指標(biāo)對(duì)到2020年，全國公交新車全部電動(dòng)化，車輛技術(shù)上已經(jīng)能完全可以滿足。

③2025年系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤，這個(gè)指標(biāo)對(duì)10米純電動(dòng)公交車而言，按1噸電池是260瓦時(shí)/公斤，1度電跑1公里耗0.8度電測算,則一次充電持續(xù)里程為325公里，即到2025公里，純電動(dòng)公交車1.5天才需要充一次電。

通過上面的測算，可以有如下結(jié)論：

①中國公交車全部電動(dòng)化，再經(jīng)過8年的時(shí)間是可以實(shí)現(xiàn)的；

②中國的乘用車如果用于出租車，全部電動(dòng)化，再經(jīng)過8年的時(shí)間也是可以實(shí)現(xiàn)的；

（①、②附件條件是配套的充電設(shè)施基本到位，明確實(shí)際情況是，公用領(lǐng)域純電動(dòng)車輛充電配套，技術(shù)上沒有問題，投資也有回報(bào)的。）

③私家車（乘用車）全部電動(dòng)化，僅從車輛技術(shù)上來說，再經(jīng)過8年的時(shí)間同樣是可以實(shí)現(xiàn)的。但是，電動(dòng)私家車，如果是依靠公共充電設(shè)施，還是無法滿足使用者要求的）。

④城市配送車輛的全部電動(dòng)化，僅從車輛技術(shù)上來說，再經(jīng)過8年的時(shí)間，同樣不存在問題，附加條件是交流輸入220V/直流輸出便攜式充電器發(fā)展到位。）

⑤大、中型貨運(yùn)車輛，如何電動(dòng)化？其技術(shù)路線是什么，目前還是比較含糊的?？梢赃@樣理解為，大、中型貨運(yùn)車輛如果電動(dòng)化，對(duì)動(dòng)力電池比能量指標(biāo)要求會(huì)更高。

四、中國動(dòng)力電池300瓦時(shí)/公斤指標(biāo)帶來的影響分析

中國發(fā)展新能源汽車快20年，一直在探索如何實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線，目前基本清晰。

①中國新能源汽車的主要特征是，純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，不走日本式混合動(dòng)力的技術(shù)路線。這是進(jìn)行了10年多年的實(shí)踐后，總結(jié)出來的。

②車用動(dòng)力電池比能量的瓶頸指標(biāo)是300瓦時(shí)/公斤，在這個(gè)瓶頸沒有突破以前，公交車領(lǐng)域、城市配送領(lǐng)域貨運(yùn)車、A00級(jí)乘用車基本上是推廣純電動(dòng)車，而在級(jí)別更高的車輛上，推進(jìn)的是插電式混合動(dòng)力。

③在動(dòng)力電池pack為100瓦時(shí)/公斤上下時(shí)，出現(xiàn)過超級(jí)電容和日本式混合動(dòng)力方案，當(dāng)動(dòng)力電池pack越過110瓦時(shí)/公斤后，超級(jí)電容和日本式混合動(dòng)力方案，慢慢沒有人再提起。

④可以推判，當(dāng)動(dòng)力電池pack越過150瓦時(shí)/公斤后，有關(guān)插電式（增程式）的技術(shù)方案，會(huì)慢慢被人忘記。

五、2025年動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤，其他熱門技術(shù)如何辦？

目前新能源汽車的技術(shù)路線，比較熱門的技術(shù)有兩個(gè)：氫燃料電池技術(shù)、車用甲醇燃料。前面分析過，動(dòng)力電池比能量低，新能源汽車技術(shù)路線比較多，隨動(dòng)力電池能量密度的提升，有些技術(shù)方案（日本式混合動(dòng)力、超級(jí)電容）就出局了。如果2025年動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤，氫燃料電池技術(shù)，車用甲醇燃料的前景如何？

①車用甲醇燃料技術(shù)已經(jīng)被用戶放棄。山西是車用甲醇燃料技術(shù)試點(diǎn)省份，基本理由是山西煤炭多，發(fā)展車用甲醇燃料技術(shù)，可以提高煤炭使用效率。由于甲醇燃料技術(shù)也用的是發(fā)動(dòng)機(jī)，必須要開發(fā)新的、專用的發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢韵胍幌耄谀壳鞍l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上上，再開辟一個(gè)全新的發(fā)動(dòng)機(jī)，其技術(shù)難度有多大？吉利汽車公司老總李書福先生，在2017年3月的人大會(huì)，有一個(gè)提案，倡議發(fā)展甲醇汽車。而山西省一些甲醇燃料汽車用戶試用后，就基本放棄了?；纠碛墒?，甲醇排放尾氣，對(duì)排氣管腐蝕性很強(qiáng)。（注：一句話，新技術(shù)呼吁政府支持容易些，但是要贏到客戶，卻是十分困難。）

②氫燃料電池技術(shù)目前比較熱。一是專家在高峰論壇極力推薦，二是有聯(lián)合國支持示范項(xiàng)目，三是有些政府領(lǐng)導(dǎo)也比較熱衷。

現(xiàn)在問題來了，動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤了，氫燃料電池技術(shù)要用到車上的且入口在哪里？在公交，已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)了。理由如下：

a）目前純電動(dòng)公交車總體技術(shù)成熟度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氫燃料電池技術(shù)，如：氫燃料電池壽命同樣滿足不了公交車的要求。

b）純電動(dòng)公交車要充電設(shè)施支持，而氫燃料電池同樣加氫站支持。而加氫站建設(shè)要重新起步。供電體系是完畢的，氫的來源在哪里？

c）氫燃料電池技術(shù)要用公交車上，目前他不能直接給大家供電，即離不開動(dòng)力電池的支撐。氫燃料電池公交車比純電動(dòng)公交車結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，添加更多的附件。

六、總結(jié)

①動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)密度260瓦時(shí)/公斤，即使開發(fā)出氫燃料電池公交車在車輛技術(shù)上相當(dāng)成熟，但是其用戶的門已經(jīng)沒有了。

②如果公交車上的應(yīng)用不是氫能汽車的切入口，那切入口在哪里？還得繼續(xù)探索。

③一些專家認(rèn)為，氫燃料電池汽車在國外商品化基本成熟，我國相當(dāng)落后，我們必須要趕上；問題是我國已經(jīng)是純電動(dòng)汽車大國，尤其技術(shù)已經(jīng)超過外國，外國是不是一定要跟上我國純電動(dòng)汽車技術(shù)呢？顯然，邏輯上不通。