歐陽明高:新能源汽車優勢針對可再生能源時代,純電動汽車2030迎爆發
2019年,新能源汽車市場飛速向前的腳步突然停止,甚至開始倒退。但這只是市場的一種表現。
針對2019年新能源車市場,中國電動汽車百人會副理事長、中國科學院院士歐陽明高在12月23日舉行的中國電動汽車百人會論壇(2020)媒體溝通會上總結出了四大現象:一、國內市場遭遇補貼退坡陣痛與全球車企轉型新能源大勢并存;二、新能源汽車動力系統的技術價值在全球越來越受重視;三、由電動汽車核心技術經濟性決定的市場前景已經非常明朗;四、新能源汽車推動新能源革命的戰略意義開始被認識,但還沒有受到重視。
此外,歐陽明高強調,新能源汽車的優勢是基于可再生能源時代來談的,如果一直以火電為主,其在經濟性方面永遠都無法替代燃油車。可再生能源的污染和成本都遠低于火電。
與此同時,歐陽明高還針對三大新能源汽車細分市場給出了自己的觀點。
對于插電式混合動力汽車市場,歐陽明高預計,今后五年,這一市場必然是會上漲的,但是這中間會有一個高峰,這個峰值大概是在5年左右,也就是2025年。他估計,整個繁榮期大概10年左右,也就是2030年結束繁榮。

而在純電動汽車市場,歐陽明高表示,不論是安全性還是能量密度方面,頭部動力電池供應商都將研發從單體轉向系統方向。此外,他還認為,純電動汽車在2025年將迎來性價比新突破,并在2030年之后性價比優勢明顯超越插電式混合動力汽車。
與此同時,歐陽明高表示,電動汽車未來將實現平臺化,電機會不斷縮小,最終與傳動軸融合,而電池系統能量密度和安全性將不斷提升,成為一個平板式平臺,甚至成為車輛的結構件,在提升安全性的同時,讓車輛尺寸可以任意調整。
針對氫燃料電池汽車市場,歐陽明高首先提到了氫能的最大優勢儲能,儲氫的成本遠低于電池儲電。從可再生能源的生產、運輸、儲存、使用等全鏈條成本來看,氫能將長期具備優勢。在車上,燃料電池成本固定,隨著運行里程的增加,燃料電池的優勢也就逐漸凸顯,尤其是對于商用車來說(商用車耗電量大)。
但歐陽明高同時表示,燃料電池汽車也存在自身的問題,首先就是車輛成本高,加氫站建設成本高、安全性要求高。此外,燃料電池動力系統加儲能設備的整體體積較大,車內空間占用大,在乘用車上的落地還存在技術難題。
以下為歐陽明高的發言實錄(有刪改):
我從我的角度給大家介紹一下我認為的熱點問題和趨勢預測,我這個題目叫《新能源汽車技術熱點問題和趨勢預測》。
首先,我對新能源汽車市場2019年的特征進行幾點概述:
第一,國內補貼退坡陣痛與全球車企轉型大勢并存。
國內市場,受補貼政策退坡影響,新能源汽車銷量不及預期。其中,商用車市場下降最嚴重,已經從20萬輛掉到10萬輛。
但在國際上看,德國、法國、美國剛剛都發布了新能源汽車繼續補貼的政策。尤其是美國,計劃將之前年產銷20萬輛電動汽車補貼門檻提高。
從中國公司看,比亞迪和寧德時代為代表的中國公司加快技術創新力度。寧德時代推出了CTP技術,比亞迪推出了刀片電池技術,而且兩家還進一步擴大了配套公司的速度和規模。
從跨國公司看,以大眾公司為代表的汽車跨國大公司的新能源汽車戰略方向逐漸清晰化,并從規劃階段轉向實施階段。
從新興公司看,特斯拉市值突破700億美元,超過奔馳、寶馬成為僅次于大眾、豐田的全球市值第三大汽車公司。特斯拉在上海的超級工廠也已建成,即將大規模量產。
總的來看,就是中國新能源汽車市場正在經受陣痛,但是全球汽車產業轉型新能源已是大勢。
第二,新能源汽車動力系統的技術價值越來越受到重視。
2019年鋰電池技術獲得諾貝爾化學獎。中國科協發布的2019年20個重大科學技術難題中,有2個難題來自新能源,一個是高比能量動力電池,還有一個氫燃料動力電池系統。此外,中國工程院發布的《全球工程前沿2019》報告中,動力電池被提到4次,燃料電池提到2次,氫能與可再生能源提到4次,電驅動、混合電動驅動系統提到2次。
第三,由補貼推動的快速增長時代已過去,但由電動汽車核心技術經濟性決定的市場前景已經非常明朗。
手機大概是在2000年之后開始快速上漲。跟手機產業類比,新能源汽車產業中,PHEV和EV產業大概相當于手機產業1999年的時候,燃料電池可能比這個再晚十年。一般,一個技術都是有一個S型曲線,現在我們正在S曲線坡的底部,處于即將要上坡的階段。
第四,新能源汽車推動新能源革命的戰略意義開始被認識,但還沒有受到重視。
以前我們談新能源汽車都是從交通工具角度來談,它的價值被大大低估。新能源汽車是推動新能源革命的重要部分。
新能源汽車具有交通工具和能源裝置的雙重屬性,補貼新能源汽車其實也是在投資新一代能源基礎設施。新一代能源基礎設施不是幾千億的市值,是幾萬億的市值,通過發展新能源汽車可以節省很多錢,將來新能源汽車如果既做交通工具、又做儲能設施的話,車上的儲能電池到2035年就會達到50億度電以上,新能源汽車10%的時間是做交通、90%的時間則可以被看做是連在電網里的儲能裝置,這個其實意義是非常重大的。
下面我想就PHEV、EV、FCV三種不同動力系統汽車的熱點問題進行簡單解答。
插電式混合動力市場:預計2025年達到峰值
外資企業的插電式混動汽車(PHEV)今年賣得非常火,尤其是大眾和寶馬。我們從政策、市場、技術這三個方面看一下插電混合動力市場。
從政策方面來看,今后幾年,為了滿足新的油耗法規,就是CAFC標準,車企就必須做新能源汽車。
另外,PHEV使用費用實際上是降低的。所以PHEV相對HEV實際上是有優勢的。一般情況下,PHEV比HEV多裝20度電,成本提升1.5萬到2萬元。如果以20萬的車為例,10%的購置稅被減免,意味著這方面的成本被完全覆蓋掉了。而在使用方面,用電比用油要便宜,還在北京之外的城市不限行。所以,PHEV的綜合效益是不錯的,所以這個政策對它是利好的。PHEV的性價比不差,安全性一般比EV要好,殘值也會比EV高。所以,從市場客戶選車的標準來看,PHEV在安全、性價比、便利性、車輛殘值這些方面也是符合客戶需求的。
所以,我個人估計,今后五年,PHEV的市場是要上漲的,但是這中間會有一個高峰,這個高峰大概是在5年左右,我們估計繁榮期大概10年左右。
從目前的成本和技術發展情況計算,在2030年前,500公里的EV在成本方面還難以達到100公里純電續航的PHEV水平。但到了2030年左右,EV的性價比應該會超過PHEV。
《新能源汽車規劃征求意見稿》預計中國2025年的新能源汽車行業占比將達到25%。這中間,PHEV的占比會發生重大變化,估計到2025年會達到峰值,現在PHEV在總量中間大概占20%—25%,我們估計2025年會有一個相當幅度的增長。但是到2030年,PHEV的市場比重會往下降,2035年估計就沒有太多了。因為2030年是一個轉折點。
所以,PHEV的整個繁榮期大概會持續10年左右,峰值大概在2025年左右。在技術上,尤其是國內企業,我們預測,需要通過系統平臺化、部件模塊化的共享,來簡化開發流程、降低開發成本,避免折損和浪費,這是非常重要的。
純電動汽車:研發從單體轉向系統,2025年迎來性價比新突破
在剛剛開始大規模推廣純電動汽車的時候,公眾有很多迷惑的地方非常正常。
我在這里說一下最近我們應對這些焦慮的一些進展。2019年,中國動力電池成本降低到大概范圍0.6元—1元/瓦時。磷酸鐵鋰電池最低可以做到0.6元/瓦時,但每個廠家都不一樣,平均范圍大概是這樣,這個價格已經很低了。磷酸鐵鋰已經做到100美元/千瓦時以下。
以前我們大家都是著重在單體比能量在下功夫,但單體比能量達到一定水平的時候就會遇到瓶頸,所以需要一個平衡。今年,電池廠在比能量方面做得最漂亮的工作不是在單體,而是在電池包上。
以前的動力電池想要搭載上車需要從單體電池做成電池模塊,再從電池模塊做成電池PACK,經過三個流程;現在可以減少到兩個流程,就是直接從單體到PACK,中間流程去掉了。寧德時代是通過CTP技術,可將系統的重量能量密度提升10%—15%,體積能量密度提升15—20%零部件減少了40%
磷酸鐵鋰電池方面,比亞迪研發了刀片電池,他們已經申請了專利,國外很多廠家對這個技術非常感興趣。比亞迪可以將電池做成長條形,就像刀片一樣,高度還是那么高,因為電池要放到底盤底下,高度一般都是110mm、100mm,長度和寬度可以進行變換,再在兩側接線,將冷卻風道等輔助裝置都放到兩側,中間就只放電池,將電池一片一片疊起來,剛度、強度非常好,還可以做結構件。這樣,不僅能量密度可以提升,電池單體制造成本還可以進一步下降,這個是2019年很重要的創新。
快充的問題。現在我們常規的電壓平臺,半個小時到45分鐘充到80%是可以做到的;超級快充,15分鐘充80%是可以的。將來我們更注重的可能是充5分鐘或充10分鐘能夠補充多少里程。現在,在快充樁上,充電5分鐘續航100公里是可以做到的。
安全的理念也在升級,首先我們開始強調系統安全性,不是簡單的單體安全性。以前把所有的精力都放到單體上,現在我們更多的是放在系統上,比方說只要把熱蔓延防止住,就不會有事故,現在熱蔓延的法規開始實施了。
另外,動力電池安全方面更多的強調使用安全,就是電池系統、整車、充電樁整個的系統安全,更多關注預警,而不是報警。比方說電壓的監測、內短路、自放電都可以監測,所以現在電池廠更多注意力是在電池管理,不是在改變材料上,因為改變材料的不確定性非常高,非常復雜。現在是不增加成本,就改算法,或者利用大數據,不需要增加任何成本,但是可以干很多事。
有了電池這樣的技術之后,我們隨之而來的就是我們的長續航里程,今年60度電續航500公里的車已經有好幾款了,而且都是在20萬元左右。
提高電池的比能量只是一個方面,更重要的是降低電耗,大家知道我們2035規劃也定出來2025年平均12度/100km。我們很快就會見到新一代電力電子制度,讓混合動力電機的比功率越來越大。
此外,我們電機控制器的體積也越來越小,現在國內已有好幾個廠家在做碳化硅研究了,未來這一材料將代替IGBT,將器件體積縮小80%。未來,電機控制器將不再是一個東單獨的零部件,而是直接成為電機的一部分,甚至電機、電機控制器又跟車軸整合在一起,成為集成式電驅動車軸一體化。
未來,車載充電器也會慢慢移到車下,由交流慢充變成直流慢充,因為直流慢充更容易做到跟電網的互動,就是雙向充電,可以從電網取電、也可以放電。這樣一來,汽車的前艙將會慢慢空出來,并慢慢實現電動底盤平臺化,就是真的是一個平臺。如果硬件真成為一個的硬件平臺,車身就在平臺上面,將來的碰撞就主要是由底盤承受,車身不一定非要做承載車身。這樣一來,車輛的軸距就可以隨便伸縮,底盤針對各種車型的適應性開發就更容易。另外,車身獨立設計之后,車身輕量化的方式也就非常多,提升車輛開發的靈活性。這些都是帶有發動機的PHEV做不到的。
所以,我們預測,2030年前,乘用車領域,純電驅動形式將達到非常優秀的水準,在各種技術路線中脫穎而出。
我剛剛說,PHEV會在2025年達到頂峰,同時我們純電動的性價比,我們相信在2025年也一定會有所突破。磷酸鐵鋰的價格現在已經做到0.6元/Wh了,未來還有更多的下降空間。
所以, 2035規劃征求意見稿提出,純電動汽車將成為市場上的主體。這不是針對新能源汽車講的,而是針對整個汽車市場講的。
大眾汽車首席戰略官喬斯特預計,到了2040年,歐洲70%汽車是電動車,而中國市場可能會超過80%。他也表示,電驅動是需要一定時間發展的,會延續幾十年,未來燃油汽車仍然有一定的影響力,大眾集團將在2040年徹底結束燃油車的生產和銷售,燃油車的比例會逐步的降低,而不是一蹴而就。
燃料電池發展有挑戰,需要以點帶面
燃料電池今年也是一個大熱點,年初“兩會”代表熱議氫能,電池充電加氫基礎設施被寫入政府工作報告,2019年被認為是中國氫能的元年。
氫能是新能源技術體系的重要組成部分。如果把氫能跟化石能源相連,這個意義是不大的。所以我們重要的是,通過氫能把可再生能源發的不穩定的電,通過電解水制氫轉換成氫能,所以氫能的合理性在哪里呢?就取決于它可再生能源轉型中的大規模能量儲存,小規模、短周期儲存其實我們有電池,但是大規模、長周期需要氫能,尤其是中國西北部的這些集中式的光伏和風電,那個需要大規模、長周期的儲存。另外,氫能是多元化利用需求,他不僅僅是車要用,將來工業原料、農業的化肥,甚至醫學、煉鋼、取暖等等都要用。
如果在可再生能源的話語體系下,氫能最主要的優點是:更低的儲能成本。我這半年來接觸了好多國外大企業的CEO,比如BP、殼牌、西門子、法國EDF,都是大型能源公司,忽然這么半年多都來找我談氫能。因為歐洲推出了面向低碳轉型的一攬子計劃。新能源汽車里有氫能燃料電池,還專門有一個氫能核燃料電池的專項,所以這些企業是真的想搞氫能。中國的能源企業也比汽車要更加積極地介入氫能。
為什么要做?有幾個道理:
第一個,儲氫比電池儲電要便宜。對于車來說,大概要差一個數量級,就是10倍的關系,一公斤氫是34度電,大家知道再便宜的電池,要是儲能電池怎么也得800元,目前因為它是長壽命,儲能電池一般要1元/瓦時,就是1000元/千瓦時。而氫氣儲能大概只需要100元就足夠了,儲1千瓦時。
另外,氫能跟儲電有互補性。電池是高頻雙向調節,氫能是低頻調節,這兩個是互補。
第三個,氫能作為商品的屬性更好。比方說你不能往日本賣電,但是你可以把氫能運到日本。中國想建立全球能源互聯網,但是非常困難,電比氫難實現,因為氫的商品屬性更強。儲運方式上現在的爭議很多,比方說長管拖車,不經濟,你要是做管道運氫,建設成本又太高,這就要創新了。比方說,我們可以長途輸電、當地制氫,現在也正在探索這個方向。西部的電能用2000公里的電纜先把電輸到北京來,北京在當地制氫,現在國家已經在試驗這個方案了。
儲能很重要,因為可再生能源發電價格將來會極其便宜,儲能的成本反倒會占很高的比例,所以我們看一種儲能方式好不好,要看可再生能源生產、運輸、儲存等全鏈條成本。只要電的成本足夠低,制氫效率低一點,這方面成本可能比電池高50%,但是儲存的成本可能比電池降低好幾倍。
我覺得,氫能是能站住腳的,燃料電池相對爭議會多一點。但是交通還是氫能的一個主要應用領域,所以國內這一年燃料電池又火了。因為氫能火,純電動汽車的補貼退坡,所以幾個事情疊加起來就讓它變成了熱點。也有很多人提出質疑。所以,我會跟他們說,燃料電池既不是那么好,也不是那么差,關鍵是找到平衡點。
外界質疑的幾件事:比方說鉑資源,公眾擔心全球鉑資源稀缺。其實,現在全球每年生產8000萬輛汽車,保有量怎么也得有一二十億輛,這些車都用鉑做催化劑,不是說燃料電池才用。為什么沒出現資源緊缺問題呢?因為我們不消耗鉑,我們是循環使用,使用的量也比較小。現在,燃料電池用鉑的量在初期比汽車現在內燃機用的量大太多了,內燃機主要是后面的尾氣催化轉化器要用,尾氣催化轉化器隨著排放法規不斷升級,其實用量也在增加,但是總體來看,跟當初燃料電池的用鉑量差一個數量級。但是,燃料電池系統使用的鉑已經從每千瓦1克,現在下降到0.3克了,下一步目標是0.1克。如果達到這一目標,就跟大型商用車的柴油機的催化轉化器已經相當接近了,所以這不是一個特別值得擔心的問題。
還有一個非常熱的質疑是能效,比方說煤發電、電制氫、氫再發電、電驅動車,沒必要。我們如果基于化石能源,這條途徑當然是不好的。燃料電池技術推出時,日本企業最初的設想是天然氣重整制氫,在每家每戶安裝一個洗衣機大小的制氫設備,這個制氫的效率是70%,車上的使用效率可以達到60%。如果基于化石能源,我們新能源汽車的能效并不突出。
為什么要搞新能源呢?只有當能源轉型為真正的可再生能源的時,新能源汽車的優勢才會凸顯。利用化石能源的新能源汽車都是過渡,未來一定會過渡到可再生能源。不僅僅是車要使用新能源,也會反過來推動新能源的轉型。所以,基于可再生能源,動力蓄電池和氫能將成為儲能的優先選擇,純電動汽車、燃料電池汽車成為智能低碳能源系統的互動終端,新能源汽車的優勢才會凸顯。
從長期看,當可再生能源的比例足夠高,比如可再生能源發電比例超過50%,大概2035年就達到了。另外,可再生能源發電的成本足夠低,比如說1毛錢一度,現在大家的目標是2毛錢。另外,儲能成本在可再生能源制、運、儲、用全鏈條的綜合成本中占比足夠高,比如占到50%—70%。還有一條,燃料電池的效率也足夠高,日本人搞了很瘋狂的目標,大家都知道,現在燃料電池在轎車大概發電效率是50%,他想提高到60%到80%,而且可以高溫運行。但這對技術要求就非常高了,目前做不到,還需要時間。所以,發展燃料電池汽車先要挑戰的是氫能燃料電池全鏈條的技術經濟性。
多大的挑戰呢?我可以給大家舉一個例子,日本氫能燃料電池乘用車技術路線圖,路線圖一般是比較樂觀的。他們預計,2025年,燃料電池+氫瓶+電池的總成本達到5萬元,但是,使用動力電池,達到續航500公里的車輛所需的電池成本是4萬元。就是說,500公里續航的車,按照樂觀的估計,氫燃料電池汽車在2025年還是沒法跟純電動進行比較。
另外,燃料電池汽車動力系統的總體積會比純電動汽車大,因為它不僅要儲氫、它還有燃料電池,加起來的體積會比我們扁平化的電池體積要大,這樣會擠占乘員的空間。大家如果坐過豐田Mira的話就知道,它的空間是比較緊張的。
另外,燃料電池的使用能耗和維保的費用會大大高于電池儲電。
所以,不是說純電動就是過度,氫能燃料電池很快能取代其地位。但儲電再怎么說也比儲氫是要貴,所以里程越長,燃料電池汽車的收益就越大,但是儲電只有電池到電機了,你儲氫還有一個燃料電池。但燃料電池的成本是固定的,儲氫的成本隨著里程的增長可以累計出比純電動多出來的收入,來抵銷掉燃料電池成本,這是個平衡點。
對乘用車來講,如果動力電池不再發生革命性變化的話,這個平衡點至少也是500公里左右。但是商用車需要的電池相對較多,所以它的平衡點里程就比較短一點,可能200~300公里就到平衡點了。所以,相對而言,氫燃料電池動力系統更適合于長途、大型、高速重載,應用于重型車、柴油車,鋰離子電池適合汽油車。除了商用車外,輪船、飛機、潛艇、火車、作業機械,等大型運載都使用柴油,所以氫燃料電池系統還是有存在合理性的。
中國燃油電池商用車數量已經居世界首位,達到4000輛,并在繼續朝這個方向努力。燃料電池發動機的成本也在快速下降,現在跟5年前比已經降了一半。今后5年,成本預計會再降一半以上,因為很多部件可以從進口轉為國產。比如,質子交換膜,當下的價格是2500元/㎡,一旦變為國產,這一價格就可能降至1000元以內了。
當然,燃料電池汽車現在也面臨非常大的挑戰。從商用車角度來看,面臨的挑戰還是氫運輸、車載儲氫和加氫站這三個挑戰。雖然儲氫比儲電的成本要低,但是儲氫需要的體積大。經常有人說氫能是能量密度最高的能源,但是那是重量能量密度,如果是體積能量密度就不是了,所以我們有這個挑戰。另外,我們現在建加氫站的成本還非常高,而且對安全要求很高。我最近正在協調冬奧會的氫能示范,目前還是非常困難的,有很多挑戰,因為明年一年要建幾十個加氫站。
正是因為存在這些瓶頸,所以創新非常活躍,當然也有一些偽創新也很多,比如河南南陽的水氫車就屬于這個。總體來看,燃料電池汽車路線圖的下一個目標重點是冬奧會的氫能示范,這是全球最大規模的氫能燃料電池示范。只要把這件事做好,氫能汽車后面的發展就會更加順利,所以我們現在全力以赴做這件事情。
最后,我對燃料電池汽車做一個小結:氫能戰略的必要性沒有問題,但現實的技術、經濟性是全球面對的共同挑戰,出路在于創新。
當前氫能的市場突破口在哪里呢?首先,在棄風、棄電、棄水和副產氫富余的地方,盡量在當地使用。運輸盡量是在低成本、高安全儲氫瓶能夠覆蓋的里程范圍,比如35兆帕的氫瓶可覆蓋的地區。最好在溫度較低的北方地區,燃料電池效率是50%,另外一半做工都是廢熱,北方利于取暖,在南方就不好用了。
現在,燃料電池汽車還不是大范圍鋪開的時候,而是重點突破的時候,通過示范區以點帶面,我們才能走穩,否則會大起大落。