欧阳明高深谈2035年新能源汽车技术趋势

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1月12日，在2019中国电动汽车委员会百人论坛上，中国科学院院士高表示:2021年11月，全国政协召开“双周座谈会”，有委员提出制定2035年新能源汽车发展规划。目前，2035年新能源汽车发展规划尚未发布。高从技术角度介绍了纯电力、混合动力、燃料电池以及电气化与新能源融合的前景。

中国科学院院士高

■锂电池有潜力成为动力电池的主流技术。

高介绍，从2021年开始，锂离子动力电池在电动汽车上应用10年，动力电池的能量密度提高了2.5倍。2021年全球动力电池能量密度目标基本定在300Wh/kg。高认为，中国已经做好了充分准备。

从车辆的角度来看，动力电池最重要的是体积能量密度，而不是重量能量密度。锂离子电池在这方面最有优势。虽然目前锂硫电池和锂空气体电池的理论重量能量密度相对较高，但体积能量密度仍难以超越锂离子电池。他说，虽然2021年发生了一些安全事故，但事故车辆使用的电池基本都是2021年左右生产的NCM523系统。

随着高镍的应用，电池的热稳定性会变差，未来的安全风险会更大，因此必须采取措施防止安全问题。目前，锂离子电池从单体层面完全消除热失控是不现实的，但从电池系统的热机械和电气设计以及控制设计上可以防止诱发和蔓延，即使单体发生热失控，也不会发生事故。

为了提高电池本身的安全性，应该开发一种新型的固体电解质电池。为了应对中韩两国电池产业的崛起，日本正在全国范围内努力研发下一代固态电池，政府每年支出50-100亿日元。欧美原有的电池产业相对薄弱，也在全力研发新一代固态电池。

中国电池行业虽然暂时获得了优势，但国际竞争压力巨大，有必要追赶固态电池的前沿技术。目前国内有一些固态电池，但并不都是固态电池。预计2030年后将实现全固态电池的大规模商业化。

一般来说，电池正极的发展方向是钴还原到无钴，负极会是加硅，硅的含量会逐渐增加，甚至全部是硅。电解液应减少有机溶剂，逐步提高锂盐浓度，但全固态电解液未来可能会有发展，但仍有许多技术瓶颈需要逐步克服和发展。

■通过增加电池负载来增加续航里程不是根本出路。

除了电池，续航里程也是目前业界最关注的问题。高认为，解决动力电池问题并不能解决续航里程的所有问题。目前，行驶里程从150公里增加到300多公里，但客户的投诉并没有减少，因为实际行驶里程低于预期。他认为，通过增加电池负载来增加续航里程并不是根本出路，主流技术路线是提高电动汽车的能效和充电便利性。

能效方面，未来五年将发生高效电驱动系统的技术变革，即电机驱动系统将高速、高效、小型化，现在转速可达18,000 rpm，未来可能达到20,000 rpm。电机的体积和重量逐渐减小，电机的成本也会由于电机材料成本的降低而降低。

同时，以碳化硅为代表的新一代高频高效电力电子将得到广泛应用，也将支持高速电机的发展，使电机向小尺寸、高效率、低成本方向发展。据了解，美国能源部最近为2025年提出了一个极具挑战性的目标:50kW/L电机和100kW/L电机控制器。如果这一目标得以实现，将对电动汽车产生革命性的影响。

此外，这是一个热管理的问题。新一代热泵空调制技术取得重大突破，开始产业化推广。现在有些企业安装了汽车，会降低对温度的敏感度，冬季低温环境下的行驶里程损失降低2/3，从30%降到10%。

还有车辆能效优化和集成技术的突破。可以说，动力消耗是车辆集成技术水平最重要的指标，电动汽车的节能比燃油汽车更重要，应该通过法律法规进行管理。

最后是充电的便捷性，包括充电系统的搭建和快充技术的突破。高认为，中国是220伏电压，这非常适合低功率慢充。现在要努力让所有国产汽车都配备慢充电桩，这将成为未来的主要供电方式和能源互联网的终端节点。同时，10-15分钟的快充是必须的，但快充的定位是应急，不是主要的充电方式，快充约占15-20%。

欧阳明认为，纯电动汽车的性价比将在2025年左右实现大突破。以生命周期成本为基础，计算燃油车、燃油车和电动车的价格和生命周期成本将是相等的。此外，最严格的排放法规即将实施，燃油车成本上升，也将加速新能源车与燃油车性价比拐点的到来。

■纯电插电是一条具有中国优势的技术路线。

混合动力系统很复杂，尤其是非专业人士。常规混合动力，即非充电式混合动力，日本丰田、本田、日产分别开发了具有代表性的深混技术，引领了常规混合动力的国际潮流。另一种是可以从外部充电的混合动力，称为插电式混合动力。

插电式混合动力可分为纯电动插电式和混合动力插电式。如果将纯电插电式混合动力按其功能和结构单独分析，实际上混合动力有9种，可以串联、并联或并联。按照国内对增程式的定义，其实是串联式纯电插电式混合动力，是纯电插电式混合动力的一种。国内可能有并联和串联两种，混合连接不会成为主流。

高认为，根据我国乘用车的出行特点，纯电动插电式混合动力可以为城市地区节省80%以上的燃油用于短途用电、高速和长途用油。这是中国的优势技术路线，是政府50公里以上纯电续航政策带来的加分项。

对比这两种模式发现，在混动模式下，并联纯电型相比串联纯电型具有成本和动力优势，国内龙头企业正在努力探索低成本纯电并联插电式混合动力。高认为，这是一条非常值得关注的具有中国优势的技术路线，可以抗衡国外常规杂交的深杂交。

■氢燃料电池比纯电电池晚十年左右。

燃料电池的第一个效益取向，奔驰给出的分析，即使基础内燃机，内燃混动，生命周期为4.2升，相当于车辆上3升左右的油耗，但在这种情况下，纯电动和燃料电池的碳排放效益还是比较优异的。与纯电燃料电池相比，当一次能源为天然气时，燃料电池的效率高于纯电燃料电池，当一次能源为可再生能源时，燃料电池的效率远低于纯电燃料电池。

关于燃料电池和纯电动汽车的成本平衡点，现代汽车分析乘用车约500公里，商用车约100公里。国内外研究表明，氢燃料电池系统更适合替代柴油机，锂离子电池系统更适合替代汽油机。

从应用定位来看，丰田认为燃料电池系统是卡车和公路车的长途车的最佳选择。2021年至2021年，虽然纯电动汽车的适用里程范围有所扩大，但燃料电池仍定位于长途商用车领域。

燃料电池是国际主流技术路线，我国燃料电池商业化已经启动。经过多年的示范，2021年底已有近1000辆车在运行，2021年年产量超过1500辆。全国有12个加氢站在运行，其他正在建设中。高认为，燃料电池在中国北方寒冷地区也有竞争力。

然而，燃料电池目前面临许多挑战，主要是燃料电池发动机级的膜电极和空压机。此外，氢能技术有待提高，尤其是车载储氢技术。目前氢能技术落后于燃料电池技术，这就要求氢能技术在全链条的各个环节都有新的突破。高表示，预计2025年至2030年将出现新一代氢能技术。

结合国内外氢燃料电池技术的发展历程，高认为，氢燃料电池汽车的产业化进程比纯电动汽车晚十年左右。2021年预计将有5000到10000辆车推广，燃料电池客车是标志性车辆。2025年燃料电池技术成熟，推广总数达到50万到10万。标志性车型是一款搭载燃料电池的大型SUV。2030年，新一代氢能技术在制氢、储氢、运氢各方面取得突破。燃料电池技术在交通和能源领域推广到100万辆，标志性车辆是燃料电池长途货运卡车。

最后，高指出，当前汽车工业的时期是电气化革命，但是，电气化之后的能源革命更值得关注。中国汽车工程学会预测，2030年电动汽车将达到8000万至1亿辆，因此我们必须提前为能源革命做好准备。他介绍，中国光伏产业突飞猛进，预计分布式光伏与电动汽车分布式储能的联合能源系统将构建未来的能源网络，两者结合的想象空间很大空。