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【2019泰达论坛】中国工程院院士杨裕生:当前电动汽车及动力电池产业的发展
来源:汽车研究网 作者: 编辑:侯小南 2019-08-31 字号   打印  收藏

中国工程院院士 杨裕生

“2019中国汽车产业发展(泰达)国际论坛”于2019年8月30日~9月1日在天津滨海新区隆重举行。本届论坛的主题为“全面深化改革开放 发展壮大新动能”。会上中国工程院院士杨裕生发表主题演讲。

全文如下:

大家下午好,我今天想介绍一下我的一些看法,当前电动汽车以及动力电池产业的发展。补贴还有16个月就要取消,现在市场化的进程已经开始,上午已经说汽车现在是新的起点,实际上电动车也是要开始新的起点。那么在这样的情况之下我们要发展什么样的电动汽车?发展什么样的动力电池?我想讲四个问题。第一,节能减排是电动汽车的宗旨,第二既安全又节能的车才有前途,第三是安全节能的车需要用什么电池,第四是充分利用积分促进节能减排。

先讲第一个问题,节能减排要从电动汽车的全周期衡量,而不是指哪一段,譬如说在路上行驶这一段,纯电动车就用电,燃料电动车是用氢,不是讲这个。要讲电从哪里来,氢从哪里来,它的节能减排效果怎么样。所以要全周期来考虑。

那么全周期考虑之后,就产生了下面的一些看法。第一个是长里程纯电动车不节能减排,插电式混合动力车假节能减排,燃料电池电动车难节能减排,微小型纯电动车是真节能减排。增程式电动汽车很节能减排。五种车子用到五个形容词。下面我讲讲理由,为什么说长里程纯电动车不节能减排?这是纯电动车,它在电网的电能主要来自燃煤的情况之下,虽然它节油,但耗电高,这样的长里程乘用车是不能减少排放的。但是纯电动汽车不用油,在新加坡受到罚款,新加坡从香港买了一辆特斯拉,运到新加坡去,本来想得到一万左右的奖励,结果新加坡政府把它的耗电量做了测试,从它的耗电量来看不但不给奖励,还罚了他一万美元。所以新加坡的政策是对的,就因为追求长里程多装了很多电池,装的电池多了车子就重,车子重耗电就多,耗电多在发电的时候排放的二氧化碳以及其他的有害物就多,所以新加坡的政策是从节能减排出发的,这是真正体现了发展电动车的初衷。

即使将来电网的电能主要来自太阳能等清洁能源,高能电池也过关了,长里程纯电动车也未必可取。第一,多装电池比能量又要高,爆炸危险性大,第二多装电池,电池生产和废电池处置耗电多,第三多装电池,负重行车,浪费能量,第四电池用量大,车子价格高,竞争力就低。第五电池寿命短于整车,换新电池要用户另出钱,现在的电池一般保五年,长的保八年,而一辆车要开十几二十年,所以一个车就要配两套到三套电池,买车的时候现在看重的不要牌照钱,可以有补贴。但是买主有没有考虑第二套、第三套电池是要自己掏腰包的。

再有就是充电桩要密,既费钱又占地,且难符合要求,所以长里程电动车第一是背离了发展电动车节能减排的宗旨,第二是用户多花钱,补贴取消之后竞争力差。所以它不节能减排的道理就在这里。

第二是插电式混合动力车为什么假节能减排?可以黄的是内燃机系统,下面是纯电动车的系统。它有两套系统,这样的车子就重了,耗电就多。第二点是它50公里之外用传统的内燃机,现在传统汽车的司机都是功率有很大的冗余量,这个车子仍然是大马拉小车,所以是不节能减排的。

第三个是标榜“油耗很低”,实际是油耗计算方法有问题,造成的假象。譬如说一个插电式混合动力车,百公里油耗只有1.5升,实际上1.5升怎么来的?它是装能行驶七八十公里的电池,剩下二三十公里用油,把二三十公里用的油算到一百公里里面,这么一除之后油耗当然降下来了。所以这是一种假的计算方法。

第四不少用户不充电,把这个车子当燃油车用,费油排放有增无减,还有的把电池卖掉,不是个别人,是有一些人,拿到补贴,牌照又不花钱,尤其在上海,一个牌照八九万,所以买这个车是非常合算的,它可以不充电,而且有车用,牌照不花钱,所以插电式混合电动车它是个“虚胖”,不是真正的结实,是肥肉。科技部去年已经把插电式从三重里面去掉了,去年1月份的百人会议上,万钢部长在会上宣布,三重科技部已经把它定成纯电动车、增程式车、燃料电池电动车,里面已经没有插电式混合动力车。发改委今年把插电式混合电动车从电动汽车里面除名了,发改委今年发布了一个文件,就是关于汽车发展的一个方向指导文件,现在已经开始实施了。把插电式归到燃油车范围里面了。所以现在对于插电式混合动力车的认识是慢慢地清楚了,但是各个部委之间互相还不够统一,有的还把它当成了宝贝。下面我讲到双积分的时候还会提到。

第三个是关于燃料电池电动车,为什么说它难节能减排?燃料电池是用氢做能源,而氢是没有矿藏的,当然也可以说水是矿藏,但氢和水不是一回事,这样解决的问题就很多。第一条就是要高能效、低排放制氢。刚才衣院士讲到现在的很多氢是用电解水的方式,如果是直接用电解水制氢,再到燃料电池里面去发电,前面那个效率,电解大概85%,燃料电池算50%,这样算下来之后,这两步10度电变成4度,就送到公路上,再加上燃料电池本身还要消耗电,它的运行要耗电。所以最后的效率也不是很高。

有人说可以用副产氢,实际副产氢也是有限,大概氯碱工艺产生的副产氢可以用,但是里面有少量的氯气、氧气,要纯化。一氧化碳根据现在国家公布的标准,氢气里面的一氧化碳的含量是千万分之二,就是0.2个PPM,实际上氢气里面的纯度要求很高,要把这些煤转化出来的氢气,要把一氧化碳去掉,难度很大。因为要纯化到0.2个PPM,代价非常高,这是主要耗能的问题。

第二个是氢的安全运输、分布、储存,都有技术问题。今天这里不详细讲,最近有一篇文章投到《科技日报》,已经十几天了,到现在还没有登,如果登出来请大家看看,就是氢的安全运输问题非常大。

第三个问题是燃料电池的寿命不够长,在实验时可以做到一万两万小时,到路上不行的。因为价格高、制作高,造成了燃料电池耗能远远比内燃机耗能高得多。再有就是铂资源,我们国家现在一年生产的铂金是4吨左右,主要用在化工方面做催化剂,还有做首饰,远远不够,还要进口大概40吨左右。把这个铂金只能拿很小部分做燃料电池,燃料电池的量很有限,大概就是几十万就到顶了,所以要研究不用铂的,铂金用的少的,现在可以做到0.2、0.3克千瓦,但是铂金越少越容易中毒,寿命降得越快。不用铂金的催化剂这是世界难题,现在正在攻克,这些问题都要经过长期的研究才能解决。

政府尤其要考虑三个问题:第一个就是膜纸泵罐已经研发20年,碳质、气泵、高压气罐生产不过关,这个原因到底在什么地方?我是前三十多年参加核实验,我经历过我国从原子弹、氢弹的研制,好像也没有这么难。

第二个问题是进口电池和进口部件来装车,对于我国的技术发展有什么好处?第三个问题是多大规模演示?在什么地方演示?如何实现市场化?燃料电池只是增程式的一种,也就是电电混合,实际上它发电机给电池充电,因此它今后就要和其他的发电技术来竞争,它要竞争不过,就上不了市场,所以它很难节能减排。

第四是微小型车为什么说真节能减排?它的电能虽然全部来自电网,但是微小型纯电动车电池少,安全性高,适应城市、乡镇交通的普遍需求,价格便宜,容易推广。微小型纯电动车以200V,充电8小时就能行使100公里,耗电少,真正减排。它的排放相当于3升油。如果一辆微小型纯电动车夜间充电相当于100座百万KW的抽水蓄能电站,可省1.5万亿元建站费用。微小型纯电动车可用铅炭电池做低速车,更安全。

第五种是增程式电动车为什么很节能减排?这是第二代的增程式车,所谓第一代就是宝马I3,这个发动机是0.7升的排量,电池用完之后增程机开始发电,这只是供电的关系,而没有很好优化组合。而第二代的增程式,是优化了电力系统,第一个是发动机排量大概减小一半,但是它的节油率高了。第二是发动机能效优化,因为可以在很窄的转速下调节发电,不像普通的发动机要有一个很宽的动态范围。第三个是电池少了,成本低,第四是车子减轻了,更加节能。

所以我把它归纳有7个优点,电池少,补贴取消的影响小,容易推销,比燃油车节油50%以上,更加省钱,可以不充电,免建充电桩,而且可以远行,如果有充电条件,城市里面百公里节油率可以达到80%,现在的燃油车生产和加油设施全部可以继承,所以传统汽车企业就可以减少很多浪费,它没有纯电动车的里程安全、充电、价格、电池等等的问题。

第二是增程式是燃油车与电动车的融合,节能减排。这是沈阳华龙做的12米增程式客车,百公里油耗12升,公路模式百公里油耗16.3升,加拿大PlanB公司百公里油耗17升。日产汽车NOTE用的E-POWER系统,百公里油耗仅2.9升。山东德州做了增程式低速车,用的是摩托车的单缸发动机,用铅酸电池,百公里油耗仅1.8升,2017年出来当年销售1万多辆。

第五个是最近的,港东集团的国马50辆增程式SUV,从广东的佛山经过井冈山到武汉,20号到达开封,1800公里不充电,气温在38-40度之间,全程开空调,这个对于纯电动车是不可想象的。它的平均时速是每小时90公里,百公里平均油耗3.9升。一个SUV的车子在这种条件之下百公里耗油3.9升,节油率是非常高的,50%以上。这个例子在网上都已经传得很广。

第二个问题是既安全又节能的车才有前途。我把这个车子的要求列出七项指标,安全性高,节能减排,使用方便,价格低廉,能源费少,维修方便,使用期长。安全性高这样的车子用户才能欣赏,特斯拉纯电动车2017年共烧了十几辆车,2018年一年烧了11辆。今年2月、3月、4月、5月、7月,差不多一个月一辆。

根据不完全统计,我国2017年烧车103辆,2018年烧51辆,这个51辆打了个问号,因为有人有意删除烧车的新闻,所以统计不准。其中90%以上是用三元锂电池的纯电动车,今年21号的这一个月里面就烧了11辆车以上。深圳电动物流车2018年烧了5辆,其中4辆是电池自燃。

所以三元锂电,车里的人来不及逃生,车内的人来不及救援,为什么会有这样的情况?

我试作各种电动车辆竞争力的强化,把刚才7个指标画了一个表。7个指标5种车子给它进行打分,打出来的总分,长里程纯电动车12分,插电式14分,燃料电池车11分,微型纯电动车27分,增程式33分,这是我的看法,我希望这个表大家拿回去自己打打分,看看是不是这样的趋势。

7个指标是等权相加,实际安全性应该加权,节能减排是宗旨,应该加权,如果这两项全增加了,那么总分差距更大。所以请各位可以试试,看看结果如何。

第三代增程式电动车技术介绍一下,江苏公爵提出来发电直驱电动车,与第二代不同,发电不经过电池,第三代是发电机发的电直接到电动机,这样就减少了电池充电放电的能量损失大概10%左右,所以可以提高节油率。另外这个电池的寿命也长了,因为大电流不经过它,所以它集安全、节能减排、方便,长里程,省钱大全。

增程式还是要省油,不是我们最终的目标。我想提醒两个问题,如果我国汽车的油耗降到一半以下,年节原油2亿吨,环境改善,能源安全提高,我国由汽车大国向汽车强国迈进一大步,全国人民都非常高兴。

第二,纯电动车的电池多,车重,耗电多,未必是最终目标。如果大家都认清发展电动车是为了节能减排,政策就要改变,改变了之后,纯电动车就不应该是最终目标。我过去也是认为纯电动车好,从八九年之前我开始慢慢认识到,纯电动车的问题比较多。所以最近八九年,我一直讲,不能够搞长距离的纯电动车,要衡量全过程的节能减排,把发动机和电池配合,这是效果最佳。未来的增程式发动机可以不烧油,不增加二氧化碳的排放,我实际是这么一个设想,全部由太阳能提供能量,太阳能风力发电、光伏发电,给蓄电站充电,给电池重电。我们有7亿多的秸秆,可以产生1亿多的酒精,现在甜高粱的项目由清华牵头,国家在立项,里面有大量的糖,而且这种高粱一般的土地都能长,这样才能生产大量的乙醇,给发动机供应燃料,就像现在巴西有一半左右的汽车用的酒精,很多车子都是酒精、汽油两用,这样全部由太阳能给提供增程式电动车,是可以不烧油。所以增程式不是像纯电动汽车的过渡,而是未来汽车的主力。

第三个问题是安全节能的车需要什么电池?高镍三元等电池不应该是重点,只要把补贴取消了,或者补贴不和里程挂钩,不和现在电池的比能量挂钩,把这个政策改变,高镍三元没有冒险去做。另外全固态电池又较远。

另外磷酸铁力电池应是主力,提高寿命,降低成本,现在有的地方已经从一块达到八毛。第二是回收刹车能量,这是汽车节能减排非常重要的内容,回收刹车能量需要用5C-35C的快充电池,所谓5C就是五分之一小时把这个电充满。石墨电极可以快放,但是难以快充,所谓的锂离子电池都是用石墨做负极,钛酸锂电池可以快充,但是它的价格高,比能量很低,所以要发展高安全性、廉价快充的电容电池,这个电池我们提出来,正极用磷酸铁锂加多孔碳,负极用硬碳代替石墨,硬碳不容易长枝晶,调节材料的比例和电极的厚度,就可以调充放电倍率。虽然我们是申请了专利,但是大家都可以用。这种电池做好之后,它的比能量比碳酸锂高一倍,价格是碳酸锂的三分之一到四分之一。

最后一个问题是讲充分利用积分促进节能减排,现在的正积分决定于纯电动里程,不利于节能减排,另外还有一个问题是正积分过剩。工信部正在征求对双积分《并行管理办法》修改稿的意见,初步意见里面有一条就是纯电动车的几分等于基准分值乘上电耗调整系数,这就弱化里程因素,我很赞成。

但是,还有点建议,第一个建议是现在的基准积分等于0.006乘R加0.4,这个R是纯电动里程,建议改为0.004乘R,进一步弱化里程的因素,推动节能减排,另外分数就降低一点,使得政府积分的平衡更有力。

第二个建议是插电式电动车现在的积分是2分,在征求意见稿当中改成1.6分,打了个八折,比稿子当中150公里的纯电动车的1.3分还要高,这是很不合理的。现在发改委已经在《汽车产业投资管理规定》当中把插电式列为燃油车,所以取消它的积分也不为过,但是为了照顾现在的现状和习惯,尤其有些企业公司跑到部里面公关,我说可以照顾给他1分。

第三个建议,要建议给增程式电动车1分,和现在的建议150公里的纯电动车相持平,推动节能减排。

最后结束语,第一,政府的政策要改革,电动汽车和动力电池必须安全第一,而不是里程第一、比能量第一,必须改变这个观念,改变这个政策。再有就是不该要求极速提高比能量九、增加危险性。现在电池的指标是一年提高一个指标,这个电池是没有经过考验就上车,非常危险。

第二点,企业经营要改向:在市场化下,必须减少电池用量,提高安全性、节能减排、降低车价。而不是追求长里程纯电动、多装电池、浪费能源、增加排放、加大废电池的处置量。

第三,提高安全性、坚持节能减排宗旨,具体做法有四条。一是是积分与节能减排挂钩,进一步与纯电动车里程脱钩。二是纯电动车微小型化,鼓励发展低速车,电池随市场来定,三是发展增程式技术,用各种电动车,第四是发展快充电廉价的磷酸铁锂电池或者是电池电容,谢谢大家!

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