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欧阳明高:解决冬季续航缩水急需提升电动汽车的节能水平

2021-01-18 浏览次数:1,683 次 电车资源

“如果某一品牌宣扬他们的车既能跑1000公里,又能几分钟充完电,还特别地安全,而且成本还非常低,那大家不用相信,因为这在目前是不可能同时达到的。因为我们要平衡能量、寿命、安全、成本等相互矛盾的性能指标。虽然1000公里续航并不是我们追求的主要目标,但电动汽车的能量需求肯定还是要上升的。”中国电动汽车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高在中国电动汽车百人会(2021)论坛上表示。

欧阳明高在针对近期出现的冬天低温续航里程缩水问题上也做出回应,他表示,实际上这也是能量问题,首先是电芯性能在低温下的下降,同时制热比制冷能耗更大;其次是动力系统效率的降低,比如制动能量回馈功能基本丧失,滚动阻力也增大了;最后还有估计的续航里程精准度下降,这也容易引起顾客的里程焦虑,对于品牌的体验并不好。目前最为重要的是提升整车集成的技术水平,也就是电动汽车的节能水平。

欧阳明高称,当前对新能源汽车而言,高效热管理系统核心技术已经取得重要突破,将使得冬季低温环境下续航里程损失比现有车型降低2/3,整车能效优化集成技术也取得突破,小型纯电动车NEDC工况测试百公里电耗接近10千瓦时。同时充电体系建设与快充技术突破,未来5-10年,白天可以用15分钟充满75%的电量。

当前,中国电动车续航里程焦虑尤为严重,掣肘着我国进一步推广。对此,欧阳明高对业内提出三点建议,能够使得低温续航缩水问题逐步得到缓解。

第一,电池热管理系统效能优化,包括PTC加热器、热泵空调、电机激励加热等。电机激励加热是电机静止时通过电机线圈和电池组成回路对电池加热,现在的改进技术可以提升加热速度到每分钟8°C度;第二,面向冬季工况的动力系统能量综合利用,包括回收电机运行的废热,进行电池加热;第三,充电场景下电池的插枪保温和脉冲加热,而这就需要车与电网互动,向电网反向充电,这些都要求充电桩一直跟车保持相连,使插枪保温更加便利,此外,具备双向充电功能的快充桩,可以对电池进行脉冲加热。

同时,动力电池的热安全问题也还没有根本解决。近年来,电动汽车的自燃事件频发,安全问题也成为了公众的焦点问题。对此,欧阳明高表示,电池热安全问题本质上是电池自生热连锁反应引起的电池热失控(温度失控)。重点要从本征安全、被动安全和主动安全三方面安全保障技术。所谓本征安全就从单体电池的热失控机理着手,从材料层次进行热设计,从设计和制造的角度保证安全;所谓被动安全就是在某一个单体电池热失控以后,通过系统热管理,即隔热和散热的方法,抑制它在电池包内蔓延的速度保持不燃烧状态;主动安全就是电池智能管理与充电控制,例如利用云平台和电池大数据进行热失控提前预警,这是我们整车企业必须要掌握的核心技术。

在欧阳明高看来,今后二三十年内交通行业将发生百年未有之大变局,目前我国在电动汽车领域进展迅速,有望实现弯道超车,但是电池材料创新是厚积薄发的过程,也需要长久的努力。

“现在正处于第三次能源革命,能源是可再生能源包含电和氢,而能源载体就是电动汽车。以可再生能源为基础的绿色化和以数字网络为基础的智能化又能引发第四次工业革命。新一代车用动力电池和氢燃料电池等电化学能源系统的产业化是汽车动力百年来的历史性突破,所以这一次也许是中国赶超的机会。”欧阳明高表示。

我国近年来在电动汽车领域进展迅速。首先,中国纯电动汽车动力电池的技术创新非常活跃。中国动力电池技术创新的模式已经从政府主导向市场驱动转型。从行业政治运作向企业商业运作的转型。其次,中国电池材料研究处于国际先进行列,电池系统的结构创新辅以电池单体材料的改进成为近年来中国动力电池技术创新的鲜明特征。

据欧阳明高介绍,近年来,通过补锂、添硅,还有固液混合电解质做了一系列改进之后,目前三元方形电池能量密度可以达到300瓦时/公斤,采用固液混合电解质的软包电池可以达到360瓦时/公斤,现在磷酸铁锂电池补锂、添硅后,也突破200瓦时/公斤。目前电池单体到系统的体积成组效率从40%增加到60%,提升了50%,这是一个巨大的变化,使原来装磷酸铁锂电池的轿车续航里程不够长的问题基本得到解决,续航里程可以达到600公里。进一步向前发展,可能还有电池包直接作为底盘的结构件(如刀片电池包)等技术创新的出现。

三元电池能量的提升,受到安全问题的限制没有大幅增长,所以行业转向电池系统结构创新。而中国车用燃料电池技术近年来取得产业化突破。欧阳明高表示,“数据统计显示现在的燃料电池性能跟5年前相比,所有主要的性能指标都有大幅的提升,比如核心指标燃料电池寿命提升了300%。下一步的重点就是要使燃料电池系统成本10年内下降80%以上。燃料电池汽车不仅需要燃料电池系统成本降低,很重要的是车载储氢的成本也要降低,预计到2025年储一公斤氢的氢瓶成本3000元。”

不过,他还指出,当前氢燃料电池汽车发展还面临一些挑战,比如氢燃料产业链自主化程度与技术水平还有待提升,电解绿氢技术、氢储运技术、氢安全技术还需要改进,氢燃料的成本总体偏高,这些都是今后5-10年必须努力解决的。

另外针对业内提出换电模式的问题,欧阳明高表示,对于商业目的的乘用车,如共享车、出租车,换电是一个不错的商业模式。不过换电的最佳载体可能还是电动中重卡。这种中重卡可以使用充换一体化快速能源补给站,轿车在这种补给站中超级快充、中重卡快速换电。重卡需要的电池容量大大超过轿车,换电的备用电池包可以给轿车放电,这种补给站提供快充,形成互补。最终的形态将是“光-储-充-换”多能互补的微网系统。

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