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人物档案
杨裕生,(1932-)江苏如皋人。核试验技术、分析化学专家。1952年毕业于浙江大学。1958年中国科学院化学研究所研究生。1960年在苏联科学院地球化学与分析化学研究所进修放射分析化学。1988年授少将军衔。1990年10月任中国人民解放军防化研究院研究员。1995年当选为中国工程院院士。
机动车分类应采动力来源标准
吴 平:为应对石油危机、全球气候变化,主要汽车生产国都在纷纷调整汽车发展战略,大力发展节能与新能源汽车,呈现出不同技术路线多元发展百花齐放的格局,主要包括:高效柴油机节能汽车;使用天然气、煤基燃料、生物燃料等替代燃料的汽车;燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车等。现在社会上,甚至在国家发改委、工信部、科技部、财政部等部委出台的相关文件中,对新能源汽车的界定并不统一。其实,新能源汽车的提法确实不太科学。“新能源汽车”和“使用新能源的汽车”是两个不同的概念。请问,您认为对机动车应该如何分类?
杨裕生:我认为应根据动力来源对机动车进行划分。包括:1.以内燃机驱动的车辆,包括使用汽油、柴油的传统汽车和使用生物燃料、乙醇、甲醇、二甲醚、天然气等替代燃料及混合燃料的新燃料车;2.以电动机驱动的车辆,包括使用燃料电池、蓄电池、太阳能电池、超级电容器、各种混合电源的车辆;3.内燃机与电动机两者驱动的混合动力车,包括微混、轻混、中混、重混、其他混合模式(含充电式混合动力)。在混合动力汽车中,(1)油-电混合动力汽车(HEV),不需要外充电。例如日本的普锐斯。此车所需电池组的容量小,电动机动力系统只在车辆起动和爬坡时提供辅助功率,电池的电来自车上的内燃机发电和制动回收的电能,故全用油,省油不多(平均节油率可达10%～15%);结构复杂,加工要求高,价格不低。(2)充电式混合动力汽车(Plug-in,PHEV)也有电、油两动力系统,电池组容量较大,用市电给电池充电,纯电动行驶40～60km,长距离行驶时内燃机的动力直接传到变速箱。
电动汽车产业化亟需国家战略
吴 平:如果说每一次经济危机都孕育着一场新的科技革命,那么当能源供应日益短缺、甚至枯竭之时;当汽车尾气侵害人体生命健康之时;当全球气候变暖,包括人类自身在内的物种面临灭顶之灾之时,一场新的科技革命则显得更加迫切。
当今许多国家都纷纷出台政策支持电动汽车的研发和市场开拓,力度之大前所未有。特别是为应对经济危机,各国实施的经济刺激计划都包含了发展电动汽车的条款。例如,德国政府在2007年就将锂离子蓄电池做为攻关项目,并由60多个单位组建了锂离子蓄电池创新联盟。英国政府计划总预算2.5亿英镑,从2011年起实施为期五年的电动汽车资助计划。
杨裕生:美国布什政府曾大力支持燃料电池电动汽车,热了好一阵子。但2006年降温了,布什亲自宣布,“燃料电池电动汽车不是解决能源问题的近期、中期办法,而是长期的办法”。奥巴马政府上台100天就宣布停止支持燃料电池电动车发展,半年许(2009年8月初)就发布了“‘下一代’电池和电动汽车计划”,总经费24亿美元,要求企业按1:1的比例配套24亿美元,发展9类、48个科研生产项目。美国不仅有完整的一套布局,而且力度很大,动作果断,拨款迅速。值得一提的是,这24亿美元计划中没有支持燃料电池电动车和油电混合电动车(HEV)。
日本经产省2009年6月发布的“创新能源技术计划——电动汽车与电池技术”,已明确提出开发PHEV和BEV的具体时间表,这是近年来锂离子动力电池技术发展到相应水平后的必然趋势。其实,日本的日产和三菱由于不想和丰田、本田争夺HEV市场,已经着手发展纯电动汽车了。欧洲国家也有自己的发展战略。
我国必需果断地制定电动汽车发展战略,并要坚定有力地推行。决不能因为意见不一致而久拖不决!更要奉劝某些有形或无形的“联盟”,不要再坚持局部利益,明中或暗中使劲而贻误国家大事。
吴 平:“十五”期间,我国启动了863计划电动汽车重大专项,建立起以混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车为“三纵”,以动力蓄电池、电机及驱动系统、多能源动力总成控制为“三横”的关键技术攻关布局。 2009年《汽车产业调整与振兴规划》将充电式混合动力汽车和纯电动汽车产业化作为节能与新能源汽车的战略重点。2009年9月,温家宝总理主持召开了三次新兴战略性产业发展座谈会,并将电动汽车列为七个战略性新兴产业之一。
电动汽车产业化是一个巨大的系统工程,涉及技术路线、标准体系、基础设施、运营模式、管理体制、激励政策等重大问题,仅依靠企业行为是难以推进的,应在政府的统筹规划和具体指导下,充分发挥科研院所、高等院校、行业组织和企业的积极性。将国家发改委在宏观政策方面,工信部在推进产业化方面,科技部在组织关键技术攻关方面的职能充分协调组织起来,有必要成立电动汽车产业化议事协调机构,对我国电动汽车产业化发展统筹规划、统一领导,以扭转当前混乱无序的状态。
杨裕生:回顾“十五”期间的“三纵三横”,是将燃料电池电动车放在“三纵”之巅,将燃料电池列为“三横”中电池技术之首,表现在经费上它们最多。“十一五”期间的“节能与新能源汽车专项”虽仍坚持“三纵三横”,但混合动力车的位置前移,研究经费的比重增加,并延伸到这两年的“十城千辆”的电动车示范也是这个格局,表现在补助上混合动力车占了77%。
现今,科技部虽然仍坚持“三纵三横”的研发布局,但却改变了“三纵”的排序,要优先发展“纯电驱动”的小型乘用车和大中型公共客车了。这个转变虽然显得预见性、敏感性有些不足,确是顺应了动力电池技术发展趋势,还是值得额手称庆的明智之举!
科技部仍然可以坚持“三纵三横”的研发布局这个“魔方式”的口号,但是说实在话,推动电动汽车产业化的主角不应是科技部。“三横”范畴的材料、部件等技术的工程化研发,尚需补课,这才是科技部义不容辞的工作重点,人们将翘首以待。
科技部的电动汽车研发布局,仍然可以在不断调整重点的情况下继续坚持“三纵三横”的提法。但是作为国家电动汽车发展战略,如将“三纵三横”纳入其中,则将淡化重点,模糊路线,弊多利少。
总之,我国电动车技术路线和产业化推进战略应是——以大力发展“纯电驱动”的微小型低速短程乘用车为突破口,以增程式的大中型公共客车和中高档乘用车为主要过渡车种,向新一代纯电动车方向跨越式发展。
吴 平:您所说的“增程式”电动汽车是应用什么原理,它和充电式混合动力电动汽车有何区别?
杨裕生:“增程式”电动汽车(EREV),又称“双充式”电动汽车(图1)。
这种车传到变速箱上的动力完全由电动机提供,故可划入纯电驱动类汽车,是纯电动汽车的增程,可看成是将部分充电工作在车上进行。EREV的节油率可达50%以上,原因是内燃机-发电机始终在最佳工况下运行,其发电的功率足够车辆在一定速度范围下稳定行驶,电池组提供足够的电功率帮助电动机驱使车辆起动、加速和爬坡,从而避免了常规汽车发动机“大马拉小车”的费油运行模式。此外,电池组的容量较大,能够有效地回收车辆刹车和下坡的能量。
也有人认为它装有用油的发电机,应列入串联式类混合动力车,其实它的内燃机发电与电池供电是并联的关系,与串联式混合动力车在运行模式上是有区别的。
“增程式”电动汽车(EREV)与充电式混合电动汽车(PHEV)的差别,在于后者的内燃机动力直接送到变速箱,而不经过发电-电动的转换环节(图2)。
我认为,在当前蓄电池能量密度较低和电池成本较高的状况下,发展电动公交车和中高档乘用车,应该采用“增程式”电动模式作为策略性过渡。
关键在于电池技术
吴 平:锂离子电池具有功率及能量密度大、转换效率高、使用寿命长、重量轻、无污染、自放电系数小、温度适应范围宽泛等优点,已成为电动汽车蓄电池的发展方向。在国家产业政策和科研项目的推动下,我国锂离子电池产业发展取得重大进展。虽然在小容量高功率型锂离子电池关键技术和产品研究方面,与发达国家比仍有一定的差距,但大容量能量型锂离子电池关键技术和产品研究,已经处于国际领先地位,其性能和经济性已经基本具备产业化的条件。
但是,锂离子电池成组后,安全性大幅下降,使用寿命大幅缩短,甚至有发生燃烧、爆炸等恶性事故的危险,制约着我国锂离子电池及电动汽车产业的发展。在国际上,锂离子电池成组应用技术也是一个待解决的问题。我国在锂离子蓄电池成组应用技术、系统集成、关键技术研究方面取得了重大进展,一些技术已经处于国际先进水平。但是,这些技术大多分散掌握在科研院所、高等院校和企业手中。在激烈的市场竞争环境下,利益形成的壁垒,对企业间的技术合作和资源整合形成了巨大的阻力。因此,探索有利于资源整合和集成创新的体制机制,是当前迫切需要解决的重大问题。
杨裕生:的确,电池技术是电动汽车发展的关键。我国蓄电池技术进步很快。磷酸铁锂电池已被广泛认可,电极材料纳米化使比功率提高,隔膜开始国产化,价格降低,电池生产向半自动化、自动化前进,可靠性、一致性改善,电源管理和控制系统改进,电池的安全性和循环寿命提高,由比能量、寿命、价格等因素形成的综合性能不断优化,其大发展已不存在近期难以克服的技术问题、材料来源问题和过高的价格问题,为电动汽车的发展奠定了基础。
动力电池技术要在电池使用中不断提高,也只有在使用中才能不断提高。在电动汽车发展初期,过分强调动力电池完美无缺是不切合实际的。那种“要等动力电池彻底过关才能发展电动汽车”的论调,实际上是“电动汽车取消论”,不值得一驳。
同时,电动汽车的发展也不全靠锂离子电池,铅酸电池技术也有新进展,超级电容器已能批量生产。
吴 平:近年来,传统汽车制造企业,摩托车、三轮车企业,以及电池企业都在进军电动汽车领域。与此同时,标准制定权之争也更加激烈。动力电池系统的标准化是电动汽车发展的基础,涉及到电池、电力、电子、机械制造等技术领域。在标准的制定过程中,只有在各利益主体之间充分博弈、寻求平衡,广泛汇集行业的资源和智慧,才有可能防止恶性竟争,结束当前我国电池产业标准缺失、各自为战的局面。
铅酸电池在生产制造、使用、回收等环节会产生严重的环境污染。但是,近年来一些以电动汽车用铅酸电池的科研投入、项目建设有回潮、加大的趋势。作为长期从事电池研究的专家,您如何看待铅酸电池及其发展前景?
杨裕生:我建议国家投入20亿元,设立动力锂离子电池研发专项。1.集全国优势,用5年时间全面提升我国动力锂离子电池的生产技术水平,完善锂离子电池产业链(包括锂资源勘查和锂盐提取技术),实现隔膜和电解质锂盐等关键材料国产化,攻克电池模块成组技术,提高电池安全性和一致性,力争电池组的寿命达到1500次,电池成本降低50%。2.加强原创性研究,全面提升动力电池的研发能力,为5-10年后的纯电动汽车动力电池提供具有自主知识产权的核心技术,逐步实现纯电动汽车的总体成本低于内燃机汽车,续驶里程逼近内燃机汽车。
关于铅酸电池,那种“不能列入电动汽车发展计划”的观念应该转变。铅酸电池由法国人普兰特于1859年发明,已有150岁。这些年,国外的铅酸电池新技术不断出现,全密封式、管式、水平式等新结构,新组分铅合金,泡沫炭板栅,铅炭复合电极,超级电池等,有力地克服着其缺点(比能量低,比功率不高,循环寿命较短),继2005年循环寿命达4500次后,2009年又有了6000次以上的报道。
我国铅酸电池的技术研究长期以来得不到支持,研究者寥寥无几,我国与国外的差距拉大了!我们应该不存偏见,正确地认识铅酸电池。铅酸蓄电池优点多:安全性最高,生产过程成熟,廉价,占二次电池产值一半以上,所以说它没有过时。只要政策对头,我们一定能够赶超。铅酸电池不仅能在电动自行车上继续发挥优势,而且在微、小型纯电动车和增程式电动车上也大有用武之地。
铅对环境有污染,主要发生在落后的冶炼和电池再生中。问题的症结在于政府有关部门能否认真对待。铅酸电池生产过程中铅污染的控制和治理,需要进一步加强。
吴 平:当前成本高已经成为制约电动汽车产业化发展的重要因素。电动汽车的成本主要包括整车成本和使用成本。其中电池成本约占整车成本的一半,而电动汽车的使用成本要低于燃油汽车。因此,电池成本的下降、电池租赁等商业模式的创新是电动汽车产业化的关键。
杨裕生:目前,我国的纯电动汽车处于大力研究并迅速发展的阶段,能源供应模式呈现多样性,归纳起来有3类、6种。依据“电池折旧费+电费”的方法来比较各种模式的经济成本(油价以7元/L,电费以 0.5元/kWh计):
第一类:纯电动轿车:(1)使用铅酸电池(山东、江苏)约0.18元/km,而类似的微型燃油轿车约0.28元/km;(2)使用锂离子电池(咸阳威力克、深圳比亚迪)约0.44元/km,而类似燃油轿车约0.70元/km。纯电动轿车适合中国国情,特别是适合广大的中小城市消费者使用,可以作为一种家用普及车发展。
第二类:纯电动公交车:(1)使用锂离子电池(北京奥运会和残奥会)约4.2元/km(以循环寿命1000次计),而内燃机公交车为3元/km。如锂离子电池循环寿命能达到1500次则费用可与内燃机公交车持平,如达2000次,则纯电动公交车的费用仅约为2.2元/km,将远低于内燃机公交车;(2)使用锂离子电池+电容器(上海雷博)约0.7元/km,而燃油车约3元/km。
第三类:“增程(双充)式”电动公交车:(1)使用铅酸电池+电容器(北京科凌)节油率大于50%;(2)使用全锂离子电池(杭州赛恩斯)节油率大于50%。“增程式”电动汽车在能源利用效率、价格、使用的方便性等方面具有优势,预料其将以强大的竞争力迅速发展,很值得重视。而且,“增程式”能源模式完全可以用于电动轿车,预计100km耗油3L左右,应用前景广阔。
各种能源模式应在公平竞争中发展。国家对电动汽车的补助应以总节油量为依据——相同总节油量,补助应相同,而不应以电动汽车的制作成本高低作为补助的依据。
发展微小型电动汽车
吴 平:2009年,中国新车销量超过1300万辆,达到历史最高水平,成为全球最大的汽车市场,夺得了美国占据数十年之久的宝座。目前,我国人均GDP已超过3000美元,正处于消费结构升级的重要阶段。潜力巨大的城乡汽车市场是培育民族汽车品牌,振兴民族汽车产业的沃土,为我国电动汽车产业发展带来了机遇。因此,我国电动汽车生产企业要借助新技术发展和市场优势,坚持自主品牌、自主研发、自主生产,以质量可靠、工艺精良、品质卓越、价格合理占据市场主导地位。
杨裕生:我建议,应选定低速、短程、微型纯电动汽车作为市场推进的突破口。根据多个大城市的统计,80%的汽车日行驶里程在20km左右(小城市应该更短),故短程汽车用户可观。现在使用电动自行车和轻型电动摩托车的广大群众,在购买力提升后需要遮风挡雨的代步工具,他们是短程纯电动汽车的潜在客户,数以亿计!因此,充电一次行驶50～80km的纯电动汽车大有市场,现有的动力锂离子电池甚至铅酸电池就能满足要求。
纯电动汽车的指标不必和燃油车攀比,里程不追求长(100～150km),速度不追求高(50～60km/h)。现在有些人有意无意地数落电动汽车的不足,在制定政策、标准时有意无意地对电动汽车提出脱离当前发展阶段的过高要求。这些观念实际上代表了燃油车公司的利益,客观上对电动汽车的发展起了“卡”、“压”的作用。因此,应该更新观念,以百倍的热情、宽厚的心态对待汽车领域的新事物,创造宽松环境,力促纯电动汽车在发展中迅速进步。同时要提倡汽车消费新理念,克服虚荣心,将节油、减排作为光荣义务。
我认为优先发展“纯电驱动”的小型乘用车,应指明包括发展微型车,理由如下:
1.微型车电池用量少,价格低廉,适合我国国情,市场潜力大。
2.车微则轻,耗电少,充电易解决。微型车100km耗电6～8kWh(小型车100km耗电10～13kWh),用220V的10A市电插头即可在夜间7小时内完成充电,现有停车点的近旁安装一个自动收费的小充电柱就能解决电源问题。
3.车结构简单,节材节能,使用、维修方便。
4.电池少,安全性高。
总之,电动汽车做小了,所有矛盾都易解决。在国外,三菱、日产、富士重工等大公司也非常重视发展微型纯电动轿车,Th!nk公司从欧洲扩销美国,这些都可借鉴。
基础设施要跟上
吴 平:完善的基础设施是电动汽车产业化的重要保障。我国城市多为高层住宅,难以适用欧美的以家用电源充电模式。提供标准化电池模块租赁服务可以有效解决电池成本高、续驶里程短、充电困难等问题,是完善电动汽车基础设施的有效途径。初期由政府对基础设施建设予以扶持,将会比提供终端用户购车补贴取得更好的政策效果。当前可以出租车为试点,创新电池模块租赁服务的商业模式。
杨裕生:钛酸锂电池为电动汽车的基础设施提供了新的途径。钛酸锂的最大优点是安全性好,快速充电性能好,循环寿命可达几万次,因此,可以把钛酸锂电池、电动汽车、太阳能、风能和现有电网集成优化。例如,把钛酸锂电池最初20%的寿命应用在电动汽车上,电动汽车一直用较新的电池,可有较长的行驶里程。同时,利用快速充电的性能,可以给电动汽车快速充电,把钛酸锂电池后期80%的寿命应用于充电站的电能储存,晚上利用廉价电力给充电站的电池充电,白天利用充电站的钛酸锂电池给电动汽车的钛酸锂电池充电,避免对电网的大功率冲击。
电动汽车充电用夜间的“谷电”,是多方得利之举:用户省钱,节油减排,国家得益,电网峰/谷差得以平抑。每100万辆纯电动汽车充电即可消耗200万kW的“谷电”(一辆车按2kW充电7h,可行驶100多km),相当于两个半“十三陵抽水蓄能电站”的调峰能力(十三陵抽水蓄能电站工程总投资37亿元,2.5×37亿元=92.5亿元),电网公司可以省下近92.5亿元的调峰电站建设费用,解决充电器的费用绰绰有余(2kW充电设备按2000元算,100万辆车只需20亿元),何乐而不为?
杨裕生,(1932-)江苏如皋人。核试验技术、分析化学专家。1952年毕业于浙江大学。1958年中国科学院化学研究所研究生。1960年在苏联科学院地球化学与分析化学研究所进修放射分析化学。1988年授少将军衔。1990年10月任中国人民解放军防化研究院研究员。1995年当选为中国工程院院士。
机动车分类应采动力来源标准
吴 平:为应对石油危机、全球气候变化,主要汽车生产国都在纷纷调整汽车发展战略,大力发展节能与新能源汽车,呈现出不同技术路线多元发展百花齐放的格局,主要包括:高效柴油机节能汽车;使用天然气、煤基燃料、生物燃料等替代燃料的汽车;燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车等。现在社会上,甚至在国家发改委、工信部、科技部、财政部等部委出台的相关文件中,对新能源汽车的界定并不统一。其实,新能源汽车的提法确实不太科学。“新能源汽车”和“使用新能源的汽车”是两个不同的概念。请问,您认为对机动车应该如何分类?
杨裕生:我认为应根据动力来源对机动车进行划分。包括:1.以内燃机驱动的车辆,包括使用汽油、柴油的传统汽车和使用生物燃料、乙醇、甲醇、二甲醚、天然气等替代燃料及混合燃料的新燃料车;2.以电动机驱动的车辆,包括使用燃料电池、蓄电池、太阳能电池、超级电容器、各种混合电源的车辆;3.内燃机与电动机两者驱动的混合动力车,包括微混、轻混、中混、重混、其他混合模式(含充电式混合动力)。在混合动力汽车中,(1)油-电混合动力汽车(HEV),不需要外充电。例如日本的普锐斯。此车所需电池组的容量小,电动机动力系统只在车辆起动和爬坡时提供辅助功率,电池的电来自车上的内燃机发电和制动回收的电能,故全用油,省油不多(平均节油率可达10%～15%);结构复杂,加工要求高,价格不低。(2)充电式混合动力汽车(Plug-in,PHEV)也有电、油两动力系统,电池组容量较大,用市电给电池充电,纯电动行驶40～60km,长距离行驶时内燃机的动力直接传到变速箱。
电动汽车产业化亟需国家战略
吴 平:如果说每一次经济危机都孕育着一场新的科技革命,那么当能源供应日益短缺、甚至枯竭之时;当汽车尾气侵害人体生命健康之时;当全球气候变暖,包括人类自身在内的物种面临灭顶之灾之时,一场新的科技革命则显得更加迫切。
当今许多国家都纷纷出台政策支持电动汽车的研发和市场开拓,力度之大前所未有。特别是为应对经济危机,各国实施的经济刺激计划都包含了发展电动汽车的条款。例如,德国政府在2007年就将锂离子蓄电池做为攻关项目,并由60多个单位组建了锂离子蓄电池创新联盟。英国政府计划总预算2.5亿英镑,从2011年起实施为期五年的电动汽车资助计划。
杨裕生:美国布什政府曾大力支持燃料电池电动汽车,热了好一阵子。但2006年降温了,布什亲自宣布,“燃料电池电动汽车不是解决能源问题的近期、中期办法,而是长期的办法”。奥巴马政府上台100天就宣布停止支持燃料电池电动车发展,半年许(2009年8月初)就发布了“‘下一代’电池和电动汽车计划”,总经费24亿美元,要求企业按1:1的比例配套24亿美元,发展9类、48个科研生产项目。美国不仅有完整的一套布局,而且力度很大,动作果断,拨款迅速。值得一提的是,这24亿美元计划中没有支持燃料电池电动车和油电混合电动车(HEV)。
日本经产省2009年6月发布的“创新能源技术计划——电动汽车与电池技术”,已明确提出开发PHEV和BEV的具体时间表,这是近年来锂离子动力电池技术发展到相应水平后的必然趋势。其实,日本的日产和三菱由于不想和丰田、本田争夺HEV市场,已经着手发展纯电动汽车了。欧洲国家也有自己的发展战略。
我国必需果断地制定电动汽车发展战略,并要坚定有力地推行。决不能因为意见不一致而久拖不决!更要奉劝某些有形或无形的“联盟”,不要再坚持局部利益,明中或暗中使劲而贻误国家大事。
吴 平:“十五”期间,我国启动了863计划电动汽车重大专项,建立起以混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车为“三纵”,以动力蓄电池、电机及驱动系统、多能源动力总成控制为“三横”的关键技术攻关布局。 2009年《汽车产业调整与振兴规划》将充电式混合动力汽车和纯电动汽车产业化作为节能与新能源汽车的战略重点。2009年9月,温家宝总理主持召开了三次新兴战略性产业发展座谈会,并将电动汽车列为七个战略性新兴产业之一。
电动汽车产业化是一个巨大的系统工程,涉及技术路线、标准体系、基础设施、运营模式、管理体制、激励政策等重大问题,仅依靠企业行为是难以推进的,应在政府的统筹规划和具体指导下,充分发挥科研院所、高等院校、行业组织和企业的积极性。将国家发改委在宏观政策方面,工信部在推进产业化方面,科技部在组织关键技术攻关方面的职能充分协调组织起来,有必要成立电动汽车产业化议事协调机构,对我国电动汽车产业化发展统筹规划、统一领导,以扭转当前混乱无序的状态。
杨裕生:回顾“十五”期间的“三纵三横”,是将燃料电池电动车放在“三纵”之巅,将燃料电池列为“三横”中电池技术之首,表现在经费上它们最多。“十一五”期间的“节能与新能源汽车专项”虽仍坚持“三纵三横”,但混合动力车的位置前移,研究经费的比重增加,并延伸到这两年的“十城千辆”的电动车示范也是这个格局,表现在补助上混合动力车占了77%。
现今,科技部虽然仍坚持“三纵三横”的研发布局,但却改变了“三纵”的排序,要优先发展“纯电驱动”的小型乘用车和大中型公共客车了。这个转变虽然显得预见性、敏感性有些不足,确是顺应了动力电池技术发展趋势,还是值得额手称庆的明智之举!
科技部仍然可以坚持“三纵三横”的研发布局这个“魔方式”的口号,但是说实在话,推动电动汽车产业化的主角不应是科技部。“三横”范畴的材料、部件等技术的工程化研发,尚需补课,这才是科技部义不容辞的工作重点,人们将翘首以待。
科技部的电动汽车研发布局,仍然可以在不断调整重点的情况下继续坚持“三纵三横”的提法。但是作为国家电动汽车发展战略,如将“三纵三横”纳入其中,则将淡化重点,模糊路线,弊多利少。
总之,我国电动车技术路线和产业化推进战略应是——以大力发展“纯电驱动”的微小型低速短程乘用车为突破口,以增程式的大中型公共客车和中高档乘用车为主要过渡车种,向新一代纯电动车方向跨越式发展。
吴 平:您所说的“增程式”电动汽车是应用什么原理,它和充电式混合动力电动汽车有何区别?
杨裕生:“增程式”电动汽车(EREV),又称“双充式”电动汽车(图1)。
这种车传到变速箱上的动力完全由电动机提供,故可划入纯电驱动类汽车,是纯电动汽车的增程,可看成是将部分充电工作在车上进行。EREV的节油率可达50%以上,原因是内燃机-发电机始终在最佳工况下运行,其发电的功率足够车辆在一定速度范围下稳定行驶,电池组提供足够的电功率帮助电动机驱使车辆起动、加速和爬坡,从而避免了常规汽车发动机“大马拉小车”的费油运行模式。此外,电池组的容量较大,能够有效地回收车辆刹车和下坡的能量。
也有人认为它装有用油的发电机,应列入串联式类混合动力车,其实它的内燃机发电与电池供电是并联的关系,与串联式混合动力车在运行模式上是有区别的。
“增程式”电动汽车(EREV)与充电式混合电动汽车(PHEV)的差别,在于后者的内燃机动力直接送到变速箱,而不经过发电-电动的转换环节(图2)。
我认为,在当前蓄电池能量密度较低和电池成本较高的状况下,发展电动公交车和中高档乘用车,应该采用“增程式”电动模式作为策略性过渡。
关键在于电池技术
吴 平:锂离子电池具有功率及能量密度大、转换效率高、使用寿命长、重量轻、无污染、自放电系数小、温度适应范围宽泛等优点,已成为电动汽车蓄电池的发展方向。在国家产业政策和科研项目的推动下,我国锂离子电池产业发展取得重大进展。虽然在小容量高功率型锂离子电池关键技术和产品研究方面,与发达国家比仍有一定的差距,但大容量能量型锂离子电池关键技术和产品研究,已经处于国际领先地位,其性能和经济性已经基本具备产业化的条件。
但是,锂离子电池成组后,安全性大幅下降,使用寿命大幅缩短,甚至有发生燃烧、爆炸等恶性事故的危险,制约着我国锂离子电池及电动汽车产业的发展。在国际上,锂离子电池成组应用技术也是一个待解决的问题。我国在锂离子蓄电池成组应用技术、系统集成、关键技术研究方面取得了重大进展,一些技术已经处于国际先进水平。但是,这些技术大多分散掌握在科研院所、高等院校和企业手中。在激烈的市场竞争环境下,利益形成的壁垒,对企业间的技术合作和资源整合形成了巨大的阻力。因此,探索有利于资源整合和集成创新的体制机制,是当前迫切需要解决的重大问题。
杨裕生:的确,电池技术是电动汽车发展的关键。我国蓄电池技术进步很快。磷酸铁锂电池已被广泛认可,电极材料纳米化使比功率提高,隔膜开始国产化,价格降低,电池生产向半自动化、自动化前进,可靠性、一致性改善,电源管理和控制系统改进,电池的安全性和循环寿命提高,由比能量、寿命、价格等因素形成的综合性能不断优化,其大发展已不存在近期难以克服的技术问题、材料来源问题和过高的价格问题,为电动汽车的发展奠定了基础。
动力电池技术要在电池使用中不断提高,也只有在使用中才能不断提高。在电动汽车发展初期,过分强调动力电池完美无缺是不切合实际的。那种“要等动力电池彻底过关才能发展电动汽车”的论调,实际上是“电动汽车取消论”,不值得一驳。
同时,电动汽车的发展也不全靠锂离子电池,铅酸电池技术也有新进展,超级电容器已能批量生产。
吴 平:近年来,传统汽车制造企业,摩托车、三轮车企业,以及电池企业都在进军电动汽车领域。与此同时,标准制定权之争也更加激烈。动力电池系统的标准化是电动汽车发展的基础,涉及到电池、电力、电子、机械制造等技术领域。在标准的制定过程中,只有在各利益主体之间充分博弈、寻求平衡,广泛汇集行业的资源和智慧,才有可能防止恶性竟争,结束当前我国电池产业标准缺失、各自为战的局面。
铅酸电池在生产制造、使用、回收等环节会产生严重的环境污染。但是,近年来一些以电动汽车用铅酸电池的科研投入、项目建设有回潮、加大的趋势。作为长期从事电池研究的专家,您如何看待铅酸电池及其发展前景?
杨裕生:我建议国家投入20亿元,设立动力锂离子电池研发专项。1.集全国优势,用5年时间全面提升我国动力锂离子电池的生产技术水平,完善锂离子电池产业链(包括锂资源勘查和锂盐提取技术),实现隔膜和电解质锂盐等关键材料国产化,攻克电池模块成组技术,提高电池安全性和一致性,力争电池组的寿命达到1500次,电池成本降低50%。2.加强原创性研究,全面提升动力电池的研发能力,为5-10年后的纯电动汽车动力电池提供具有自主知识产权的核心技术,逐步实现纯电动汽车的总体成本低于内燃机汽车,续驶里程逼近内燃机汽车。
关于铅酸电池,那种“不能列入电动汽车发展计划”的观念应该转变。铅酸电池由法国人普兰特于1859年发明,已有150岁。这些年,国外的铅酸电池新技术不断出现,全密封式、管式、水平式等新结构,新组分铅合金,泡沫炭板栅,铅炭复合电极,超级电池等,有力地克服着其缺点(比能量低,比功率不高,循环寿命较短),继2005年循环寿命达4500次后,2009年又有了6000次以上的报道。
我国铅酸电池的技术研究长期以来得不到支持,研究者寥寥无几,我国与国外的差距拉大了!我们应该不存偏见,正确地认识铅酸电池。铅酸蓄电池优点多:安全性最高,生产过程成熟,廉价,占二次电池产值一半以上,所以说它没有过时。只要政策对头,我们一定能够赶超。铅酸电池不仅能在电动自行车上继续发挥优势,而且在微、小型纯电动车和增程式电动车上也大有用武之地。
铅对环境有污染,主要发生在落后的冶炼和电池再生中。问题的症结在于政府有关部门能否认真对待。铅酸电池生产过程中铅污染的控制和治理,需要进一步加强。
吴 平:当前成本高已经成为制约电动汽车产业化发展的重要因素。电动汽车的成本主要包括整车成本和使用成本。其中电池成本约占整车成本的一半,而电动汽车的使用成本要低于燃油汽车。因此,电池成本的下降、电池租赁等商业模式的创新是电动汽车产业化的关键。
杨裕生:目前,我国的纯电动汽车处于大力研究并迅速发展的阶段,能源供应模式呈现多样性,归纳起来有3类、6种。依据“电池折旧费+电费”的方法来比较各种模式的经济成本(油价以7元/L,电费以 0.5元/kWh计):
第一类:纯电动轿车:(1)使用铅酸电池(山东、江苏)约0.18元/km,而类似的微型燃油轿车约0.28元/km;(2)使用锂离子电池(咸阳威力克、深圳比亚迪)约0.44元/km,而类似燃油轿车约0.70元/km。纯电动轿车适合中国国情,特别是适合广大的中小城市消费者使用,可以作为一种家用普及车发展。
第二类:纯电动公交车:(1)使用锂离子电池(北京奥运会和残奥会)约4.2元/km(以循环寿命1000次计),而内燃机公交车为3元/km。如锂离子电池循环寿命能达到1500次则费用可与内燃机公交车持平,如达2000次,则纯电动公交车的费用仅约为2.2元/km,将远低于内燃机公交车;(2)使用锂离子电池+电容器(上海雷博)约0.7元/km,而燃油车约3元/km。
第三类:“增程(双充)式”电动公交车:(1)使用铅酸电池+电容器(北京科凌)节油率大于50%;(2)使用全锂离子电池(杭州赛恩斯)节油率大于50%。“增程式”电动汽车在能源利用效率、价格、使用的方便性等方面具有优势,预料其将以强大的竞争力迅速发展,很值得重视。而且,“增程式”能源模式完全可以用于电动轿车,预计100km耗油3L左右,应用前景广阔。
各种能源模式应在公平竞争中发展。国家对电动汽车的补助应以总节油量为依据——相同总节油量,补助应相同,而不应以电动汽车的制作成本高低作为补助的依据。
发展微小型电动汽车
吴 平:2009年,中国新车销量超过1300万辆,达到历史最高水平,成为全球最大的汽车市场,夺得了美国占据数十年之久的宝座。目前,我国人均GDP已超过3000美元,正处于消费结构升级的重要阶段。潜力巨大的城乡汽车市场是培育民族汽车品牌,振兴民族汽车产业的沃土,为我国电动汽车产业发展带来了机遇。因此,我国电动汽车生产企业要借助新技术发展和市场优势,坚持自主品牌、自主研发、自主生产,以质量可靠、工艺精良、品质卓越、价格合理占据市场主导地位。
杨裕生:我建议,应选定低速、短程、微型纯电动汽车作为市场推进的突破口。根据多个大城市的统计,80%的汽车日行驶里程在20km左右(小城市应该更短),故短程汽车用户可观。现在使用电动自行车和轻型电动摩托车的广大群众,在购买力提升后需要遮风挡雨的代步工具,他们是短程纯电动汽车的潜在客户,数以亿计!因此,充电一次行驶50～80km的纯电动汽车大有市场,现有的动力锂离子电池甚至铅酸电池就能满足要求。
纯电动汽车的指标不必和燃油车攀比,里程不追求长(100～150km),速度不追求高(50～60km/h)。现在有些人有意无意地数落电动汽车的不足,在制定政策、标准时有意无意地对电动汽车提出脱离当前发展阶段的过高要求。这些观念实际上代表了燃油车公司的利益,客观上对电动汽车的发展起了“卡”、“压”的作用。因此,应该更新观念,以百倍的热情、宽厚的心态对待汽车领域的新事物,创造宽松环境,力促纯电动汽车在发展中迅速进步。同时要提倡汽车消费新理念,克服虚荣心,将节油、减排作为光荣义务。
我认为优先发展“纯电驱动”的小型乘用车,应指明包括发展微型车,理由如下:
1.微型车电池用量少,价格低廉,适合我国国情,市场潜力大。
2.车微则轻,耗电少,充电易解决。微型车100km耗电6～8kWh(小型车100km耗电10～13kWh),用220V的10A市电插头即可在夜间7小时内完成充电,现有停车点的近旁安装一个自动收费的小充电柱就能解决电源问题。
3.车结构简单,节材节能,使用、维修方便。
4.电池少,安全性高。
总之,电动汽车做小了,所有矛盾都易解决。在国外,三菱、日产、富士重工等大公司也非常重视发展微型纯电动轿车,Th!nk公司从欧洲扩销美国,这些都可借鉴。
基础设施要跟上
吴 平:完善的基础设施是电动汽车产业化的重要保障。我国城市多为高层住宅,难以适用欧美的以家用电源充电模式。提供标准化电池模块租赁服务可以有效解决电池成本高、续驶里程短、充电困难等问题,是完善电动汽车基础设施的有效途径。初期由政府对基础设施建设予以扶持,将会比提供终端用户购车补贴取得更好的政策效果。当前可以出租车为试点,创新电池模块租赁服务的商业模式。
杨裕生:钛酸锂电池为电动汽车的基础设施提供了新的途径。钛酸锂的最大优点是安全性好,快速充电性能好,循环寿命可达几万次,因此,可以把钛酸锂电池、电动汽车、太阳能、风能和现有电网集成优化。例如,把钛酸锂电池最初20%的寿命应用在电动汽车上,电动汽车一直用较新的电池,可有较长的行驶里程。同时,利用快速充电的性能,可以给电动汽车快速充电,把钛酸锂电池后期80%的寿命应用于充电站的电能储存,晚上利用廉价电力给充电站的电池充电,白天利用充电站的钛酸锂电池给电动汽车的钛酸锂电池充电,避免对电网的大功率冲击。
电动汽车充电用夜间的“谷电”,是多方得利之举:用户省钱,节油减排,国家得益,电网峰/谷差得以平抑。每100万辆纯电动汽车充电即可消耗200万kW的“谷电”(一辆车按2kW充电7h,可行驶100多km),相当于两个半“十三陵抽水蓄能电站”的调峰能力(十三陵抽水蓄能电站工程总投资37亿元,2.5×37亿元=92.5亿元),电网公司可以省下近92.5亿元的调峰电站建设费用,解决充电器的费用绰绰有余(2kW充电设备按2000元算,100万辆车只需20亿元),何乐而不为?