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新能源智能化电动汽车发展的角度谈“互联网+汽车+交通”

作者:欧阳明高   来源:科学中国人  发布时间:2015-9-16

导读:   欧阳明高,教育部长江学者特聘教授,清华大学学术委员会副主任,教授、博士生导师,汽车安全与节能国家重点实验室主任,北京清华节能与新能源汽车工程中心主任,中国民主同盟第十届、第十一届中央委员会副主席,中国人民政治协商会议全国委员会常委,中国汽车工程学会副理事长,国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组组长。

   中国汽车产业发展面临至少三大挑战,但是我们也找到了三个出路,第一个是汽车产业由大到强转型的挑战,第二,排气污染治理的挑战和汽车能源安全的挑战。习总书记去年在上汽考察的时候强调,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,所以我们定了一个国家战略的调子,就是汽车强国战略,就是新能源汽车战略。中国从“十五”开始中国新能源汽车的研发。“十一五”接着确立了节能与新能源汽车的重大项目,布局依然是“三纵三横”,“十一五”期间新能源汽车从打基础进入示范考核阶段。“十二五”还是继续坚持在这个技术体系,同时增加了三大技术平台,就是基础设施技术标准和测试评价,“十二五”期间新能源汽车从示范考核到产业化的阶段,在2014年,中央密集的出台了很多政策,中国电动汽车百人会也是去年成立,来推动电动汽车的产业化。这是近年来中国新能源汽车产业化的进程。
   去年我们认为是一个新能源汽车的元年,今年上半年已经接近于去年全年的产量,所以我们今年下半年按照去年下半年的增速,应该比上半年还会更好一点,按照历史规律,所以总体看,我们2014年是进入家庭元年,从去年的结果看,新能源客车产业化规模世界第一位,遥遥领先。我们形成了总体居于国际领先地位的技术体系和产业链,新能源轿车产业化规模居世界第二位,形成了具有中国特色的小型电动产业优势。2015年,新能源汽车继续保持快速增长,我们估计今年有望产业规模全方位达到世界第一位,但是我们也要看到,在补贴政策、基础设施、技术水平等方面还存在诸多问题。
   由此我们再看看全球新能源汽车发展趋势,我们认为有三大技术变革:
   第一,当然是动力电气化技术变革,应该说在深入的发展。各类电动动力系统的技术已经全面开始商业化,包括我们认为很难的燃料电池汽车也进入市场,所以应该说今年我们可以认为电动汽车的技术真正是可以产业化的,而且是全方位产业化已经开始。
   我们首先看一下这中间的三大技术:
   第一个,动力电池与纯电动汽车的技术。动力电池的综合性能总体趋势在今后10年比能量还会有大幅度增长,成本也将会随着比能量的提升大幅下降,但是安全性和耐久性的问题会进一步凸显。大家可以看,这中间我们电池的单体在2025年,也就是10年,我这里说的是锂离子不是其他的电池,我们现在用的电池,到2025年单体比能量会达到350瓦时/公斤,体积比能量会提升1千瓦时,这是锂离子电池的性能极限。我们电池系统会达到200—250瓦时/公斤,性能比现在提高近一倍,成本降低50%,达到每瓦时1块钱左右,应该说我们电池技术还是非常看好的。除了锂离子电池我们还有其他的非锂离子电池技术,也在研发之中,这是我们认为比较有产业化比较靠谱的一种估计。
   在燃料电池汽车方面,燃料电池发动机技术在不断进步。比如说我们最为关注的燃料电池的波载量,已经从每千瓦1克下降到目前像丰田轿车到0.3克以下,实验室已经到0.1克,在未来会接近于现在燃油汽车催化剂的波载量,而且燃料电池发动机大家可以看逐步在成熟。
   另外,插电式混合动力汽车,用的机电混合装置也已经成熟,尤其值得一提的是,我们比亚迪秦成为全球最畅销的插电式车型之一,总体上达到了国际先进水平。
   同时,在商用车方面,中国特色的深度混合动力系统,节油率达到35%以上,产业规模全球第一。
   这是第一个技术变革。
   第二个技术变革,是结构轻量化技术变革。就是我们的材料、结构和制造工艺。应该说电动汽车比传统汽车更需要轻量化,更能够平衡轻量化材料导致的成本上升,更能够带动轻量化的规模应用。轻量化与车身电池相结合是一个理想化的目标,可以看出碳纤维车身和铝镁合金已经开始应用,同时车身上会逐步增加太阳能薄膜的电池,我们的转化效率已经达到30%,成本还偏高,10年之内产业化应该会非常看好。
   我们典型的电动汽车,特斯拉电动汽车的轻量化,设计制造方面有重大的变革,而传统的全承载式车身已经不见了,我们又重新出现了以前最早汽车发展中间曾经有过底盘和车架,中间是没有了的,现在又回来了,因为我们要放电池,所以形成了真正的电池车量的底盘。而车身不再是完全的承载式车身,承载除了这个车身之外还有底盘的框架,而且全采用了铝合金。
   另外我们可以看宝马i3的轻量化技术,也是这样,采用一个独立的底盘平台,车身全部采用碳纤维,这导致汽车整个的生产工艺全部发生革命性变化,由此我们可以看出,未来轻量化材料和新型车型结构将会导致汽车设计制造体系的重大变革,这种在10年之内也会由在目前的高档车中间应用逐步的向中级轿车发展。我们可以看到一个理想的事情,从用户的角度,那就是独立的底盘平台,然后可以装不同的车身,我们可以买一个底盘,可以形成SUV、MPV、轿车,而且可以在前头开、后头开都可以这样的局面。
   第三个,车辆智能化技术变革。我们车辆智能化技术变革包含了三个方面、三个阶段,第一,我们目前是以驾驶员为中心的主动安全辅助系统,中间我们会有网络为中心的网联汽车的阶段,再到车辆为中心的自动驾驶汽车,这是美国SAE国际汽车工程学会制定的智能化水平SAE 一级,我们的辅助驾驶,二级集成式循环空驶,三级高速公路的自动驾驶。我们可以看到典型的汽车设计,目前是信息化水平。
   今天讨论最终的主题是车、网和整个的融合。我们认为以电动汽车为储能终端的能源互联网、汽车物联网、信息互联网将会相互融合,就是说在人类历史上第一次将能源、信息、物质这三个基本元素全部连起来,这也要靠电动汽车,因为电动汽车跟智能电网的互动是双向的,既可以储能作为分布式的能源,也可以往电网回馈电,这是第三次工业革命的一个核心支柱。
   总结一下,在刚才的现状和趋势的分析基础上我们看到,我国以动力电器化为核心的新能源汽车技术及产业化取得重大进步。但仍有部分整车和核心零部件关键技术尚未完全突破,与国际领先水平相比仍有较大差距。产品成本和技术性能还不能完全满足市场的要求,社会配套体系和政策不够完善,发展依然受到诸多的制约。以电动汽车智能化和轻量化为代表的新兴技术发展迅猛,新一轮技术竞争压力越来越大。
所以必须加快新能源汽车持续创新,推进我国汽车产业技术转型升级,这是我国科技发展的重大战略需求。
   所以目前我们正在制定“十三五”的实施方案,这是“十三五”《新能源汽车》科技发展目标。这是我们目前通过国家科技专家组的总体战略规划布局,我们分为四个层次,基础科学、系统集成、共性核心技术和集成开发与示范,这是我们的核心系统集成还是“三纵”,燃料电池系统、混合动力系统、纯电动系统。这是“三横”,共性核心技术、动力电池和电子管理,我们将对300瓦时/公斤的单体机系统将是我们的重点。第二,电机驱动与电力电子,我们将以新一代宽进代半导体为核心,攻克下一代技术,我们要抓住下一轮的技术变革技术。第三,电子控制与智能技术,就是我们今天说到的智能汽车,我们在汽车电子方面已经有多年的研发技术。另外,在基础科学方面,包括基础部件的材料学等。最后是三大支撑平台。
   这是我们在总体布局下的六条创新链,38个重点任务,其中有10个是重中之重的重点任务。
   下面我想结合今天的主题挑其中的一些给大家介绍一下。
   首先,国际汽车智能化技术现状与国内差距。应该说国际上智能汽车发展迅猛,主要的汽车厂商大概都会在2020年前后自动驾驶的技术将会基本就绪,与之相比中国的差距比较大,无论在技术水平、在基础设施的规划、在整个的政策和测试规范等等方面都有很大差距。“十三五”期间我们将通过跨行业、跨领域的协同开发,将尽快实现我国自主的智能驾驶汽车平台技术,应对国际上汽车技术的新一轮竞争。我们建立起完善的智能型新能源汽车研发体系和标准法规体系,促进智能汽车整车和关键零部件的产业化。我们将以纯电动汽车为平台,在整个专项中将会是电池、纯电动汽车、智能化三个联合研发。
   首先,我们进行动力电池与电池管理研发,我们2020年的目标是轿车高比能量锂离子电池达到300瓦时/公斤,寿命达到1500次,成本要达到0.8元,比现在降低50%,系统比能量要大于200瓦时/公斤,比现在提高大约1倍,当然这中间在动力电池与电动车管理中间我们将会特别的关注动力电池的系统技术,尤其是安全管理技术。
   这是纯电动汽车技术研发的2020年目标,我们百公里电耗降低20%,A级车达到12度每百公里,产业化后续时200—250公里的小型纯电动汽车,取消补贴也可以跟燃油车竞争,这是我们的一个最重要的目标。现在我们补贴还偏高,所以必须要到2020年使它达到跟传统车竞争,这个传统车竞争不是初次的购买成本,而是包含了整个生命周期的使用成本,因为从目前来看使用成本电动车燃油省很多。我现在开的就是电动汽车,一年节约大概5000块钱,并且电动汽车在城里操控性非常好,第二,充电非常便宜,所以我个人充满信心在2020年应该可以跟燃油车竞争。
   从自动化技术来看,2020年的目标是开发出新能源汽车智能化的平台技术,电动汽车智能化水平达到SAE三级,就是在高速公路可以无人驾驶,要实现百量级电动自动驾驶汽车、千辆级智能驾驶辅助电动汽车示范运行。
   最后,我做一下中国新能源汽车产业化的未来展望。我们新能源汽车已经走了三步,第一步,我们是搞的大中城市的服务领域各种新能源汽车车型的示范,这个是从08年开始的,奥运会式的,500辆新能源汽车。第二步,我们进入新能源客车、小型电动车、插电式电动轿车投入市场。第三步,我们希望在今年或者最晚明年能够达到目标。第一年阶段我们认为是个产业的酝酿期。第二步是产业的导入期,我们认为导入期结束的一个标准就是电动汽车的销量占到我们汽车总销量的1%左右,我们估计这个指标明年应该可以达到,如果乐观今年年底也可以达到,20万左右的量就是我们这个目标。然后我们就会进入一个成长期,我们希望在2020年左右全新结构的轻量化纯电动轿车、燃料电池汽车、智能化电动汽车会先后进入产业化阶段。

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